探究钢管拱管压混凝土施工技术

□孔 斌（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠沙河南—黄河南（委托建管项目）新郑南段第二施工标段，十里铺东南公路桥座落在省道S103 公路上，是郑州通往禹州的一级公路，采用下承式钢管拱结构，主跨160m 完全跨过水面线。上部结构为1～160m 下承式系杆拱,下部结构为薄壁式桥台。本公路桥承重结构为钢管混凝土结构，主桥钢管拱每肋4 根φ900mm 钢弦管，混凝土总方量为802m3，灌注用混凝土采用C50，其中微膨胀混凝土的配合比控制及泵送质量是钢管拱混凝土施工的关键，拱肋单边纵向为4 根φ900mm 钢弦管，钢管拱混凝土施工是本工程施工的难点和重点。

2 钢管拱管压混凝土配合比调试

2.1 管压混凝土施工配合比调试的作用

钢管拱肋混凝土以受压为主，采用C50 混凝土，在施工中经过研究，采用两台泵车，布置在两个端横梁附近，同时泵送，泵送的水平距离为160m，垂直高度为40m。由于钢管的密封不透水性，对钢管拱混凝土的要求就会更高。不仅要求流动性、和易性好，不泌水离析外，还应特别考虑沉降和收缩，保证钢管混凝土的质量。

在混凝土配合比调试过程中，通过测试盒实验，采用了掺加粉煤灰、微膨胀剂的方法，利用微膨胀剂的微膨胀特性减少高强混凝土在钢管内的收缩；利用粉煤灰的火山灰反应，减少高强混凝土在钢管内绝热温升，同时粉煤灰的玻璃珠球体状颗粒也可减少流动阻力，提高混凝土的可泵性；外加剂的掺入可提高混凝土的坍落度，并根据施工过程出现的情况进行调配。

2.2 配合比设计原理和思路

本桥钢管拱C50 混凝土属高强高性能混凝土，由特殊的结构类型、特殊的施工工艺决定了混凝土应具有良好的工作性能和硬化性能指标，本配合比设计从以下几个方面入手，采用正交试验方法，得出最优组合。

第一，泵送顶升施工工艺要求混凝土具有良好的流动性和可泵性能以及较长的凝结时间。因此，在配合比设计时首先考虑掺加高性能的缓凝减水剂，以提高混凝土的流动度和初凝时间。根据以往施工经验，配合比可选用高效缓凝泵送剂，该外加剂的特点是减水率大，塌落度损失小，配制出的混凝土不离析，泌水率小。从而可以使C50 混凝土在水泥用量不是很大的情况下具有良好的流动性和可泵性能，满足施工要求。

第二，粉煤灰越来越成为大流动度混凝土不可缺少的组成材料。优质粉煤灰的显微结构为球形颗粒，表面光滑。粉煤灰的球形颗粒具有“滚珠轴承”的形貌效应，因此可以很大程度的改善新拌混凝土的流动性，减小泵送摩阻力，提高泵送性能，同时，粉煤灰可以与水泥水化产生的Ca（OH）2进行缓慢的火山灰反应，对水泥水化放热有很好的延迟作用，凝结时间相对较长。鉴于此，掺加粉煤灰对泵送大流动度混凝土十分有利。考虑到除粉煤灰以外还要内掺膨胀剂，根据经验并参考其它成熟配合比选择掺量为5%。

第三，钢管混凝土的泵送顶升施工属于免振捣施工，靠混凝土的自重压力密实，另外，钢管混凝土还要求硬化混凝土和钢管有良好的粘接，这些都要求混凝土具有一定的补偿收缩能力，要达到此目的需要掺加膨胀剂。UEA 膨胀剂主要是由无水硫铝酸钙（3CA·CaSO4），硫酸铝钾[KAl2(SO4)2(OH)6],硫酸钙（CaSO4）等组成，掺加到混凝土中与水泥水化析出的Ca(OH)2作用，生成水化硫铝酸钙，即钙矾石（C3A3CaSO432H2O）使混凝土体积产生膨胀。配合比设计可选用的UEA-III 型低碱膨胀剂。

2.3 正交试验设计及结果分析

首先，选定水灰比W/C（A）砂率Sp%(B)、粉煤灰取代超量系数K（C）UEA 掺量UEA%（D）为4 个考察因素。

其次，根据水灰比理论计算并参照经验确定基准配合比水灰比W/C 取A1=0.36、A2=0.34、A3=0.32。

再次，粉煤灰掺量根据以前成熟配合比经验取5%，不再作为考察因素，只考虑超量系数的影响。取K 值为B1=1.00、B2=1.40、B3=1.80。

最后，UEA-III 膨胀剂掺量根据经验和推荐掺量范围取C1=8%、C2=10%、C3=12%。砂率Sp%根据经验和有关规定取D1=38%、D2=40%、D3=42%，指原基准配合比的砂率，由粉煤灰超量取代扣除细集料引起的砂率变化不再考虑。据已往试验结果，随着UEA 膨胀剂掺量的增加，自由膨胀率增加，强度有所降低。

