广珠铁路虎跳门特大桥钢管拱顶升施工技术探讨

刘敬

【摘 要】钢管拱顶升砼施工在钢管拱桥施工过程中是一项工艺复杂，设计技术难度较高的分部工程，在国内外的同类施工中，屡屡出现堵管、空洞现象，而这类问题每出现一次，都要进行钻孔、注浆等工作，从而造成工期拖延，给企业造成不良社会影响和巨大经济损失，而砼配合比设计尤为关键。广珠铁路项目部中心试验室通过大量的试验、研究，取得了很好的实施效果。

【关键词】钢管拱；顶升；配合比；设计

1 工程概况

1.1 工程概况

虎跳门特大桥全长2505m，中心里程为DK154+609.45，主桥采用（120m+240m+120m）连续钢构-柔性拱组合结构，主桥全长489.6m，跨越国家Ⅰ级航道虎跳门水道。

钢管拱拱肋矢跨比为1/5，计算跨度为240m，矢高48m，拱轴线为二次抛物线，每片拱肋采用两管平行单管提篮内倾的三肢桁架拱。

1.2 水文地质及气象特征

虎跳门特大桥位于北回归线以南，属热带海洋性季风气候。全年气候温和，热量充足，雨量充沛，湿度大，无霜期长，冬少严寒，夏少酷热。本区历年平均气温为21.8℃，1月份平均气温13.3℃，7月份平均气温28.4℃，历年极端最高气温36.7℃，历年极端最低气温-1.3℃。

1.3 钢管拱砼顶升施工顺序

钢管拱砼顶升顺序我们按照上弦管-下弦管-中弦管的顺序进行，即上弦管混凝土强度达到90%时，顶升下弦管，下弦管混凝土强度达到90%时，顶升中弦管。每次顶升混凝土为280m3，每支管每侧顶升混凝土为140 m3。顶升时由拱脚两侧同步连续一次顶升。

2 施工准备

2.1 砼原材料质量控制

（1）水泥：选用江门海螺普通硅酸盐P·O42.5水泥。经检验符合普通硅酸盐水泥的技术要求（GB175-2007）。

（2）矿物掺和料：矿物掺和料选用珠海电厂提拱的Ⅰ级粉煤灰。经检验符合Ⅰ级粉煤灰的技术要求（GB/T1596-2005）。

（3）细骨料：选用的是江门新会西江中砂。经检验符合细骨料的技术要求（JGJ52-2006）。

（4）粗骨料：由于此次钢管拱顶升砼的强度等级为C50，所以粗骨料的最大粒径不应大于25mm。我项目部选用5-19.5mm二级配、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石。粗骨料的品质要符合规范中规定的技术要求（JGJ52-2006）。

（5）外加剂：采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高砼耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。外加剂应满足外加剂的技术要求外，还应满足国家标准《混凝土外加剂》的规定（GB8076）。我项目部试验部门对进场的每批外加剂均按相应标准中所规定的试验项目、试验方法和检验规则取样检验，均满足要求。为了更了解外加剂的性能我项目部还专门请来了减水剂厂家的有关人员针对我们现场的原材料进行试验。我们先专门测定了减水剂与膨胀剂之间的相溶性以及其与胶凝材料的适应性。

（6）拌和用水：采用当地井水，按相应标准中规定的试验项目、试验方法和检验规则进行取样送检。试验结果满足规范要求。

2.2 砼试拌

施工前由中心试验室在搅拌站进行多种配合比、膨胀率等有关性能测试，并符合GBJ119-98规定。试拌时我们选用江门兆伦石场4.75～19.5mm的碎石，掺配比例按4：6进行掺配。理论配合比详见下表。我们按照此理论配合比进行了六次试拌，试拌1和试拌2由于出机状态太差，我们未做详细记录。试拌3：

在以上数据的基础上砂调为：769kg，砂率为：0.44 %， G1：380 kg，G2：610 kg，用水量：171 kg，水胶比：0.31。出机后的砼状态非常好，无泌水现象，和易性好。坍落度为：265，扩展度为：600，含气量为：6.5，我们并对试拌3砼进行留样观察。试拌4：

在以上数据的基础上砂调为：813kg，砂率为：0.48 %， G1：332 kg，G2：534kg，用水量：167 kg，水胶比：0.30。出机后的砼有轻微泌水现象，和易性好。坍落度为：265，扩展度为：605，含气量为：6.2，我们并对试拌4的砼进行留样观察。试拌5（试拌3与试拌4混合）：

在以上数据的基础上砂调为：791kg，砂率为：0.46 kg， G1：356 kg，G2：572kg，用水量：169 kg，水胶比：0.31。出机后的砼无微泌水现象，和易性很好。坍落度为：260，扩展度为：600，含气量为：6.3，我们并对试拌5的砼进行留样观察。

下午14：23我们分别对样品进行对比：试拌3：无泌水现象，和易性好；试拌4：有少量泌水现象，和易性好；试拌5：无泌水现象，和易性很好。15：30样品对比情况：试拌3：无泌水情况，和易性好；试拌4：有少量泌水情况，和易性好；试拌5：无泌水现象，和易性很好。从目前对比情况我们初步定为试拌5为最合适的配合比。

由于本次钢管拱砼顶升是一项难度非常大的工作，上级领导也非常重视。公司检测中心派专人来协助我项目部中心试验室的试配工作。我们以试拌3和试拌5又进行了一次试拌并最终确认。

