钢管拱桥拱管混凝土顶升浇注施工技术

摘要：本文结全工程实例，详尽的论述了钢管混凝土浇注施工技术的工艺特点、适用范围、工艺原理、施工工艺流程及混凝土泵送顶升技术操作要点等内容。通过施工实践，积累了丰富的施工经验及技术数据，可为类似工程的施工起到一定的借鉴作用。

关键词：钢管；混凝土；顶升；技术

Abstract: This article knot engineering examples, detailed discussion of the technological characteristics of the steel pipe pouring concrete construction technology, scope, process principle, the construction process and concrete pumping and lifting technical operation points. Construction practice, we have accumulated a wealth of experience in the construction and technical data, may play a certain reference for the construction of similar projects.Keywords: steel pipe; concrete; jacking; technology

中图分类号：[TQ178]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言

内蒙古霍林河跨304国道栈桥工程，为中承式钢管混凝土筒支系杆拱桥，拱肋跨度为46m,矢高为17.29m，矢跨比为1/2.66。全桥共设两榀钢管混凝土拱，拱肋直径为Φ1200mm,钢管壁厚为14mm, 钢管拱肋内填充C50微膨胀混凝土，每榀拱肋设7根吊杆，顺桥向每隔5.0m 设置一道横梁，横梁悬吊于吊杆下方。

钢管混凝土泵送浇注主要是自下而上的泵送顶升压注工艺。对钢管混凝土而言，采用泵送顶升工艺更能保证混凝土密实性，为目前钢管混凝土灌注普遍采用的方法。

1工艺特点

泵送混凝土施工能一次连续地完成水平或垂直输送，尤其对于一些场地狭窄和有障碍物时，用其他运输设备难以直接靠近的施工现场，混凝土泵更能有效地发挥作用，提高效率。其工艺特点如下：

可长距离压送，减小运输混凝土路程。

混凝土泵的输送能力强、速度快、能加快施工进度、缩短工期、提高效率。

2适用范围

适用于钢管混凝土顶升灌注，也可部分用于其他泵送混凝土施工。

3工艺原理

钢管混凝土结构即在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合成整体的复合结构。其作用原理是通过钢管对管内混凝土的“套箍”作用处于三向受压状态，使混凝土的承载力大大提高。同时钢管在施工中具有模板及受力钢筋的作用，可以节省大量模板和繁重的钢筋加工、安装工作。因此钢管混凝土结构在拱桥中使用率较高，也常被大跨径结构所采用。

4混凝土泵送顶升技术基本原则

（1）灌注混凝土前检查各接头的密封情况，防止法兰漏气导致压力损失。并在拱顶反压管内注入清水冲洗钢管，对钢管进行清洁和，在钢管拱脚开孔，将冲洗水排放干净。

（2）在混凝土拌和车第一次装料前，用水泥砂浆输送管，以避免影响混凝土坍落度的损失。

（3）压注混凝土应遵循匀速对称，慢送低压的原则，确保两半侧混凝土同时对称压注，其顶面高差不大于1m。

（4）压注时两边安排专人观测混凝土到达位置，当两侧混凝土快相接时，控制压注速度，使两侧混凝土慢速对称上升，直到压满。

（5）拱顶反压管排出混凝土后，连续泵送混凝土，直至排除合格的混凝土，以确保混凝土的密实度。

（6）混凝土顶升作业完成后，在拱顶反压管内用插入式振捣棒振捣混凝土不再冒泡下沉后，立即关闭止流闸阀，避免混凝土倒流形成空洞。

5拱肋混凝土灌注施工工艺流程

拱肋各部分焊接完成并检验合格后，浇注拱脚封闭混凝土和钢管混凝土压注。采用泵送顶升法施工，每个拱脚各安置一台输送泵，泵送由拱脚开始连续、对称压注。压注时应严格控制泵压和泵速，保证混凝土灌注对称。混凝土顶升灌注工艺流程如图1所示。

