钢管混凝土压注施工工艺工法

钢管混凝土压注施工工艺工法1前言1.1工艺工法概况钢管混凝土压注施工，即钢管拱内填充混凝土采用泵压法一次连续完成，主管间施工顺序为“先下后上、先内后外”，相邻主管内混凝土压注时，前根钢管拱内混凝土强度达到设计强度的80%以上后，再压注相邻主管内填芯混凝土，为提高混凝土的密实性和改善混凝土的性能，常通过掺加膨胀剂和粉煤灰，以减小混凝土的收缩系数和空隙率，降低混凝土的干缩变形、水化热和水泥用量。1.2工艺原理泵送顶升法是利用混凝土输送泵从低处向高处顶升，是目前压注钢管混凝土的主要方法。当加载程序是从拱脚往拱顶一次性浇注时，应从两端拱脚向拱顶压送；当泵送顶升高度较高时，可以采用分级泵送；当管内混凝土分段加载时，则每段从低处往高处顶升。2工艺工法特点钢管混凝土拱拱肋混凝土压注顶升法施工具有密实度高的特点，混凝土强度有保证，泵送施工具有输送管道短、不易阻塞等优点，但钢管内摩阻力较大，对泵送设备要求较高。3适用范围钢管拱桥拱肋混凝土泵送灌注施工。4主要引用标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13-51-2003)《混凝土泵送施工技术规程》(JGJT10-95)《高强混凝土结构技术规程》(CECS104：99)5施工方法按《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)，对管内混凝土的浇灌一般分为泵送顶升、立式手工浇捣和高位抛落无震捣三种施工方法。其中：立式手工浇捣法，混凝土自钢管上口灌入，用震捣器捣实。当管径＞350mm时，采用内部震捣器，管径小于350mm时，采用设于钢管外部的震捣器附着震捣。立式高位抛落无震捣法，是利用混凝土从高处顺钢管下落时产生的动能达到震实混凝土的目的，免除了繁杂的震捣作业，它适用于管径大于350mm，高度大于4m的条件，对于抛落高度不足4m的区段，仍须配用内部震捣器。当混凝土运输到拱顶高处有困难，管内也不适于高位抛落或人工浇灌震捣，管外由于直、斜腹杆构造也难于布置附着震捣时，可采用泵送顶升浇灌（正注）法。泵送顶升浇灌法（或称压注法）是在钢管接近地面的适当位置处安装一个带阀的进料支管，直接与混凝土泵输送管相连，拱顶高处于开排气（浆）孔，由混凝土泵将拌合物连续不断地自下而上钢管内压注，无需振捣，在混凝土泵的作用下，形成自身流动、自身挤压密实的混凝土。本工艺工法主要介绍泵送顶升浇灌法。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程图1钢管混凝土压注施工工艺流程6.2操作要点6.2.1微膨胀砼的配制微膨胀砼，即在砼中掺入膨胀剂，必要时还可掺入缓凝剂。混凝土的收缩可以通过掺加UEA膨胀剂达到消除的目的，混凝土的和易性和可泵性一般是通过掺加适量粉煤灰来解决，因此混凝土的和易性和可泵性得到改善。混凝土基本要求为：混凝土设计强度应满足设计要求；混凝土始终保持良好的可泵性，坍落度出料时不小于180mm，进入弦管时（出料后3小时内）不小于160mm；泌水率低，流动度高，便于混凝土自动扩张填充；混凝土应具有较好的缓凝性，初凝时间不小于12小时；混凝土必须具备早强性能，在七天内混凝土达到设计强度的80%以上；混凝土具有收缩补偿性，其微膨胀率能基本补偿收缩率。6.2.2压注工艺选择钢管混凝土拱肋管内混凝土的浇注宜采用泵送顶升法施工。