大跨度钢管拱管内混凝土施工技术研究

宋胜华

摘 要：以某工程桥梁为项目背景，从工艺特点、施工顺序、施工前期准备等方面阐述了大跨度钢管拱管内混凝土施工技术的施工工艺，其中重点对进料管、排浆管安装和钢管混凝土灌注进行分析，并提出施工检测和灌注质量控制措施，以期为相关工程提供借鉴。

关键词：钢管混凝土 灌注 应力监测

1.工程概况

某工程桥梁采用飞燕式钢管混凝土中承式系杆拱桥，跨径组合42m+160m+42m，拱轴线采用悬链线，主拱矢跨比1/4，拱轴系数m=1.15。主桥横桥向平行设置两片钢管混凝土拱肋，其橫向轴线距为15.35m。拱肋为钢管混凝土组成的桁架梁结构，截面高3.2m，肋宽1.95m。拱肋上下各两根φ750×14（16）mm钢弦管，管内灌注C50自密实补偿收缩混凝土。弦管通过横联钢管（φ500×12mm）和竖向钢腹管（φ351×10mm）连接构成钢管混凝土桁架梁。

2.主要施工工艺

2.1工艺特点

本工程钢管拱管内混凝土主要有以下特点：

（1）钢管内混凝土设计强度高且无法人工振捣，必须采用高强度自密实混凝土配合比；

（2）钢管内混凝土必须具有一定的微膨胀性，抵消混凝土收缩，保证混凝土与钢管内壁紧密结合，共同形成受力体系；

（3）单个钢管混凝土要求一次浇筑，中途不得停仓；

（4）混凝土浇筑过程中钢管拱两侧必须同步上升，设计要求两侧混凝土不得>2m（弧长）。

2.2施工顺序

根据工程特点，施工顺序如下：

（1）排浆管、进料管、闸板阀安装，起重机等设备就位；

（2）混凝土泵及泵管安装，设备调试；

（3）钢管两侧灌注砂浆，标号与钢管混凝土相同，起到润滑泵管及钢管内壁的左右；

（4）钢管两侧同时灌注C50自密实微膨胀混凝土，保证每侧同时具备2台搅拌车进料，并备用2台混凝土输送泵、2台混凝土运输搅拌车车。

（5）顶部排浆管开始出浆，待砂浆排净，开始排出自密实混凝土后，停止灌注混凝土；

（6）关闭闸板阀；

（7）拆除泵管，清理堆放；

（8）应力、线形等监测。

3.施工准备

3.1原材料准备

准备充足的拌制混凝土所需水泥、碎石、砂、膨胀剂及外掺剂等原材料，并进行质量检验，保证原材料质量。根据现场实测砂、石子含水率，及时调整用水量，确保混凝土质量。

3.2设备准备

根据工程实际情况，投入主要施工设备：HBT80C混凝土输送泵4台、搅拌运输车10台，上述设备预留其中2台备用；规格Φ125mm输送管200m；50T汽车吊、电焊机、拌合站各2台；莱卡TS02plus全站仪1、苏州一光DSJ2水准仪各1台，用于测量和监控。

应当注意的是，钢管混凝土在工地搅拌站拌合，灌注拱肋混凝土过程中不允许为其他项目生产混凝土；采用混凝土运输车运输，运输车辆满足灌注速度要求，两边各投入1台HBT80C型（或同类型）输送泵。

4.主要工序施工方法

4.1进料管、排浆管安装

进料管安装：在钢管拱脚合适位置开设进料孔，并焊接一段与泵管同型号的钢管，便于泵管的连接。为防止拆卸泵管时混凝土从进料管倒流，需在进料管设置闸板阀，混凝土浇筑完成后插入闸板，起到防止倒流的作用，泵管尽量布置平顺，降低混凝土泵送阻力。

排浆管安装：设置在钢管顶部最高点左右各1m处。拱肋上每隔7.5m设置排气孔，孔径3cm。由于水、砂浆、混凝土密度不同，在重力作用下，钢管内砂浆在前，混凝土在后，当混凝土灌注到排气孔（即排气孔冒浆时），将木塞封紧。

4.2钢管混凝土灌注

4.2.1自密实微膨胀混凝土技术指标

钢管混凝土为自密实微膨胀混凝土，灌注时依靠自重密实，不需人工振捣。要求灌注过程中，混凝土应保持良好的塑性，施工过程混凝土具有不初凝、不泌水，不离析、和易性好，粘聚性好。且具有一定的微膨胀性，以抵消混凝土收缩，避免混凝土与钢管内壁出现缝隙。

