钢管混凝土拱桥混凝土顶升施工工艺

摘 要：现设计的钢管拱桥大都采用拱芯内灌注混凝土形式，充分利用了大型钢结构制作方便及混凝土结构抗压受力特点，使其各展所长。而钢管拱混凝土灌注则是钢管拱桥施工成败的关键之一。现以南宁市某钢管拱桥大型钢管拱混凝土顶升灌注施工工艺为例，介绍钢管拱桥混凝土顶升施工技术以及钢管混凝土工艺要求，提出了质量保证措施和安全保证措施。

关键词：钢管拱桥；混凝土；顶升；成功

中图分类号：U445 文献标识码：A

钢管拱桥作为一个新型钢结构桥梁，在现在的城市新建、改建、扩建中是随处可见，拱桥本身具有外形美观、气势宏伟等特点，具有良好的观赏价值。现设计的钢管拱桥大都采用拱芯内灌注混凝土形式，充分利用了大型钢结构制作方便及混凝土结构抗压受力特点，使其各展所长。而钢管拱混凝土灌注则是钢管拱桥施工成败的关键之一。下面以南宁市某钢管拱桥大型钢管拱混凝土顶升灌注施工工艺为例，介绍钢管拱桥混凝土顶升施工技术。

1 施工准备

新建南宁市某钢管拱桥采用1-111.5m中承式钢管混凝土拱，主拱采用1-111.5m钢管混凝土拱结构，拱轴线为悬链线，矢跨比为1/3.063，拱轴系数m=1.347。主拱肋采用等截面哑铃型截面，拱肋高3.0m。上、下弦管直径为1200mm，壁厚18mm，腹板间距666mm，壁厚18mm。弦管内灌注C50微膨胀混凝土，腹腔内不灌注混凝土而采用I63工字钢加劲。施工前，从钢管拱混凝土的配置、泵送材料的选择、现场设备的准备、施工的监控，都需要精心设计，谨慎施工。

1.1 混凝土配合比试配

钢管拱内采用设计强度为C50的微膨胀商品混凝土，试配强度60Mpa。

设计配合比：

⑴ 组成材料：水泥、中砂、5～20mm碎石、水（拌和水采用自来水）、Ⅱ级粉煤灰、AF-CA聚羧酸型缓凝高效减水剂、UEA混凝土膨胀剂。

⑵ 混凝土设计配合比(单位kg/m3、重比)：水泥：中砂：5～20mm碎石：水（拌和水采用自来水）：Ⅱ级粉煤灰：AF-CA聚羧酸型缓凝高效减水剂：UEA混凝土膨胀剂＝440：747：1000：155：60：16.5：40=1：1.70：2.27：0.35：0.14：0.038：0.094。

混凝土试配资料控制参数：控制初拌混凝土坍落度22～24mm，初凝时间10～12h，终凝时间16～18h，早期混凝土标养试件7D，强度≥51.0MPa，28D，标养试件强度≥60.0MPa，混凝土标养试件弹性模量3.7×106MPa（设计要求：Eh≥3.5×106MPa）。

1.2 顶升施工设备

⑴ 混凝土输送泵4台；

⑵ 混凝土截止阀8个；

⑶ 自制两个备用变径管接头（各种规格）2个；

⑷ 测量仪器（全站仪等）一套；

⑸ 钢管架平台。

混凝土泵的选择：

一台混凝土输送泵的电机功率是决定出口压力和输送方量的前提条件，在电机功率一定的情况下，压力的升高必将使输送量降低；相反，降低出口压力，将会使输送量增加。

为了保证混凝土输送泵既要有较大输送量，又能有一定的出口压力和与之相匹配的经济功率，在混凝土输送泵的设计中，大都采用了恒功率柱塞泵；即恒功率值选定后，当出口压力升高时，油泵输出排量会自动降低，达到与功率设计相对应的值；如果既要达到出口压力高，又想得到输送量大的目的。惟一的途径就是增加电机功率。

输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍；输送泵的额定压力须满足最大泵送压力，即静压力和泵送压力叠加之和。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度，本桥要求输送泵的额定扬程大于80m。

顶升压力计算：根据流体力学能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p为各种压力损失总和。γh＝2500×9.807×59.7≈1.46MPa。功率=ΔP×s×v.

