钢管混凝土拱桥拱肋混凝土质量的测试与分析

胡 桥1，2， 李 强1，2， 黄胜方3

（1.安徽省公路工程检测中心，安徽合肥 230051；2.桥梁与隧道工程检测安徽省重点实验室，安徽合肥 230051；

3.淮北职业技术学院，安徽淮北 235000）

摘 要：钢管混凝土拱桥作为钢－混凝土组合结构中的一种，近年来被广泛用于公路城市桥梁建设。文章介绍了影响拱肋混凝土质量的主要因素，分析了拱肋混凝土检测方法的原理，比较了各检测方法的优缺点；以某钢管混凝土拱桥为依托，通过现场测试与分析，对拱肋混凝土质量进行了评价，对该类桥梁拱肋混凝土质量检测分析提供有益的参考依据。关键词：钢管混凝土拱桥；拱肋混凝土；质量检测

中图分类号：U448.22＋.2 文献标识码：A 文章编号：1673‐5781（2018）03‐0442‐03

0 引 言

钢管混凝土拱桥因其跨度适应能力强，承载力大，施工快捷，桥型美观，自1991年首座钢管混凝土拱桥建成后，我国共修建了400多座钢管混凝土拱桥

［1－2］

法是钢管混凝土拱肋内的混凝土浇筑常规方法，即通过混凝土输送泵将混凝土从拱脚向拱顶顶升。根据拱顶高度或设备条件，拱肋内混凝土顶升可以从拱脚往拱顶一次浇筑；也可以采用分级泵送，先从两端拱脚向拱顶泵送，当泵送顶升一定高度时，设置二级或更多级泵送。随着混凝土在管内高度的上升，泵送难度也随之增加，极易造成堵管和管内空气排除难度增大，导致管内混凝土形成空腔类型的缺陷。

（2）混凝土自身质量引起拱肋混凝土的缺陷。混凝土在浇筑时坍落度应适中。若混凝土坍落度过小，增加混凝土泵送的难度，有可能导致堵管或爆管；但若混凝土坍落度过大，则混凝土在运送、泵送过程中易分层离析，破坏混凝土的均匀性。混凝土浇筑时坍落度是影响拱肋内混凝土质量的主要因素之一，一般混凝土坍落度控制在180～220mm。在混凝土配合比设计时膨胀剂的掺入是为了补偿钢管内部混凝土的收缩，减小混凝土收缩系数和孔隙率。但渗入的膨胀剂的量必须适当。若加入的量过大，会使混凝土膨胀过量，导致钢结构的破坏，强度下降；若加入的量过小，由于混凝土收缩，会使混凝土干缩和水化热冷缩，导致缺陷，使混凝土与钢管壁的胶结脱离。因此，正确使用膨胀剂是非常重要的，一般掺量为8％～10％

［7－8］

。随着钢管混凝土拱桥建设量的增多，钢管混

凝土拱桥的理论研究也不断深入。由于钢管内混凝土收缩引起的钢管与混凝土粘贴不密实的现象，尤其在拱顶部位，致使钢管的套裹力存在质疑，钢管与混凝土的脱粘已逐渐被视为影响钢管混凝土拱桥工程质量关键指标之一。即使在施工过程采用特种膨胀混凝土，受施工工艺的限制和后期温差的影响，也会出现脱空等现象，对桥梁的安全运营带来了隐患。超声法检测钢管混凝土质量是近年来检测钢管混凝土密实度的一项实用技术

［3－4］

。为规范超声法检测钢

管混凝土质量技术，我国颁布了相应的规范规程［5－6］。为掌握钢管混凝土拱桥拱肋混凝土的质量，本文分析了影响拱肋混凝土质量主要因素，分析了拱肋混凝土质量检测方法的原理，比较了各检测方法的优缺点；并以某钢管混凝土拱桥为依托，通过现场测试与分析，评价拱肋混凝土质量，对该类拱肋混凝土质量检测分析提供有益的参考依据。

1 拱肋混凝土缺陷产生机制

（1）施工工艺引起拱肋混凝土的缺陷。泵送顶升

收稿日期：2018‐05‐08；修改日期：2018‐05‐21

，有时还掺入粉煤灰，以改善混凝土组份的

颗粒分配，增加致密性。

基金项目：2016年度安徽省教育厅高校优秀青年人才支持计划重点项目（gxyqZD2016551）.作者简介：胡 桥（1982－），男，安徽寿县人，安徽省公路工程检测中心工程师.442