图1混凝土顶升灌注工艺流程如

6拱肋混凝土灌注施工要点

（1）拱肋混凝土灌注顺序

通常情况下按照设计要求顺序进行灌注，若设计无要求，则按先下后上、先内后外的顺序进行灌注。

（2）混凝土配合比的选择

钢管混凝土宜采用半流动性微膨胀缓凝混凝土，配合比设计要点如下：

（1）粗骨料的最大粒径与输送管径之比规定：泵送高度50~100m时，粗骨料最大粒径与管径之比宜为1:3~1:4；泵送高度在100m以上时，宜为1:4~1:5。

（2）针片状颗粒含量不宜大于10%。对于泵送高程较高尤其是C50以上混凝土时，针片状颗粒要尽可能减少，C60~C80混凝土应不大于5%，这样可有效地防止混凝土堵塞。

（3）细骨料宜采用中砂，通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%。

（4）水灰比应小于0.35，坍落度,以18~20cm最佳，具体可经过试验确定。

（5）加入减水剂增加流动性。减水剂宜选择FDN型，在相同水灰比时，可提高强度20%左右，也可选择YJ-2型、UNF2型减水剂，减水剂掺加量约为水泥量的0.9%~1.2%。

（6）10s时相对压力泌水率不宜超过40%。

（7）加微膨胀剂以抵消混凝土收缩。微膨胀剂可选用UEA，掺入量约为水泥量的10%~20%（具体用量可根据产品情况试验确定）。

（8）可加5%（水泥量）的二级粉煤灰，以增加和易性，降低水化热。粉煤灰用量最大不超过10%。

（9）应加入缓凝剂延长初凝时间，一般钢管的混凝土灌注完成时间，不得超过第一盘入管混凝土的初凝时间。

（10）配合料强度应为设计强度的1.1~1.15倍。

（3）输送泵的选择和设置

输送泵选型的原则为：性能可靠，保证连续灌注，一般应有备用泵；输送泵的额定扬程应大于1.5倍灌注顶面高度；输送泵的出口泵压不宜超过规范要求，以免钢管被压裂。

输送泵的选择和设置应根据其泵送高差和距离设置成一级泵送或二级泵送。若采用二级泵送，第二级泵宜设在拱脚附近，先由一级泵站将混凝土泵送至二级泵站，再由二级泵站从两端拱脚一次性连续泵送到拱顶。

（4）灌注孔设置

灌注孔孔径宜采用与混凝土输送管等直径，其方向向上，与钢管轴线成30°左右的角度。混凝土输送管与钢管灌注管用法兰盘连接，并设止流阀。

（5）排气孔、捣固孔设置

排气孔、捣固孔应按设计要求设置，设计无要求则可沿拱肋由拱脚向拱顶走向每隔20~30m在拱背设置一个排气孔。

（6）反压孔的设置

为了保证混凝土灌注密实和质量，应在拱背设置反压孔。反压孔位置焊接长1.5m左右，直径100mm的钢管，用于排除浮浆并发挥反压作用。

（7）拱肋混凝土的拌和及运输

混凝土的拌制是混凝土技术中的重要环节，对混凝土的质量将产生重要影响，尤其是高强高性能混凝土（HSPC）和泵送混凝土。首先应根据配合比要求选好原材料，并进行严格的计量。所用的计量器必须定期送检。搅拌过程中对各种材料的数量要控制在允许偏差范围内。搅拌时要注意投料顺序，控制最小搅拌时间。卸料后要控制混凝土的出机温度与坍落度并检查和易性与均匀性。

混凝土的运输能力应适应混凝土的凝结速度和浇注速度的需要，使浇注工作不间断并使混凝土运到浇注地点时仍保持均匀性和规定的坍落度。

（8）混凝土泵送施工

泵送混凝土前，先泵送1.5m³水泥砂浆管道，再连续泵送混凝土。泵送由拱脚开始连续、对称直至压注完成。压注时应严格控制泵压和泵速，保证混凝土对称灌注和对称加载。灌注混凝土时，利用铁锤敲击钢管听音的方法确定混凝土的灌注位置。对称灌注混凝土，确保两半肋进度差不超过2m。

安排专职技术人员严格管理每盘混凝土进料情况，砂石料必须计量准确。混凝土运输到现场应作坍落度抽检，保证泵送前混凝土的坍落度控制在18~22cm内及和易性、可泵性自密实性良好。

