钢管混凝土拱桥拱肋灌注混凝土的配制与施工

钢管混凝土拱桥拱肋灌注混凝土的配制与施工田培霞;魏星【摘要】拱肋混凝土由于施工的特殊性,要求有较高的工作性能,而拱肋混凝土灌注施工是拱肋合龙后的关键工序,其施工质量直接关系到拱肋的强度、线形和受力性能.介绍拱肋混凝土的配制技术和施工工艺,阐述如何保证拱肋混凝土的质量.期刊名称】《公路交通技术》年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P63-66)【关键词】钢管混凝土拱桥;配合比;灌注施工【作者】田培霞;魏星【作者单位】江苏省交通工程集团有限公司南京分公司,南京,201221;江苏省交通工程集团有限公司南京分公司,南京,201221【正文语种】中文【中图分类】U448.22目前，我国钢管混凝土拱桥应用技术发展很快。该桥型在设计时，为了充分发挥钢管的“套箍”作用，在拱肋内灌注了高性能的高强度混凝土，以提高钢管的承载能力和构件的稳定性。灌注混凝土要求早期强度高、高流态、微膨胀、缓凝、自密实及可泵性好，设计中，微膨胀率的确定和配合比设计是关键因素，若配合比设计不好或灌注施工不到位，则钢管与混凝土粘结不良，钢管起不到“套箍”作用，混凝土不能参与受力，钢管容易出现变形、损坏，缩短使用寿命。本文对钢管混凝土拱桥拱肋灌注混凝土的配合比设计和灌注施工进行了分析说明，指出了施工中的通病，给出了预防措施，明确了质量检验方法，以确保工程的施工质量。钢管混凝土配制钢管混凝土技术要求由于钢管混凝土的作用机理是通过钢管对管内混凝土的“套箍”作用，使混凝土处于3向受力状态，使混凝土的承载能力和塑性性能得到大大提高，这就要求钢管混凝土配合比的设计满足下列性能。1）为保证钢管对混凝土“套箍”作用的有效性，混凝土必须具有收缩补偿的性能。通过在混凝土中加入适量的膨胀剂，使混凝土达到收缩补偿的目的。2）由于混凝土采用输送泵往管内灌注，因此要求混凝土具有低气泡、高流动性、自密实的性能，拌合料坍落度要求为（220±20）mm，同时要求保证混凝土在大坍落度状态下具有良好的和易性，防止离析。3） 从灌注开始至完成，混凝土始终处于扰动状态，在灌注过程中可能会因断电、设备故障、导管堵塞等原因使灌注时间延长，因此要求混凝土具有缓凝性，要求初凝时间大于16h，且灌注过程中坍落度的损失要小。4） 由于工期方面的要求，钢管混凝土灌注后要尽早达到设计要求的强度，以便尽快进行下一根钢管混凝土的灌注，即要求混凝土具有早强性能。5） 为保证混凝土凝固后的内部质量，防止开裂，要求混凝土水化热的峰值低、峰期长。根据混凝土早期强度高、和易性好、微膨胀、缓凝、自密实、可泵性好等要求及相应的规范和施工经验，对钢管混凝土作如下技术性能要求。塌落度：200-240mm;扩散度：48-68mm;坍落度损失：2h内S3cm;抗压强度：50+1.645x6二59.9MPa;初凝时间：A16h;膨胀剂：符合JC476—2001《混凝土膨胀剂》要求，28d水中胶砂限制膨胀率＜0.1%,21d空气中胶砂限制膨胀率＞-0.02%;7d抗压强度：＞50x0.95二47.5MPa。钢管混凝土配合比设计先根据JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中的配合比设计方法，计算出常规施工C50混凝土的原始配合比，再根据原始配合比进行试拌，由有经验人员调整各项组成材料，使实验室结果逐项满足设计技术性能指标要求。在试验过程中，首先满足混凝土强度要求，其次是坍落度要求，最后满足缓凝要求。当基本条件满足时再考虑满足微膨胀性能和容易泵送的条件。总的调整方法是：以水泥用量调整混凝土的抗压强度，利用添加剂的品种和用量来调整坍落度和缓凝时间，以膨胀剂品种和用量调整混凝土的膨胀率，以粉煤灰用量来调整混凝土的可泵送性，反复调整使各项性能达到最佳状态。对混凝土的粗细骨料，应对料源进行认真调查分析和比较，择优使用。细骨料要经过筛分，细度和级配要满足要求。粗骨料应由条件好的石场专门轧制，轧制时应调整好设备，使粒径和级配均达到要求。钢管混凝土粗骨料粒径要求为5-25mm,超出本范围的颗粒和石粉应筛掉。根据JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》给出的取值范围，经多次试验，确定混凝土的主要技术参数取用范围为：W/C二0.38~0.44,W/（C+F）二0.29~0.35;Sp二36%~39%；用水量W二172-192kg/m3，水泥用量＜500kg。