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摘要:本文以湖南省衡阳市石鼓区雁栖大桥为例阐述了钢管拱肋的混凝土压注施工是能否体现设计目标——混凝土与钢管良好联合的关键工序。除了混凝土对钢材的粘着力外还存在着钢管对管内混凝土强有力的约束,这种三维的约束使得管内混凝土的受力性能大幅度改善,能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲、变形的缺点。
关键词: 施工技术；拱肋;钢管混凝土;
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1施工概述
湖南衡阳雁栖大桥跨蒸水河，大桥全长663.78米，主桥采用105米下承式系杆拱桥。主桥拱肋是两条封闭的椭圆钢管构成,两条拱肋在拱脚处与主墩承台拱座上的预埋钢板焊接固定成一个整体,拱脚处的断面最大,长轴长4.1569m,短轴长3m。
根据设计要求,大桥主桥拱脚段灌注C50无收缩混凝土,总方量约为1100m3。拱肋内混凝土采用泵送顶升浇灌法,混凝土灌注位置:内拱吊杆N8锚固端断面处,外拱吊杆W10锚固端断面处。拱肋混凝土灌注分两次进行,第一次从拱脚灌注至横梁顶面,第二次灌注横梁以上段混凝土。第二次灌注混凝土时采取先外拱后内拱的顺序进行。浇注位置如图1所示。
图1 拱脚段混凝土浇注示意图
2拱肋微膨胀混凝土施工工艺流程
拱肋钢管混凝土施工工艺流程图如图2所示。
图2拱肋钢管混凝土施工工艺框图
3微膨胀混凝土配合比
一般普通混凝土在凝固时,由于其自身干燥收缩、温差变异等原因,混凝土产生收缩变形。为使拱肋混凝土凝固后拱肋内不产生空隙,本工程使用微膨胀混凝土,以补偿混凝土的收缩。微膨胀混凝土的配制材料及技术要求如表1所示。
表1 微膨胀混凝土的配制材料及技术要求
根据公司试验室和商品混凝土拌和站对原材料、拌和料联合试验,经多次反复试拌调配,最终确定本工程拱肋内微膨胀混凝土配合比:1:1.78:2.17:0.38: 0.209: 0.058:0.032 [水泥:砂:石:水:粉煤灰:膨胀剂:减水剂]。
4拱肋微膨胀混凝土灌注
4.1拱肋微膨胀混凝土灌注准备工作
(1)提前联系好混凝土有关事宜,准备好混凝土输送地泵(TB-60型,其中一台备用)及车泵,其垂直压注高度达60m,泵送能力达35m3/h。
(2)应提前安装好每次浇注使用的进料导管及出浆口,开好排气孔,安装混凝土输送管阀门。灌注第二层混凝土时将Ø125mm钢管焊接在拱肋内,外露端有法兰盘与输送管连接。
(3)混凝土浇灌内插连接钢管与拱肋之间的连接焊缝高度不小于壁厚。为防止施工时浇灌口处剧烈振动将浇灌口与进料管之间的焊缝撕裂,在拱肋浇灌孔与连接管之间焊水平支撑或钢板加肋板,加强其刚度。
(4)检查冷却水管是否漏水并进行通水试验,确保冷却水管连接、固定牢固。
(5)做好混凝土浇注过程中的监测准备工作,在拱肋上设置偏位观测点,监控单位在拱肋内外安装应变计及传感器,使其能在灌注过程中对拱肋可能产生的跷曲、偏移或鼓胀等情况及时掌握,并采取相应的处理措施。
4.2横梁以下拱肋混凝土(第一次)灌注
横梁以下的部位利用高压混凝土输送泵将混凝土通过混凝土输送管及位于拱脚中间部位接口的连接管顶入钢管拱内。在横梁底部设置排气孔,以排出混凝土输送过程中产生的渗水及浮浆,减少泵送压力。设在拱脚的进料接口连接管采用设置截止阀的方法,防止混凝土倒流。当混凝土顶升到横梁底部,并从排浆孔排出表面浮浆后,由于横梁内隔板较多,继续顶升浇注阻力增大,而且容易产生混凝土空洞,所以横梁部位的混凝土改换,由混凝土输送车从拱肋桥面上的人孔送料进行浇注,使用振捣棒进行振捣。第一层与第二层混凝土之间按设计要求插入锚筋,表面进行凿毛处理。
4.3横梁以上拱肋混凝土(第二次)灌注