3 泵管的选取

泵管与输送泵配套，直径采用φ125mm，泵管数量应足够，型号应齐备，接头胶垫圈位置应准确，联结卡箍及螺栓必须上紧；泵管设置足够的支点和悬挂点，不可悬空，特别是弯头处，须切实固定牢靠，同时泵管布置时应尽量减少弯管的使用。

4 工效分析

4.1 钢管混凝土的浇注时间

根据混凝土的拌合能力,混凝土的输送速度按80m3/h 计算，一根钢管混凝土的浇注时间为5h，则钢管混凝土的浇筑时间为40h。

4.2 钢管混凝土的养护时间

根据设计要求，钢管混凝土达到80%的设计强度后才可浇注下一根钢管混凝土。根据施工技术规范和已施工桥梁的经验，结合钢管混凝土的配合比设计，最后确定养护时间为5d，混凝土的养护时间为40d。

4.3 其它时间

考虑施工中出现的一些不可确定因素，如天气等原因，最后确定T3 为5d。

5 钢管拱管压混凝土施工

5.1 灌注的总体要求

首先，管内混凝土不能出现断缝、空洞、与管壁分离。其次，管内混凝土的配料强度应比设计强度高10%～15%。再次，新灌入钢管的混凝土，3d 内承载量不宜高于30%设计强度,7d 内承载量不宜高于80%设计强度。最后一根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，并且钢管的混凝土必须连续灌注，一气呵成。

5.2 灌注过程

在混凝土灌注前，应在进料短管上设置防回流闸板阀，并对短管与弦管接口的焊缝作加劲处理。每端拱脚处设置两台输送泵，压注钢管混凝土。同时在主拱座处备用一台输送泵。泵灌入口设在灌注段根部，以顶推方式灌注；严禁从中部或顶部抛灌；入口应设法兰接头和插板与输送泵管口联接，待灌注到设计标高后，用插板堵死开口，防止混凝土外溢。

单根弦管只在拱顶设一处出浆孔，每边拱脚设一处进料孔，一次性灌注到位。并在弦杆中段设置两个接力点，作为备用灌浆孔。进料短管设在离拱脚钢管侧面，进料短管与拱肋轴线夹角为30°，夹角越小泵送阻力越小，对钢管壁的冲击力越小。在拱顶隔板两侧设置排浆管，排浆管直径为20cm，即>2 倍的粗骨料最大粒径，以免排浆时粗骨料堵住排浆管，多余的浆液和气体排不出。

5.3 钢管拱泵送混凝土施工的注意事项

首先，钢管混凝土的泵送从两端拱脚开始，对称连续顶升泵送至拱顶，同一根管混凝土的泵送时间不应超过混凝土的初凝时间；同时泵送的混凝土泵送速度差不应超过设计规定值。

其次，灌注开始前，应压入清水清洗管道，润湿内壁，管内不得留有油污和锈蚀物；灌注混凝土前，应先泵入1：1 水泥浆，然后连续泵入混凝土；灌注时两半管对称地灌注，并在对称地方设两人手持木锤敲击管壁，检查混凝土压注进度，控制压注混凝土均衡施工。

再次，压注过程中要随时检验混凝土的坍落度，严格控制在要求内。当拱顶排气（浆）孔排完砂浆和部分混凝土后，即可停止泵送，并以振捣棒插入拱顶振捣管内混凝土；拱顶排气（浆）管混凝土振捣到不发生气泡时，拱端压注头打下闸门钢板，保持稳定，在24 小时后拆除闸阀。

同时开始泵送时泵机应处于低速压送状态，并注意观察泵的工作压力和各部件工作情况，待压送顺利后方可提高至正常压送速度；泵送混凝土应连续进行，尽量避免停泵。当混凝土量供应不足时宜低速泵进，以免中断。

最后，灌注时环境气温应>5℃，当环境气温高于40℃，钢管温度高于60℃时，应采取措施降低钢管温度。

6 钢管拱管压混凝土的养护

钢管拱管压混凝土的养护不容忽视，对钢管拱管压混凝土的强度起着重要的关键因素，要达到80%的设计强度后才可浇注下一根钢管混凝土，浇筑完成后进行养护，养护时间至少为5d。

7 结语

钢管拱管压混凝土施工还是一个比较新的课题，需要在施工中不断探索和改进，特别是加强过程控制和细节施工，努力改进施工工艺，以便在保证工期的同时，使钢管拱管压混凝土施工质量更上一个台阶。国家的水利工程关系着人民的生命安全，保证工程质量也是重中之重。作为施工企业的一员，需要做的就是努力探究先进的施工工艺，保证工程的质量，给社会和人民交一份满意的答卷。

[1]黄爱芳.钢管混凝土系杆拱拱肋混凝土压注施工技术[J].山西建筑，2007（4）.

[2]张振华.压注大跨度钢管拱混凝土施工技术[J].知识经济，2010（12）.

[3]焦广彦.钢管拱混凝土顶升法灌注施工技术[J].价值工程，2014（8）.