系杆拱桥钢管混凝土顶升灌注的施工控制技术

系杆拱桥钢管混凝土顶升灌注的施工控制技术

从钢管混凝土的配合比设计、泵送顶升计算及过程控制，详细介绍了系杆拱拱肋混凝土顶升灌注施工技术，为同类工程的施工提供参考。

标签： 系杆拱桥；钢管混凝土；顶升灌注

1 工程概况

德龙烟铁路德大段跨京福高速公路采用1-80m钢管混凝土系杆拱结构，计算跨径80m，拱轴线采用悬链线，m=1.167，矢跨比1/5，矢高f=16m。每片拱肋由2φ800mm×16mm钢管通过16mm厚钢板焊接成“哑铃”形，截面高度3.0m，两道拱肋中心距为6.9m。钢管内压注C55微膨胀混凝土，该桥拱肋混凝土共232m3。

2 混凝土顶升方案

拱肋混凝土采用顶升法灌注，单条钢管对称地从低处向高处泵送顶升，一次连续泵送到顶。为减小混凝土泵送顶升压力，采用两级接力泵送，即：桥面每端设置一台地泵，先由汽车泵将混凝土泵送至桥面地泵，再由两台地泵同时从拱脚对称压注至拱顶。顶升法灌注混凝土施工主要解决好两个关键：一是混凝土性能必须满足顶升施工的要求；二是混凝土泵送设备必须满足顶升最大压力的需求。

3 混凝土配合比设计

3.1混凝土技术要求

结合钢管混凝土泵送顶升施工工艺特点，对混凝土的工作性能提出了特殊要求：（1）要求混凝土有自密实性能，灌注时不振捣，凝结硬化后具有良好的密实度；（2）混凝土具有适当的补偿收缩性，微膨胀率不小于收缩率；（3）混凝土应具有良好的可泵性，在泵送顶升的整个过程中，能始终保持优良的性能状态，便于自动扩张填充。（4）混凝土初凝时间不少于12小时，泵送时坍落度不小于20cm。（5）混凝土在顶升过程中粗骨料应稍微呈悬浮状态，不能因自身重力下落导致顶升压力过大，因此混凝土的砂率可适当提高。

3.2混凝土原材料选择及要求

借鉴类似工程经验和根据本工程所处区域料源情况，水泥采用普通硅酸盐水泥，细骨料采用干净的河砂，细度模数以2.6-3.1为宜，粗骨料采用5-20mm连续级配的碎石，碎石需二次破碎，使其基本无棱角，粉煤灰选用Ⅰ级，膨胀剂采用DGM系列高效膨胀剂，外加剂采用聚羧酸系高效减水剂，膨胀剂和减水剂必须对混凝土强度和质量无害，水采用饮用水。为严格控制材料含泥量，用于钢管混凝土顶升的粗细骨料尚应经过水洗处理。

3.3混凝土配合比的确定

结合泵送顶升混凝土的特殊性能要求，经过反复试配，最终确定本工程泵送顶升混凝土最佳配合比为水泥：砂子（细度模数3.0）：碎石（5-20mm）：水：粉煤灰：矿粉：减水剂：膨胀剂=1：1.99：3.25：0.41：0.14：0.14：0.026：0.14。同時得出水胶比控制在0.29时，拌制的混凝土压力泌水率为0，含气量为3.3%，塌落度在出机时为230mm、运至现场220mm、二级泵送后为210mm。

4 混凝土输送泵选型

4.1泵送压力计算

为确保混凝土一次顶升到位，必须选择可靠的泵送设备。要求混凝土泵的出口压力必须大于混凝土最大泵送阻力P，并考虑一定的安全系数。

P=ΔPHL+ρgH+Pf

P—混凝土最大泵送阻力，Mpa；

ΔPH—根据S.Morinaga公式计算的泵送混凝土每米沿程阻力损失，Pa/m；

L—钢管拱半弧长，取45m；

ρ—砼密度，可取2500kg/m3；

g—重力加速度，可取9.8m/s2；

H—泵送混凝土垂直距离，取17m；

Pf—泵送系统附件及泵体内部压力损失之和，水平管每20m损失0.1MPa，垂直管每5m损失0.1MPa，45°弯管每只损失0.05MPa，90°弯管每只损失0.1MPa、管路截止阀每个损失0.8MPa、泵体起动内耗每台损失2.8MPa。（本桥混凝土泵采用DN125泵管，水平管5m，垂直管3m，45°弯管1只，90°弯管2只，管路截止阀1个。）