哑铃型拱肋腹腔内的混凝土可采用非泵送顶升的方法浇注。如采用泵送顶升法浇注，应采取有效的措施防止爆管，如腹板间设对拉拉杆、分仓浇注等。全拱应分3段浇筑，先浇筑靠拱脚的两段，最后灌中间的一段，待混凝土强度达到设计强度70%后方可进行下一段的浇筑，而在每一段应先灌下拱管，再灌上拱管，最后是拱腹。6.2.3进料支管及排浆口设置进料支管离混凝土拱脚截面上1.5m处；进料支管与拱肋轴线角度30度，夹角越小泵送阻力越小，对钢管壁的冲击力越小。在拱顶设置2.5m高的增压导管，直径为16cm，当增压导管顶口三次有新鲜混凝土冒出时可认为管内砼已密实，方可停止砼压入。6.2.4泵机选型及布置为了减小泵送阻力，将输送泵安置在主墩承台附近。压注砼采用HBT60以上柴油托式泵在两个拱脚安置，并备用一台，以防机械故障。6.2.5灌注顺序及作业要求单拱肋分3次灌注，上下游对称。灌注顺序为：右侧拱肋主管一左侧拱肋主管f中间腹箱。单根钢管必须连续一次浇注完成，浇注一条钢管砼后，要待其强度达到设计要求后，方可进行下一条管砼的浇注，若设计无明确规定，钢管砼强度应达到设计强度80%以上，才能进行下一条管的浇注。灌注开始前，应压入清水清除钢管内残渣和铁锈，湿润内壁。灌注钢管砼前，应先压注足够数量的水泥浆，润滑钢管，减少摩擦阻力，然后连续泵入砼。灌注钢管砼时要求砼输送从两边拱脚对称连续的向拱顶压注，并且每根钢管砼由拱脚至拱顶一次压注完成。压注口设在灌注段根部，压注口应设法兰盘接头和液压阀门与输送泵管口连接。待灌注到设计标高后，用液压阀门关死压注口，防止砼外溢。灌注砼的前进方向每隔一定距离设一个气孔排气，并安装液压阀门，当排气孔向外冒砼时，立即关闭排气孔的液压阀门。一根钢管砼的灌注完成时间，不得超过入管砼的初凝时间。7劳动力组织根据施工进度计划，安排合理的劳动力计划，根据钢管拱的施工特点，应配备合理的技术工人，特殊工种的工人应进行岗位培训。表1劳动力配备表序号工种名称人数作业内容1泵机操作工2泵机操作及保养2接管工4布管、安拆管、安装及关闭截止阀等3电焊工2柱底开孔，焊接单向阀、封头钢板等4指挥人员2组织指挥、统筹规划、调度5混凝土工2浇捣、清理、养护6试验员1混凝土坍落度及扩展度的检测、试块制作等合计138主要机具设备表2 主要机具设备配备表序号设备名称设备型号规格数量1抽水机ZS-80-65-1604台2潜水泵50YW12-74台3混凝土拌合机JS5001台4自动计量配料机PHW-8001台5发电机200kW1台6装载机ZL-501台7混凝土输送泵HBT80-18-161台8混凝土搅拌运输车2台9.质量控制9.1易出现的质量问题泵送混凝土离析、泌水，泵管堵管，骨架钢管堵塞，是混凝土压注施工过程中容易出现的质量问题，在施工过程中，应严格控制。9.2保证措施9.2.1混凝土离析、泌水：一是靠搅拌站的搅拌质量来保证；二是混凝土运输要用搅拌运输车；三是在泵车上设置带搅拌装置的料斗保证入泵混凝土拌和均匀。若混凝土骨料分离比较严重，料斗内灰浆明显不足时，应将分离的骨料清除或另加砂浆或将此部分混凝土弃掉不用；四是泵送尽可能连续。9.2.2泵管堵管：在正常情况下，泵送油压最高值不会达到设定压力。若泵送油压很快达到设定压力，正常泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流的响声，就表明发生了堵塞。