试拌3：

试拌5：

这两次的试拌都不如上次的状态好。相比之下，试拌5比试拌3的状态好。大家通过仔细分析，我们认为气温和石子粒型与混凝土状态相关，所以我们将碎石比例调整为5：5，再次对试拌5进行试拌。

将碎石比例调整后拌出的砼状态非常好，无泌水现象，和易性非常好。对试拌5砼进行坍落度、扩展度、含气量检测均符合要求。通过多次的试配对比，我们选定试拌5做为钢管拱顶升砼的最终配合比。经过试拌配制的混凝土具有工作性能良好、早强和膨胀密实的特性，混凝土含气量为6.3%。膨胀率在2.0×10-4～4.0×10-4之间，初凝时间为19.5小时，满足大于12小时的设计要求。压力泌水量V10<15ml。

施工前按照选定的配合比，再次在搅拌站提前进行试拌，检查拌出的砼流动性、初凝时间、坍落度、终凝时间均能满足原配合比要求的出机坍落度230～270mm，初凝时间为18小时。

3 施工中的注意事项

3.1 搅拌机

为了确保能连续供应混凝土，项目部定为两台设备同时工作。为避免在正式施工时设备出现故障，我们再次请广东省珠海市质量计量监督检测所的检测人员对所有设备进行校准。

3.2 砼灌车

砼运输设备的运输能力应适应砼凝结速度和和浇筑速度的需要，保证浇筑过程连续进行，运输过程中，应确保砼不发生离析、漏浆、泌水及坍落度损失过多等现象。运至浇筑地点的砼应仍保持均匀性和良好的拌和物性能。根据运输路程我们选择用8辆灌车，其中两辆灌车做为备用。在运输过程中灌车要保证以2～4r/min的转速搅动。当灌车到达浇筑现场时要高速旋转30～60s后再将砼拌和物喂入泵车料斗中。

3.3 输送泵

输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际砼供应量的2倍；额定压力要满足最大泵送压力；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100m。根据实际情况我项目部选择3台理论砼输送能力为18MPa，最大泵送距离1000m，最大输送高度200m的三一HBT60c-1416拖式砼输送泵，其中1台备用，另2台分别布置在33#和34#墩桥面上。3台汽车泵，其中1台备用，另2台分别布置在33#和34#墩下。施工时由汽车泵先输送到地泵，然后进行顶升。砼应连续泵送，避免停泵。当砼供应不足时，应降低泵送速度，以避免停泵而引起泵管堵塞。为防止砼假凝引起堵管，每隔2～3min抽动一下泵的活塞。

3.4 降温

顶升灌注砼时正处于8月份，温度较高，我项目部采用在水池中提前加冰降温。施工尽可能避开一天中的最高气温。

4 钢管拱砼顶升施工

4.1 钢管拱砼灌注

钢管拱采用中心试验室确定的C50微膨胀砼，配合比编号为PHB-C50-F。该砼应具备和易性好、可泵性好、无泌水现象。砼泵送过程中，设专业质检人员用敲击法判断管内砼的填充情况，如有空隙应及时用体外加振法解决。在施工过程中要严格控制按照灌注顺序进行施工。

拱肋砼的灌注顺序为先灌注单侧上弦管，待灌注完后灌注另一侧上弦管，待达到龄期或强度指标后按照同样次序依次灌注下弦管，最后灌注中弦管；管内砼要求每根管一次泵送到顶；浇注前宜压入少量的清水，湿润管壁，再压入2 m3的砼以填充注浆孔以下部分的弦管，接着在加入2 m3的水泥砂浆（与砼配比相同，不掺粗骨料）作为先导，以有助于排除气泡，然后再连续抽真空压注微膨胀砼；在砼的灌注过程中我项目部分别在33#、34#墩派试验人员进行现场盯控，并对砼进行取样。每车砼都要做坍落度、和易性检验，要确保泵送前砼的坍落度控制在200mm～240mm以内及保证混凝土和易性、可泵性和自密实性良好。需待已灌注砼的强度达到设计强度的90%后，方可灌注下一环的砼。

4.2 泵送清水与水泥砂浆

清水必须湿润所有的输送泵管。检查输送泵工作情况是否正常、输送管道有无渗漏。同时冲洗钢管内壁，清理焊渣和其他杂质。清水泵送完毕后，泵送水泥砂浆，进行润滑泵送管道，减小泵送过程砼和管壁之间的摩擦力。

4.3 真空辅助施工

启动真空泵抽真空，使真空度达到0.06MPa～0.1MPa并保持稳定。然后启动灌注砼泵，进行砼泵送顶升灌注，在灌注过程中严格控制泵送砼质量和速度。在泵送顶升砼过程中，真空泵要保持连续工作，待泵送砼快达到钢管出浆口顶部时，撤离真空辅助设备。灌注泵继续工作，待砼在出浆口冒浆（出浆口高1.5m），并且维持2min。关闭灌注泵及灌注端阀门，完成砼顶升真空辅助灌注。完成灌注后拆卸外接管路、附件等，必须将所有水泥浆、砼的设备清洗干净。

5 结束语

通过现场全体施工人员的积极努力，在施工过程中，没有出现任何问题，使得钢管拱砼顶升工作顺利进行，避免了不必要的巨大经济损失，为企业赢得了良好的社会信誉。

[责任编辑：薛俊歌]