在混凝土灌注施工时，对现场混凝土进行泌水率、坍落度、初凝时间和终凝时间、膨胀率和弹性模量等实验，当出现主要指标不符合要求时，不能够使用。

4.2.2混凝土灌注顺序

本工程钢管拱拱肋混凝土灌注顺序为：A组系杆第1次张拉→灌注主拱内侧下弦管砼→砼强度需达到80%且龄期>4d→灌注主拱内侧上弦管砼→砼强度达到100%→A组系杆第2次张拉→灌注主拱下弦外侧钢管内砼→砼强度需达到80%且龄期>4d→灌注主拱上弦外侧钢管内砼→砼强度达到100%→A组系杆第3次张拉。灌注期间需全程监控主弦杆线性变化。

4.2.3混凝土泵送

（1）泵送与混凝土同标号砂浆。泵送混凝前先泵送和混凝土同标号的砂浆，钢管每侧砂浆数量为1m3，润滑钢管内壁，减小混凝土泵送阻力。

（2）泵送自密实微膨胀混凝土。当混凝土泵出料斗砂浆剩余约1/3时，加入自密实微膨胀混凝土。在拱肋上设专人负责检查砼的压注进度，保证两岸对称顶升时两端砼进度差不能超过2m。当排气孔冒浆时，拱上检查人员将排气孔打上木塞塞紧。钢管混凝土一次泵送到拱顶，中间尽量不停顿，待砂浆先从拱顶排浆口排出，接着混凝土排出，每隔5min再泵一次，反复3～4次，增加拱顶混凝土密实度，混凝土泵送完成后，打入闸板阀，防止混凝土反流，然后拆卸泵管，清洗堆放。

5.施工监测

5.1混凝土灌注位置监测

施工现场在两侧设专人记录每侧混凝土灌注数量，专人负责现场调配运输车辆并和混凝土拌合站联系，确保钢管拱两侧灌注速度相同。灌注时安排专人敲击钢管，利用对讲机与地面指挥人员联系，实时判断混凝土位置，当两侧混凝土灌注速度不一致时（超过2 m弧长），暂停或放缓较快一侧混凝土灌注，直至两边对称再恢复正常作业。

5.2拱肋轴线监测

在拱脚、1/8、1/4L、3/8L、1/2L共9个断面，进行标高观测和平面定位观测。利用全站仪直接测量桥轴线的偏位情况，在各控制点设置棱镜，利用全站仪进行监测。

5.3钢管应力监测

共布置9个钢管应变监控断面，分别布置在15#拱座、15#拱脚、L/6、L/3、L/2、2L/3、5L/6、16#拱脚、16#拱座处（如图1所示）。每个监控断面埋设4个应力应变传感器，分别布置在外侧拱肋的上下边缘处。利用应力应变传感器采集数据，对钢拱肋的受力状态进行监测。

5.4混凝土应力监测

混凝土应力监控设置在拱脚、L/4、拱顶、3L/4断面处。在混凝土灌注到相应位置时实时采集数据，之后视现场情况每天或隔天采集。

5.5拱肋混凝土温度监测

拱肋温度监控断面设置拱脚、L/4、拱顶、3L/4断面处布置3个温度传感器，钢管表面贴1个温度传感器。在混凝土泵送到相应位置前采集数据，灌注到监控断面后连续采集数据，每隔1h采集1次，之后每天采集1次。

6.灌注质量控制

采用人工敲击和超声波检测相结合的方法进行钢管混凝土检测。对检测异常的地方进行钻孔复验，不符合要求的部位采用钻孔注浆进行补强处理，浆液强度高于管内混凝土强度，完成后将钻孔补焊、防腐处理。

7.结束语

钢管混凝土采用泵送施工工艺进行灌注，利用混凝土的自密实微膨胀性能及顶升压力达到自然密实，具有安全可靠、施工操作簡便、浇筑速度快等优点。本工程已经完成了钢管混凝土浇筑，经检测各项指标符合设计及规范要求，对同类型混凝土施工具有指导意义。同时高强度微膨胀自密实混凝土在水利工程门槽二期混凝土浇筑等难以人工振捣的部位施工也有指导意义。

参考文献：

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[2]陆永军，乔素云，李明泽，等.钢管混凝土拱肋管内混凝土灌注技术[J].中外公路，2007（02）：109-112.