式中，W/C为水灰比（W为水用量，C为水泥用量）；W/（C+F）为水胶比（F为粉煤灰用量）；Sp为砂率（砂用量/（砂用量+石子用量））。混凝土配制采用如下材料。水泥：采用海螺PO42.5级普通硅酸盐水泥，质量符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定。黄砂：采用细度模数2.6~2.8，质量符合JTJ041—2000《公路桥涵施工技术规范》的规定。碎石：采用镇江船山矿5~25mm（圆孑L筛）连续级配碎石，质量符合JTJ041—2000《公路桥涵施工技术规范》的规定。粉煤灰：采用谏壁热电厂的I级粉煤灰，质量符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。外加剂：采用南通金陵化工有限公司的“金陵5号”复合型泵送膨胀剂，质量符合JC473—2001《混凝土泵送剂》、GB/T8076—2008《混凝土外加剂》、JC476—2001《混凝土膨胀剂》的要求。经过多次试配、调整，优选后配合比水泥用量440kg/m3，粉煤灰用量83kg/m3,7d强度51.7MPa,28d强度69.5MPa。新拌混凝土表面无泌水线，无大气泡，具有流动度大、无离析、色差小、粘聚性好等特点。混凝土灌注施工主拱肋钢管混凝土必须单管对称泵送灌注，严格控制泵送量，使管内混凝土长度差不大于2.0m，并在混凝土初凝时间内泵送到顶。钢管混凝土泵送技术含量高，施工工艺复杂，是整个工程的重点环节之一，因此必须精心组织，周密安排，确保灌注质量和拱肋线形满足要求。主要工作流程1） 拱顶开排浆口，焊接排浆管；拱脚开进料口，焊接进料管；2） 布设输送泵送管，进行设备调试、检查；3） 泵送清水、砂浆湿润泵管；4）灌注进料管至拱脚部分（倒流段）的混凝土；5）从拱顶排浆管灌入稀水泥浆，灌注拱肋混凝土；6）进料管处关闭回流阀；7）清洗输送泵、管，拆卸堆放。施工准备原材料准备水泥、石子、砂及外掺剂应准备充足，外掺剂按每盘混凝土所需掺量事先装成小袋，人工添加，以免漏放。实测中砂、石子含水量，控制拌合料进水量。灌注混凝土不宜在冬天进行，以免冻坏混凝土。在高温季节施工时，为保证灌注顺利进行，最大程度减缓混凝土初凝时间，需采取如下措施：1）选择在后半夜施工，本时间段为一天中温度最低的时间段，没有阳光照射，钢管变形均匀，主弦钢管温度与大气温度相同。砂石料经过前半夜的自然冷却，也降2）在拌和用水中加入冰块，降低拌和用水的温度。设备准备在2拱脚处各设输送泵2台，1台正常施工，1台备用。输送泵工作压力不小于16MPa，工作能力大于50m3/h。混凝土搅拌站同样设2台，1台正常施工，1台备用。混凝土采用罐车运输，视运距配置，但不能少于2辆。安装进料管、排浆管单根拱肋钢管2拱脚处各设一进料管，一般安设在离拱脚端面2~6m处钢管顶面或侧面或底面。进料管与拱肋钢管轴线夹角小于30°，夹角越小泵送阻力越小，对钢管壁的冲击力也越小。进料管材质、管径与输送管相同，进料管设防回流阀门，并与主拱钢管焊接加劲处理。在拱顶设置排浆管，排浆管高度为2.0m，直径为20cm,以免排浆时粗骨料堵住排浆管，造成多余的浆液和气体排不出。进料管和排浆管的设置见图1。图1拱顶排浆管和混凝土进料管布设输送管输送管数量充足，型号齐全，接头胶垫圈位置准确，联结卡箍及螺栓安装正确并拧紧。应设置足够的支点和悬挂点，不可悬空，尤其是弯管处，应固定牢。与进料管相连的第1节泵管为直管，管道尽量少采用弯管和软管。拱肋混凝土灌注灌注顺序每条拱肋钢管半跨对称一次性灌注完毕，灌完倒流段后自下灌进，顺管而上。混凝土的灌注要求对称进行，桥梁上下游对称、桥梁两头对称。一个拱肋一般由多根钢管组成，若同时灌注则需多台设备同时施工，一次投入人员较多，施工控制困难，且拱脚钢管应力也较大。所以施工时一般先对上游（或下游）的一根钢管（内侧优先）半跨对称灌注，然后灌注与之对称的下游（或上游）的钢管。若1根拱肋由2根以上钢管组成时，在前一次混凝土灌注完毕下一次灌注开始时，已灌管内混凝土强度应达到设计强度的80%以上方可进行。泵送清水、砂浆湿润泵管灌注混凝土前先向混凝土输送泵内注水，启动输送泵，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。准备工作一切就绪、开始灌注混凝土前，先用搅拌机拌1~2盘砂浆，用于湿润输送泵管，然后将泵管与进料口连接。