横梁以上部分拱肋的混凝土灌注也使用泵送顶升灌注法,为降低泵送压力在拱肋内安装泵送插管,将混凝土送到高处出浆,混凝土沿着拱壁流下。混凝土输送管顶预留约3m的距离,利用混凝土输送泵的压力将混凝土顶升充满整个拱肋,直到混凝土从设置在顶部的出浆口排出均匀连续的混凝土浆,拱肋第二层混凝土顶升浇灌完成。
4.4施工要点
(1)混凝土灌注时间选择在晚上进行,灌注速度不宜过快,控制在25～30m3/h左右,顶升至横梁底部时,由于横梁内部隔板及肋板较多,待表面水份及浮浆从排气孔中排出后,使用振捣棒对边角位置的混凝土进行振捣。
(2)混凝土灌注到横梁后,关闭混凝土的进料阀门,更换输送车进行横梁内部混凝土的灌注,将混凝土輸送管从桥面上拱肋人孔伸入拱肋内送料,采用振捣棒进行振捣密实。
(3)混凝土灌注过程要做到连续泵送完成,其间不宜停顿,如果必须中断,时间尽量缩短,最多不能超过0.5h,否则,由于混凝土在输送管及钢管柱内停留时间过长,有可能导致管内混凝土假凝而堵管,造成工程质量事故。
(4)在混凝土浇注过程中,安排人员在拱肋周边用锤子敲击钢板,以判别拱肋内混凝土是否已浇灌密实。若出现明显的空洞时,如果发生在拱座正上方,可临时开Ø16mm排气孔,如发生在拱肋竖向位置,可采用振动棒从上方插入对该处进行振捣密实。
(5)灌注第二层混凝土时,采用顶升法灌注,当灌注至设计盲板位置时,顶部水分及浮浆先从排气口排出,当排气孔及出浆孔有浆排出时,放慢泵送速度,每次泵送一下,停顿20s,如此多次反复,最终排完水和浮浆,排气管挤出均匀连续的混凝土为止。
(6)管内混凝土灌注完成后,关闭混凝土进料阀门拆除输送管清洗, 2h后可拆除进料阀门。24h后,用气焊割除临时进料管,清洗,用孔壁钢板封焊排浆及排气孔。
5混凝土质量检验及缺陷补强
施工完毕后,管内混凝土的浇灌质量可以用敲击拱肋钢板的方法初步检查,对有异常者,可用超声波进一步检测。若发现管内混凝土不密实,可采用钻孔压浆法进行补强。当缺陷较小时,压浆采用无收缩中化-798环氧树脂化学浆液(由设计提供压浆参数和指标);当缺陷较大时,压高标号环氧砂浆。压浆后将钻孔补焊牢固,并磨平光滑。
6结语
大桥主桥拱肋混凝土顶升灌注顺利完成,为我公司钢管混凝土结构施工提供了一个参照工程实例。在如何精确计算钢管内混凝土的压力及合理选用混凝输送泵的型号等问题上,还有待进一步的加强与研究。
关键词: 施工技术；拱肋;钢管混凝土;
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1施工概述
湖南衡阳雁栖大桥跨蒸水河，大桥全长663.78米，主桥采用105米下承式系杆拱桥。主桥拱肋是两条封闭的椭圆钢管构成,两条拱肋在拱脚处与主墩承台拱座上的预埋钢板焊接固定成一个整体,拱脚处的断面最大,长轴长4.1569m,短轴长3m。
根据设计要求,大桥主桥拱脚段灌注C50无收缩混凝土,总方量约为1100m3。拱肋内混凝土采用泵送顶升浇灌法,混凝土灌注位置:内拱吊杆N8锚固端断面处,外拱吊杆W10锚固端断面处。拱肋混凝土灌注分两次进行,第一次从拱脚灌注至横梁顶面,第二次灌注横梁以上段混凝土。第二次灌注混凝土时采取先外拱后内拱的顺序进行。浇注位置如图1所示。
图1 拱脚段混凝土浇注示意图
2拱肋微膨胀混凝土施工工艺流程
拱肋钢管混凝土施工工艺流程图如图2所示。
图2拱肋钢管混凝土施工工艺框图
3微膨胀混凝土配合比
一般普通混凝土在凝固时,由于其自身干燥收缩、温差变异等原因,混凝土产生收缩变形。为使拱肋混凝土凝固后拱肋内不产生空隙,本工程使用微膨胀混凝土,以补偿混凝土的收缩。微膨胀混凝土的配制材料及技术要求如表1所示。
表1 微膨胀混凝土的配制材料及技术要求
根据公司试验室和商品混凝土拌和站对原材料、拌和料联合试验,经多次反复试拌调配,最终确定本工程拱肋内微膨胀混凝土配合比:1:1.78:2.17:0.38: 0.209: 0.058:0.032 [水泥:砂:石:水:粉煤灰:膨胀剂:减水剂]。
4拱肋微膨胀混凝土灌注
4.1拱肋微膨胀混凝土灌注准备工作