拱肋混凝土灌注时，对拱肋轴线、高程进行监测，如有异常情况，应立即停止施工，采取相应措施及时处理。

混凝土应连续供应，当混凝土出现间断时，应留一车混凝土每隔5min泵送一次打养护，直到下车混凝土到来。输送泵料斗必须有足够的混凝土，防止无混凝土空泵而泵入空气到管中，引起堵管，或钢管内混凝土进入空气而形成空洞，影响混凝土质量，或因压缩空气产生高压造成钢管壁破裂。

当反压管冒浆时，应继续压注混凝土，直到浮浆全部排完，出现合格的混凝土时，方可停止泵送混凝土。

混凝土泵送完后，立即关闭切止阀门，拆除输送管，进行清洗。

混凝土灌注完后，应对钢管表面淋水降温，以保证混凝土的质量。

浇注孔在拱肋混凝土强度达到设计强度的85%后，切除导管外露部分，并将该处原先切割下来的圆板倒坡口回位，焊好并打磨平顺光滑。

7泵送安装过程中的监测监控

混凝土浇注工程中应对拱脚、1/4L、1/8L、拱顶位置高程、拱轴线变化、焊缝观测、拱肋应力应变进行监测控制。

8钢管混凝土检测

拱肋混凝土压注完成，在规定的龄期后，用超声波检测每根钢管拱脚、 L/8、L/4、3L/4，拱顶以及钢管拱肋接头位置处等断面。参照《超声波检测混凝土缺陷技术规程》及《钢管混凝土结构设计与施工规程》进行随机检测，并对不同阶段灌注的混凝土进行钻孔检查，对不密实的部位，进行钻孔、压浆、从新焊接处理。

9技术措施

（1）混凝土的控制

以使用减水剂、矿物掺和料为主要特征的泵送混凝土往往会频繁发生早期裂缝。而泵送混凝土早期性能的特殊性决定了对其养护的特殊性，采用早期养护，尤其是确保一定的相对湿度对于早龄期收缩有一定的抑制作用。

（2）泵送过程控制

①混凝土的压送应连续进行，尽量避免中断。在有计划的中断压送时，应预先确定暂停浇注的位置，中断时间以不超过初凝时间为宜。

②在泵送发生问题或泵压上升时，应降低压送速度或使泵反泵，并敲打输送管以防堵塞，同时在一定时间由拱顶反压管内注入水泥钢管壁，减少混凝土摩阻力。

③混凝土输送发生堵塞后，除应使泵反泵，确定管道中压力已降低，再打开管路排出堵塞物外，还应检查并调正管道以避免再次堵塞。

10浇注施工过程中注意事项

（1）配料时应对外加剂严格控制计量，并按顺序投放；在浇注现场，随时检测控制混凝土坍落度；按规范要求制作相应数量的试块。

（2）泵送混凝土时，应使料斗内经常保持2/3的混凝土，以防止吸入空气，导致堵管。

（3）拱肋混凝土压注前、后及施工中，测量人员测量上吊杆锚垫板顶标高、上下弦管位置变化情况，以指导施工。

（4）由于拱肋混凝土灌注要求对称施工，两台泵车的指挥人员必须密切配合，严格控制其灌注速度，保证两端同步进行。

（5）宜选择一天中温度最高的时间段进行灌注，此时钢管的膨胀率最大，混凝土泵送量最多，并按规范要求在适宜的环境温度下泵送。

（6）对于多跨钢管拱，应按设计要求的顺序进行灌注，如设计无要求，宜先灌主跨，同时交叉灌注两边跨。

11结束语

随着高强度钢材的出现，钢管混凝土拱桥的跨度越来越大，混凝土的灌注工艺也随之越来越复杂。其质量的保证取决于优质合格的原材料、科学合理的配合比设计、性能可靠并满足施工要求的设备等。在不同条件下，配置微膨胀、自密实、早强、高强度、缓凝、高流态及可免除振捣的混凝土，将成为钢管混凝土施工的一个发展方向。