钢管混凝土系杆拱桥拱肋混凝土顶升灌注工法

钢管混凝土系杆拱桥拱肋混凝土顶升灌注工法钢管拱混凝土灌注是钢管拱桥施工成败的关键之一，从已知的国内外钢管拱桥施工情况了解到：钢管拱混凝土在灌注过程中都不同程度存在钢管内的混凝土密实度及强度达不到要求、钢管壁与混凝土结合不密贴、钢管壁破裂、钢管拱轴线变位超规定等质量问题，轻者造成钢管拱桥使用寿命减短，重者给生命财产造成重大损失。XX桥钢管拱混凝土灌注（原名深圳北站大桥），经过对目前国内常用的钢管拱混凝土灌注施工方法中的顶升灌注，高抛灌注及高抛振捣灌注三种方法比较研究后，选定采用顶升灌注方案，并通过采取一系列的周密技术措施，取得了较为理想的效果，在此基础上形成本工法。一、工法特点本工法采取从钢管拱脚处用高压输送泵一直往拱顶压送混凝土之顶升灌注法，具有：1、混凝土中不窝气；2、混凝土密实度好，钢管壁与混凝土结合密贴，混凝土强度有保证；3、在拱上布管少；4、混凝土灌注快速；5、施工方便。二、适用范围本工法适用于各种结构形式的钢管拱桥以及其它钢管结构混凝土的灌注。三、混凝土配合比选择㈠、技术要求：1、混凝土强度：fc4≥45Mpa,fc28≥50Mpa混凝土凝结时间：初凝时间：≥12h，终凝时间≤16h混凝土灌注时的坍落度：20cm～24cm，坍落度损失：4h时≤6cm混凝土限制膨胀率：28d，0.00%～0.02%混凝土和易性、可泵性良好，无泌水现象。2、混凝土配合比设计混凝土配合比采用正交试验法进行优化设计，设计控制参数：水泥：韶峰牌PO525＃，≤550kg/m3，符合国家质量标准要求。外掺料：Ⅰ级粉煤灰5%～10%，国家质量标准要求。外加剂：NFH减水剂0.8%～1.5%；UEA-H膨胀剂13%～17%，符合国家质量标准要求。砂：中粗河砂，细度模量Mn=2.3～3.0，符合国家质量标准要求。石：花岗岩碎石，最大粒径20mm，级配良好，符合国家质量标准要求。含砂率：40%～45%。混凝土配合比及混凝土各项技术性能指标如下表表1混凝土配合比名称水水泥砂石粉煤灰NFHUEA-H材料用量（kgg/m3）1814357309302715.281比例0.4211.682.140.060.0350.19表2混凝土各项技术性能指标项目混凝土强度凝结时间混凝土坍落度限制膨胀率和易性可泵性4d28d初凝终凝0h2h4h7d14d28d指标47Mpa68Mpa14.5h15.6h24cm23cm19cm0.03%0.02%0.01%良好良好四、混凝土灌注工艺流程如下图1：布置输送管布置输送管调整系杆张力使其达到设计值调整系杆张力使其达到设计值停止泵送混凝土图1混凝土灌注工艺流程图停止泵送混凝土清洗输送管和输送泵拆除输送管关闭灌注阀门堵塞出气清水清洗钢管安装灌注阀门安装输送泵五、混凝土灌注施工方法清洗输送管和输送泵拆除输送管关闭灌注阀门堵塞出气清水清洗钢管安装灌注阀门安装输送泵切割排气管、灌注管并用盖板焊接泵养护(用水湿润钢管)适混凝土结束检测混凝土密实情况监测调整系杆张力达到设计值对称泵送混凝土拱顶出混凝土1、混凝土灌注顺序切割排气管、灌注管并用盖板焊接泵养护(用水湿润钢管)适混凝土结束检测混凝土密实情况监测调整系杆张力达到设计值对称泵送混凝土拱顶出混凝土遵循先上弦管，后下弦管；先外弦管，后内弦管的原则，南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注。其顺序如下图2:上弦管上弦管上弦管Ⅰ‘；/〈〈〈，、、、Ⅰ‘；/〈〈〈，、、、ⅢⅡⅣⅡ’。‘**#··，`‘``/‘、、；、、、；；；‘’＇＇＇。｝⑻Ⅰ’·Ⅳ’Ⅲ’下弦管下弦管下弦管(外弦管)(内弦管)(外弦管)北拱肋南拱肋图2钢管拱砼灌注顺序图2、灌注孔安设灌注孔孔径采用125mm，与混凝土输送管等直径，其方向向上，与钢管轴线成30。的角度。混凝土输送管与钢管灌注管用法兰盘连接，并设止浆阀。为防止从拱脚出不能一次灌注到拱顶，每根钢管从拱顶对称各再增设3个灌注口，作为备用。其布设如下图3所示图3灌注布设图3、排气孔安设排气孔每8m设一个，孔径50mm，露出管外200mm，方向垂直于钢管轴线，在每根钢管拱顶管内用钢板隔开，并在此钢板两侧150mm处对称安设直径φ100mm，高1800mm的排气管。为防止加强环及拱顶隔板处窝气，在加强环和隔板上设φ20mm的排气孔，加强环的排气孔尽量设在靠近拱的上方。4、输送泵的选型及布设根据钢管混凝土对称同时灌注的原则，每次灌注两根钢管，则两端各设两台输送泵，同时拱背上布设两组输送管作为备用。为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失，采用二级接力泵送。其输送泵的布设和型号如图4、表3图4输送泵布设表3混凝土输送泵型号名称型号产地台数出口压力系统压力排量泵送机功率(kkw）SCHWINGG地泵德国216.3Mpaa35Mpap5m3/h内燃贝思特HBT-80AA徐州117Mpa35Mpa47m3/h110（电机）贵航HB-90贵阳17.4Mpa28Mpa50m3/h75（电机）SCHWINGG车泵德国7Mpa16Mpa60m3/h内燃5、混凝土灌注过程中的监测监控监控项目：墩顶位移、拱顶高程变化、拱轴线变化监测仪器：NEICA—TCA1800全站仪。测点布设：在4#、5#帽梁及南北拱钢管的L/2、L/4、L/8处设测点，共布设14个测点。监测监控时间：在混凝土灌注过程跟踪进行监测监控。6、技术措施（1）所有输送泵在每次混凝土灌注前对各部件都要进行认真检查，并试运行，确保在整个混凝土灌注过程中，机况运行良好。