S.Morinaga公式如下：

ΔPH=2/R[K1+K2（1+t2/t1）V]α

其中K1=300-S

K2=400-S式中 ΔPH—砼在管内流动每米产生的压力损失，Pa/m；

R—钢管半径，取0.4m；

K1—粘着系数，Pa；

K2—速度系数，Pa.s/m；

S—砼坍落度，取200mm；

t2/t1—砼泵分配阀切换时间与活塞推压砼时间之比，当设备性能未知时可取0.3；

V—砼拌合物在钢管内的流速，取0.025m/s；

α—径向压力与轴向压力之比，取0.90。

由以上公式计算求得最大泵送阻力P=4.373MPa。

4.2泵送设备选择

根据最大泵送阻力计算结果，采用HBT80-13-90S混凝土输送泵，其泵压可达13.5MPa，桥面两端各设一台，可满足钢混凝土同步泵送顶升施工要求。

5 钢管混凝土顶升施工技术要点

5.1混凝土灌注顺序。

遵循先上弦管、后下弦管，左右两片拱肋混凝土压注同时进行的原则，单条钢管两端同时从拱脚对称向拱顶压注。待上弦钢管混凝土达到设计强度的80%时，再对称灌注下弦钢管混凝土。

5.2压浆孔与排气孔设置。

上、下弦钢管压浆孔直径为φ125mm（与混凝土输送泵泵管等径），压注管布设在距拱脚2m处。在拱顶处设置隔板，将钢管分为两部分，防止从一侧压注上来的混凝土流向另一侧。距拱顶隔板40～50cm处对称设置两个Φ125mm的排气（浆）管，管长150～200cm，为了防止排出的混凝土掉到高速公路上，在排气（浆）孔处接两根软管至梁面。5.3洗管排渣。

在拱脚最低处开设排渣孔，在混凝土压注前先从拱顶排气管内注水向下冲洗钢管，将管内所有渣物及锈迹完全清洗从排渣孔排出。

5.4泵送系统安装及试验。

混凝土泵直接吊到梁面两个拱脚之间，管道的配置线路应最短，力求顺直，尽量减少弯管数量，以减少泵压损失。泵机出口设置1m长的水平管，接1节90°

圆弧弯管，然后接直管至拱肋泵送阀门处，阀门采用DN125泵管截止阀，再由阀门接到压浆管，压浆管采用一节90°圆弧弯管，此节弯管伸入到拱肋内部0.5m，方向与拱肋平行。用于泵送顶升的所有管节、阀门、垫圈等必须采用标准高压泵管配件，在泵送顶升前进行密闭性试验，确保泵送系统的密闭性和连接刚度满足施工要求。同时每端各备用一台输送泵，保证输送泵发生故障时能及时顶上。

5.5混凝土压注顶升。

混凝土经泵车、输送泵两级接力泵送后进入拱肋，两端从下到上同步顶升，直至钢管拱顶排浆口冒出浆液，观察冒出与进浆口同浓度的浆体后关闭出浆口，稳压两分钟，然后关闭进浆口阀门，拆除泵管完成混凝土压注。

5.6混凝土压注注意事项

（1）混凝土拌制严格按照试验确定的水胶比进行控制，在混凝土出机、运至现场、泵入拱肋前均进行各项性能的检测，保证泵送前的混凝土塌落度在20cm-22cm内及和易性、可泵性良好。

（2）混凝土泵入前应先泵入清水润滑管壁，以减少压注混凝土与管壁间的摩擦力。

（3）拱肋混凝土压注必须连续进行，一次完成，中途不得停顿，当混凝土供应间断时，现场应留一车混凝土每隔5分钟泵送一次，直到下车混凝土到来。输送泵料斗内必须有足够的混凝土，防止无混凝土空泵将空气泵入钢管，引起堵管或管内形成空洞，影响质量。

（4）泵送顶升混凝土时，两端应协调一致、均匀同步，可以通过两端每车混凝土（8m3）的压注用时差来调整压注速度，使两端压注速度趋于平衡。

（5）拱顶排浆口冒浆时，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压注。

（6）在混凝土压注过程中应对拱肋的竖向曲线变化进行观测，根据混凝土压注到的不同部位随时观测拱管的线形变化。

6 钢管混凝土质量检测

待拱肋混凝土强度达到设计强度的80%后，对其密实度进行检查，采用超声波检测为主，人工敲击听音法检测为辅，密实度不符合规范要求的部位必须采用钻孔压浆法进行补强。

7 结束语

德龙烟铁路跨京福高速公路特大桥钢管混凝土顶升施工顺利完成，经现场敲

击聽音检测、超声波检测和试件试压检测，钢管混凝土密实度良好，混凝土强度符合设计要求，施工质量优良，取得了预期效果。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T10-2011混凝土泵送施工技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

作者简介：于伟，男，中铁十局第八工程公司高级工程师，出生日期：1969年2月，籍贯：山东省泰安市