灌注进料管至拱脚部分（倒流段）混凝土混凝土进入钢管后，首先流至拱脚管底，然后再缓慢上升。倒流段内由于在混凝土往下流动的过程中夹带了空气，加上此时输送泵压力未能作用到混凝土上，为了保证混凝土的密实，需在钢管顶面开洞，将插入式振捣棒伸入钢管内振捣混凝土，振捣时间控制在5s左右。拱顶排浆管灌入稀水泥浆，灌注拱肋混凝土混凝土填满倒流段并高过进料管后，在拱顶排浆管灌入0.5m3（每半跨）水泥浆，以起到润滑管壁、便于拱肋混凝土灌注的作用。灌入水泥浆时，管内混凝土必须高出进料口2.0m以上，防止水泥浆进入倒流段。钢管混凝土应严格按配合比拌制，按设计顺序连续、均匀地进行灌注，并注意以下几点：1）混凝土拌制时，各种组成材料应计量准确，每盘料净搅拌时间不得少于90s，混凝土坍落度符合配合比要求。2） 开始泵送时，泵机应处低速压送状态，并注意观察泵的压力和各部件工作情况，待压送顺利后方可提高到正常压送速度。3） 料斗应装满混凝土，使泵送混凝土的压送顶升连续进行，尽量避免停泵。当混凝土供应不足时，宜降低压送速度，以免中断。4） 当混凝土泵送困难时，泵压升高，管路产生振动。此时，不可勉强压送，应对管路进行检查，并放慢压送速度或使泵反转，以防堵塞。5） 当输送管堵塞时，可用木槌敲击管路，找出堵塞的管段，关闭回流阀，卸压后拆卸堵管段，取出堵塞的混凝土杂物，并检查其余管路无堵塞后方可接管。接管时管中必须充满混凝土，避免空气混入。重新压送混凝土时，应先打开回流阀门再行泵送。6） 混凝土泵送顶升时，应严格遵循两岸对称的原则，两岸管内混凝土长度差不大于2.0m。必须随时联系，以保证两岸混凝土顶升速度同步对称。7） 当排浆孔排浆时，放慢泵送速度，每泵一下需停一下。停留时人工用竹竿等在排浆口抽插，使多余的气体和浮浆排出，直至混凝土溢出为止。然后稳压，关闭进料口处回流阀，防止混凝土回流。8）清洗设备，拆除输送泵管，待混凝土泌水停止后，割掉进料管和拱顶排浆管并用与原设计相同规格型号的钢板焊接封堵，以防雨水进入，并防止碳化反应。混凝土输送泵工作要求1）混凝土加入料斗以前，砂浆平面应保持在料斗搅拌轴线以上和混凝土一并泵送。泵送中，混凝土平面至少应维持在搅拌中心线以上20cm的高度。）临时停泵期间，应间隔5~10min进行正反泵1次，以防管道内混凝土离析。当长时间停泵重新工作时，应先启动搅拌器，再开始泵送。3） 当泵送工作接近尾声时，应预先估计剩余工作量和管道内的混凝土体积，以便停止供料。4） 停泵后，立即将料斗和管道内的混凝土清除掉，清洗泵机、料斗、管道等。清洗时人员要离开排料口及弯管接头处，以免发生意外。输送管体拆卸清洗后，将管段及卡箍等堆放整齐。质量通病及其原因、防治措施质量通病及原因1） 空腔：由于灌注过程中排气不良或灌注间断而使空气残留在混凝土内造成。2） 收缩缝：由于混凝土水灰比过大，水泥用量过多，膨胀量不足造成。3） 混凝土与管壁粘结不良：由于管壁锈蚀造成。4） 混凝土离析：由于配料不好，骨料堆积或抛投灌注造成。5） 混凝土不密实：由于泵压不足，灌注速度过快造成。预防措施1）在灌注混凝土的前进方向上应每隔20m设1个排气孔，拱顶适当加密。1根钢管内的混凝土应在混凝土初凝时间内1次灌注完成，中间不得间断。拱肋混凝土灌注完毕，且混凝土达到70%强度时，拟用超声波探测仪对拱肋进行探测，检查其密实性。若发现不密实处，立即钻小孔并压浆补实。但混凝土微膨胀基本完成后（约28d）,可钻小孔检查混凝土与钢板是否密贴。2） 配制混凝土时应严格控制水灰比和水泥用量。夏季高温时，在混凝土浇筑后及时在钢管拱上喷水降温，适当延长养护时间，以提高混凝土的抗裂能力。冬季应采取保温措施，使混凝土缓慢降温，以防温度骤变，减少温度收缩缝。3） 混凝土配合比设计、计算和试验方法应按有关技术规定执行。在混凝土拌制和灌注过程中，应按规定检查混凝土组成材料的质量和用量（每一工作组至少2次），在灌注地点和浇筑地点检查混凝土的坍落度。混凝土质量检测混凝土泵送顶升时，实验室应留足够的试件。每次混凝土泵送，两岸搅拌站各取试件不少于5组，进行抗压强度试验。混凝土泵送完成约3个月后，收缩趋于稳定，应对混凝土与钢管的密实情况进行检查。检查方法有3种：1）锤击敲打，可探明部位；2）钻小孔取样，采用磁力电钻；3）超声波无损检查。通常，拱顶附近1~2m长度范围内存在部分脱空现象，这是钢管混凝土桥梁普遍存在的现象，主要原因是拱顶附近坡度平缓，靠自重压力不易灌注密实，且