同时备用两台输送泵，保证在输送泵有问题时，能及时顶上。（2）输送管布设时，尽量减少弯管的数量，管道固定牢固，接头连接紧密，不漏浆，不漏气。（3）泵送混凝土前，先泵清水和水泥砂浆润滑管道，在泵送混凝土。清水和水泥砂浆只能泵到钢管外，待泵出混凝土时，再与钢管灌注口相接，向钢管内泵送混凝土。（4）每车混凝土都应作坍落度、含砂率、和易性检验，保证泵送前混凝土的坍落度控制在20cm～22cm内及和易性、可泵性和自密实性良好。（5）对称灌注混凝土数量相差不超过2m3。（6）为防止钢管拱冒顶，事先做好压顶的准备工作，一但监测到拱顶冒顶接近警戒值，就立即进行压顶。（7）在混凝土灌注过程中，应跟踪监测4#、5#墩顶的位移变化，若位移接近警戒值时，应根据加载程序对水平细杆或墩顶竖向预应力加载。（8）当输送泵压力接近最大压力值时，而混凝土还未到拱顶，应停止泵送，换管到上一灌注孔进行泵送，但要保证此灌注孔上方混凝土至少有5m，不允许混凝土倒灌。（9）当出气孔冒浆时，应立即堵塞该出气孔。出气孔未冒浆不得堵塞。（10）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5分钟泵送一次打养护，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。（11）当拱顶排气管冒浆时，应继续压注混凝土，直到浮浆全部排完，出现有石子的混凝土时，方可停止泵送混凝土。（12）混凝土泵送完后，立即关闭止浆阀门，拆除输送管，进行清洗。（13）混凝土灌注完24小时后，应对钢管表面淋水降温，以保证混凝土的质量。六、质量保证措施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5名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔等。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。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。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。七、安全保证措施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。2、严格按照安全操作规程使用机械。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。4、所有灌注管安设牢固，不得有松动现象。5、所有用电线路按“三相五线”制安设。八、工程实例XX桥总建筑长438m，由主桥和两端的引桥组成。主桥为钢管混凝土下承式钢架系杆拱，跨度150m，双向四车道，桥宽23.5m，飞跨深圳火车北站29股轨道。主桥下部结构形式为φ3m桩基、系梁、承台、2.8m—3.6m钢管混凝土柱及箱室钢纤维混凝土帽梁，上部结构为4肢支格构式钢管拱，钢管直径750mm，壁厚12mm，钢管内灌注C50微膨胀混凝土，共590m3；通过17对双吊杆悬吊预应力钢—混凝土叠合板组合桥面系，由于采用无推力拱体系，两端帽梁通过南北各16根12φ15.24钢绞线成品束来平衡拱对帽梁产生的推力，并通过墩柱内的竖向预应力体系克服拱对帽梁产生的弯矩。桥型布置如下图5：图5XX桥布置示意图该桥是深圳市已建桥梁中跨径最大、技术含量最高的一座，具有无铰下承格构式系杆拱目前国内跨度最大，桥面悬浮体系目前国内最新的特点。深圳北站大桥建成后，不仅能缓建深圳市的交通，而且将作为深圳城市的一个标志，与周围环境共同构成深圳市的一道亮丽景观。XX桥钢管拱混凝土灌注对可能发生的问题进行预测分析，并采取正确的措施，保证了混凝土得以顺利灌注，取得了较为理想的效果。钢管拱混凝土从1XXX年11月10日开始，至1XXX年11月17日结束，历时8天，分四次共灌注混凝土590m3。1、钢管拱混凝土灌注时间顺序灌注部位开始时间结束时间工作时间灌注混凝土数量量1Ⅰ、Ⅰ’XX-11-110PM3:40XX-11-110PM11:0007h20minn150m32Ⅱ、Ⅱ’XX-11-113PM10:000XX-11-114AM3:305h30minn150m33Ⅲ、Ⅲ’XX-11-116PPM11:000XX-11-117AM4:205h20min145m34Ⅳ、Ⅳ’XX-11-117AM4:500XX-11-117AM11:2006h30min145m32、混凝土实测技术指标混凝土强度混凝土限制膨胀胀率混凝土凝结时间间混凝土坍落度n=18Mfcu=688.5MppaSfcu=3..5MpaaCv=5.1%%fcu,min==58Mppafcu,max==72Mppa7d=0.00035%14d=0.00026%%28d=0.00018%%初凝：14h330minn终凝：15h550minnn=120msl=21ccmSsl=1.11cmCv=5.0%%slmin=119cmslmax=224cm3、钢管拱实测技术指标混凝土密实度钢管壁与混凝土土结合程度度拱轴线高程变化化拱轴线横向偏位位拱对称点高程差差4#、5#墩墩顶位移变变化实测值良好密贴36mm2mm25mm4#:4mm5#:3mm标准值良好密贴50mm35mm50mm8mm评定良好良好合符要求合符要求合符要求合符要求4、安全：无安全事故5、工期：计