(1)提前联系好混凝土有关事宜,准备好混凝土输送地泵(TB-60型,其中一台备用)及车泵,其垂直压注高度达60m,泵送能力达35m3/h。
(2)应提前安装好每次浇注使用的进料导管及出浆口,开好排气孔,安装混凝土输送管阀门。灌注第二层混凝土时将Ø125mm钢管焊接在拱肋内,外露端有法兰盘与输送管连接。
(3)混凝土浇灌内插连接钢管与拱肋之间的连接焊缝高度不小于壁厚。为防止施工时浇灌口处剧烈振动将浇灌口与进料管之间的焊缝撕裂,在拱肋浇灌孔与连接管之间焊水平支撑或钢板加肋板,加强其刚度。
(4)检查冷却水管是否漏水并进行通水试验,确保冷却水管连接、固定牢固。
(5)做好混凝土浇注过程中的监测准备工作,在拱肋上设置偏位观测点,监控单位在拱肋内外安装应变计及传感器,使其能在灌注过程中对拱肋可能产生的跷曲、偏移或鼓胀等情况及时掌握,并采取相应的处理措施。
4.2横梁以下拱肋混凝土(第一次)灌注
横梁以下的部位利用高压混凝土输送泵将混凝土通过混凝土输送管及位于拱脚中间部位接口的连接管顶入钢管拱内。在横梁底部设置排气孔,以排出混凝土输送过程中产生的渗水及浮浆,减少泵送压力。设在拱脚的进料接口连接管采用设置截止阀的方法,防止混凝土倒流。当混凝土顶升到横梁底部,并从排浆孔排出表面浮浆后,由于横梁内隔板较多,继续顶升浇注阻力增大,而且容易产生混凝土空洞,所以横梁部位的混凝土改换,由混凝土输送车从拱肋桥面上的人孔送料进行浇注,使用振捣棒进行振捣。第一层与第二层混凝土之间按设计要求插入锚筋,表面进行凿毛处理。
4.3横梁以上拱肋混凝土(第二次)灌注
横梁以上部分拱肋的混凝土灌注也使用泵送顶升灌注法,为降低泵送压力在拱肋内安装泵送插管,将混凝土送到高处出浆,混凝土沿着拱壁流下。混凝土输送管顶预留约3m的距离,利用混凝土输送泵的压力将混凝土顶升充满整个拱肋,直到混凝土从设置在顶部的出浆口排出均匀连续的混凝土浆,拱肋第二层混凝土顶升浇灌完成。
4.4施工要点
(1)混凝土灌注时间选择在晚上进行,灌注速度不宜过快,控制在25～30m3/h左右,顶升至横梁底部时,由于横梁内部隔板及肋板较多,待表面水份及浮浆从排气孔中排出后,使用振捣棒对边角位置的混凝土进行振捣。
(2)混凝土灌注到横梁后,关闭混凝土的进料阀门,更换输送车进行横梁内部混凝土的灌注,将混凝土輸送管从桥面上拱肋人孔伸入拱肋内送料,采用振捣棒进行振捣密实。
(3)混凝土灌注过程要做到连续泵送完成,其间不宜停顿,如果必须中断,时间尽量缩短,最多不能超过0.5h,否则,由于混凝土在输送管及钢管柱内停留时间过长,有可能导致管内混凝土假凝而堵管,造成工程质量事故。
(4)在混凝土浇注过程中,安排人员在拱肋周边用锤子敲击钢板,以判别拱肋内混凝土是否已浇灌密实。若出现明显的空洞时,如果发生在拱座正上方,可临时开Ø16mm排气孔,如发生在拱肋竖向位置,可采用振动棒从上方插入对该处进行振捣密实。
(5)灌注第二层混凝土时,采用顶升法灌注,当灌注至设计盲板位置时,顶部水分及浮浆先从排气口排出,当排气孔及出浆孔有浆排出时,放慢泵送速度,每次泵送一下,停顿20s,如此多次反复,最终排完水和浮浆,排气管挤出均匀连续的混凝土为止。
(6)管内混凝土灌注完成后,关闭混凝土进料阀门拆除输送管清洗, 2h后可拆除进料阀门。24h后,用气焊割除临时进料管,清洗,用孔壁钢板封焊排浆及排气孔。
5混凝土质量检验及缺陷补强
施工完毕后,管内混凝土的浇灌质量可以用敲击拱肋钢板的方法初步检查,对有异常者,可用超声波进一步检测。若发现管内混凝土不密实,可采用钻孔压浆法进行补强。当缺陷较小时,压浆采用无收缩中化-798环氧树脂化学浆液(由设计提供压浆参数和指标);当缺陷较大时,压高标号环氧砂浆。压浆后将钻孔补焊牢固,并磨平光滑。
6结语
大桥主桥拱肋混凝土顶升灌注顺利完成,为我公司钢管混凝土结构施工提供了一个参照工程实例。在如何精确计算钢管内混凝土的压力及合理选用混凝输送泵的型号等问题上,还有待进一步的加强与研究。