综合以上因素选择SY5110HBC90型混凝土高压输送泵，分配阀为S形摆管阀，最大理论泵送垂直高度150m，最大理论输出量50m3，出口处最大压力为11.5MPa，电机功率为161kW，数量4台，两岸各一台备用。

2 钢管混凝土工艺要求

⑴ 管内不得出现断缝、孔洞，不得出现混凝土与管壁分离现象：

⑵ 单管混凝土灌注必须连续浇注，且灌注完成时间不得超过首盘混凝土初凝时间；

⑶ 设计要求采用C50早强、缓凝、微膨涨混凝土。

校准好钢管拱轴线后，顺序安装钢管拱拱脚X撑、拱顶横撑及拱上立柱，在进行混凝土浇注之前，应该用塑料薄膜（或其他有效材料）将拱肋弦杆（含缀板）全部覆盖，以免混凝土污损钢管涂装。

3 顶升混凝土施工程序

第一阶段（现场准备阶段）：包括钢管拱验收、设备的定位、管道的连接、试运行、材料到场、现场检验、试验、计量设施的常规检查、设计配合比的现场调整和施工配合比确定并报现场监理工程师认可等。

第二阶段（压注施工阶段）：湿润管道，压注首盘水泥净浆。续压混凝土，随时综合混凝土顶升情况、裸肋变形状况、入料情况分析，控制两拱脚混凝土泵送速度。泵送时，要求拱肋两拱脚混凝土泵送速度协调一致，尽量对称顶升。

第三阶段（压注完成阶段）：混凝土压注到拱顶，待流出原浆一定时间后，方可停止泵送，利用混凝土截止阀对导入孔封闭，完成压注过程。此阶段，应避免单侧混凝土上升过快，引起弦管的纵向振动。 混凝土现场养护试件强度达到2.5MPa后，方可拆除拱顶泄浆孔管和拱脚混凝土截止阀。由于混凝土凝结过程因素的不确定性，截止阀松出过程宜谨慎进行。

混凝土浇注顺序：先浇注上弦管再下弦管。

钢管拱混凝土顶升施工现场平面布置：钢管拱混凝土顶升施工根据单管、单层、对称、相向压注的方式进行。本桥采用同肋拱脚位设灌注孔，两端各设钢管支架，提供混凝土管道施工工作平台。

4 顶升工艺

在各项准备工作结束，经检查合格后，即可开始泵送施工。钢管混凝土的泵送从两端拱脚开始，单幅桥四个拱脚对称灌注，一次顶升泵送到拱顶。为增强混凝土的密实性，保证混凝土的压注质量，在中拱顶位置开排浆孔，并利用钢管将φ125mm排浆口接高1m以上，为避免排出的混凝土和水污染拱肋，排浆管的位置在中拱顶的上侧面，并且该处在混凝土顶升前先在钢管拱肋上铺设好彩条布，待排出含有石子的新鲜混凝土时停止泵送，关掉拱脚处的截止阀，随后拆除泵管。

为防止泵机压力不能满足混凝土顶升要求及意外情况发生，确保混凝土泵送顺利进行，在肋间横梁与第一道吊杆之间弦管上侧面增设备用灌注孔，每道弦管需对称增设两个备用灌注孔，安装好泵管接头及截止阀，在两岸土围堰处搭设钢管脚手架，把泵管接至备用灌注孔处与截止阀连接。混凝土正常从拱脚顶升时，备用截止阀门关闭。在出现泵机压力不能满足顶升要求时，关闭拱脚处截止阀，开启备用灌注孔处截止阀，从该处继续进行混凝土顶升。

5 质量保证措施

5.1 加强现场统一指挥，分工明确，相互配合。经理负责总指挥，生产副经理负责现场总指挥，钢管拱两端由两名技术人员进行指挥，各灌注口安排8名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔检查、检查泵管接头与弦管的各个焊缝等。

5.2 灌注混凝土前，组织指挥和操作人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责和质量职责，确保技术要求的贯彻执行。

5.3 派人员到混凝土搅拌站监督督促混凝土的供应，与现场密切保持联系，根据现场的需用量及时进行供应。

5.4 在输送泵现场，派专人对混凝土运输车进行调度指挥，保证运输车进出场畅通。

5.5 在现场每个泵送口各准备一台混凝土高压输送泵备用，出现混凝土输送泵损坏、混凝土无法继续顶升等情况，立即将混凝土高压输送泵接入备用管，继续顶升，同时保证整个顶升过程在8个小时内完成。

6 安全保证措施

6.1 灌注混凝土前，进行安全教育和安全技术交底，完善安全设施。

6.2 严格按照安全操作规程使用机械。

6.3 严格遵守高空作业安全规程，安拆灌注管时，严禁从拱上掉东西。高空作业时，严禁底下站人。

6.4 所有灌注管安设牢固，不得有松动现象。

6.5 所有用电线路按"三相五线"制安设。

结束语

南宁市某钢管拱桥钢管混凝土采用顶升灌注法的成功实例，对我国钢管拱桥还未有完整的施工规范提供了可行的参考依据，尤其对在国内钢管拱混凝土冬节施工积累了宝贵的现场经验，将有力推动钢管拱桥的施工技术，并且起到积极的作用！

参考文献

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