此时可频繁地进行反泵操作，将管道混凝土吸回一部分到料斗里，通常可排除堵管。若不行，说明已堵牢。此时，在一边进行正泵一一反泵操作，一边让其他人员沿着输送管路寻找堵塞部位，一般从泵的出口开始，未堵塞的部位会剧烈振动，而堵塞部位之后的管路是静止的，还可以用木锤敲打判断。用木锤敲打堵塞部位有时可以使堵塞的骨料瓦解而恢复通畅，但不准用铁锤等砸损管道。若敲打无效，可将堵塞段管件拆下，清除混凝土后再装回去，即可继续泵送。9.2.3骨架钢管堵塞:堵管的原因可能是管道润滑不足，摩擦阻力太大造成，或者是由于停歇时间太长，混凝土水分倒流造成失水严重形成堵管。一般可能出现堵塞的位置应该在法兰盘，此时可用木锤判断堵管位置，在堵管上部约0.5m处现开压注口，并立即焊接带截止阀压注管，将备用管道接上继续压注。9.2.4压注过程中出现线形变化：压注前要模拟压注进行钢拱肋受力计算。压注过程中对钢拱肋的应力应变随时检测并进行数据分析。10安全措施10.1主要安全风险分析钢管混凝土压注施工安全主要有管道压力引起的输送管道破裂，伤及作业人员，高空作业等安全风险。10.2保证措施10.2.1施工前要对操作人员进行安全交底，对钢管混凝土施工中的危险源进行辨识。10.2.2顶升前全面检查水平输送管接头的可靠性，顶升开始时水平钢管上要覆盖草袋，以防因泵送压力过大而发生爆管伤人，泵送时现场人员要远离泵管。10.2.3在排气孔观察混凝土上升情况的人员要带眼罩保护眼睛，防止混凝土喷出伤眼。10.2.4混凝土泵车、装载机须由设备持证专人操作，严紧其它人员无证违章作业。10.2.5吊运泵车时要全面检查缆索吊各组成设备是否运转正常，下放至拱座顶过程中下面不得站人。10.2.6高空作业人员要系好安全带，穿防滑鞋，防止高空坠落。11环保措施钢管混凝土施工前要对所有人员进行文明施工及环保交底，明确那些环节、部位须重点注意。泵送混凝土或压浆过程中，拱座顶、出浆孔、排气孔、出渣孔等部位会产生废弃混凝土、水泥浆或废渣或污水，须针对性采取措施。如在拱座顶会有废弃混凝土，可预先在拱座斜面上设置溜槽，将混凝土送至拱座补块前的缺口处，并及时清洗拱座顶防止污染；在排气孔、出浆孔等会有混凝土涌出，须在下方设置一些方槽，接住下落的混凝土，防止混凝土落入落布溪污染河道或伤人；在出渣孔会有带锈渣的污水排出，须设置一个方形漏斗吊挂在出渣口，用污水管道将污水引到坡底预先修好的沉淀池沉淀后排放。混凝土、水泥浆等对钢结构的污染应及时清洗干净。堵管后产生的废弃混凝土应及时清走或就地加固地面。清洗串筒、泵管泵车的的污水用污水管道送到坡底的沉淀池沉淀后排放。搅拌站水泥袋等杂物须及时清理运走。12.应用实例12.1工程简介厦门环湖里大道五缘湾日圆大桥位于湖里大道，该地段车流量大，是厦门市主要交通通道之一。主桥拱圈分钢管拱和拱脚钢筋砼两部分，通过平行钢丝吊杆和主桥体连接，总跨度为80米，拱高16米。其中钢管拱拱圈采用矩形截面倒园角等截面腰圆形钢管混凝土无铰拱结构，材质为Q345C，拱圈梁厚1.6米，宽1.3米，长74.95米，总重约为76吨。12.2施工情况主桥钢管混凝土采用泵送顶升法连续一次浇注完成，泵送压注口一般对称设于拱脚附近，焊接泵送连接管，安装倒流截止阀，在拱顶隔仓板两侧上缘各设置一个直径10-20cm排浆管，排浆管高度1.5m左右。为了防止泵压过程中异常情况出现，本次泵送钢管砼采用“一泵到顶，多点导入”的工