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胡 桥，等：钢管混凝土拱桥拱肋混凝土质量的测试与分析（3）钢管混凝土材料间的温差引起拱肋混凝土的缺陷。钢管与混凝土的吸热、散热速度相差大，特别是在夏季高度暴晒下尤为突出。白天钢管吸热膨胀速度远大于管内混凝土，致使钢管与混凝土脱离；夜晚钢管收缩快于管内混凝土导致钢管对混凝土产生了紧箍力，加速混凝土的收缩与徐变。在昼夜温差变化大的季节和地区，这类作用更加突出。这种长时间地循环作用，使钢管受残余变形的影响将相对变大，而管内混凝土受徐变、收缩的影响将相对变小，致使钢管与混凝土产生脱离。

建3O—JIANZHUC—AI4L4A筑材料位具有局限性，只能反映出钻孔范围内的混凝土质量，容易造成误判或漏判。钻芯法适用于检测混凝土面积类型的缺陷，如混凝土疏松、离析、空洞等，但是对线形缺陷检测存在困难；另外，钻芯法还存在费工费时、检测价格高及对结构整体性局部破坏。因此，钻芯法只能用于抽样检查或作为对无损检测结果验证的手段。2.3 超声波法

超声波法检测拱肋混凝土质量的基本原理是在钢管的一侧布置超声波发射器，另一侧布置超声波接收器，超声波通过发射器向拱肋混凝土发射超声波，超声波在传播过程中遇到各种缺陷形成的界面时就会改变传播方向和路径，其能量就会在缺陷处被衰减，造成超声波到达接收器的声时、声幅、频率产生变化。通过分析超声波的声时、声幅、频率的变化，对拱肋混凝土质量进行分析判断。超声波法检测具有检测方便快捷、费用少等优点，但检测结果分析评定存在一定难度。实际工程检测表明，采用钻芯法与超声波法联合检测、综合判定的办法评定拱肋混凝土质量是十分有效的。

无论采用何种方法对拱肋混凝土检测，目前尚无钢管混凝土质量检测评定技术标准，工程中只能根据同类检测结果总结经验，结合现场测试数据、信息等，并经过必要的分析，对拱肋混凝土质量进行判定。当采用敲击法与超声波法联合检测时，可以参照文献［9］中介绍的评判结论（表1）。

结论

1.混凝土自密性好；2.结合性好。1.混凝土自密性较好；2.结合性好。1.混凝土自密性较好；2.结合性较好。1.混凝土自密性稍差；2.结合性稍差。1.混凝土自密性较差；2.结合性较差。

2 拱肋混凝土的质量检测方法

目前拱肋混凝土质量检测使用的方法比较多，应用较为普遍的方法有敲击法、超声波法、钻芯取样法。2.1 敲击法

敲击法是靠技术人员敲击钢管混凝土拱肋，听取敲击的声音，根据经验判断出缺陷的位置和大小。敲击法完全凭借技术人员的经验，缺乏理论依据和技术资料，是一种粗糙的检测方法。无论是对于判断的位置还是判断缺陷的大小都不能保证。因此敲击法的应用受到很大的限制，只能作为辅助检测手段。2.2 钻芯法

钻芯法是最为直接可靠的方法，不仅能直观反映出钢管混凝土的完整性，而且能精确验证混凝土强度是否满足设计要求。但该方法不足之处在于取芯部

类别ⅠⅡ

测试数据、信息等

波速在3600m／s以上，波形正常、敲击声音沉闷。波速在3200～3600m／s，波形正常、敲击声音沉闷。

表1 钢管混凝土拱肋混凝土质量检测评判结论

波速在3600m／s以上，波形不正常或敲击有轻度回声。

ⅢⅣ

波速在3200～3600m／s，波形有细波或敲击有轻度回声。波速在3200以下，波形有不正常或敲击有回声。

3 工程应用

某在建桥梁全长576.531m，主桥为152m的下承式钢管混凝土系杆拱桥，主拱矢跨比1／4，拱高37.75m，主拱采用2片哑铃型钢管拱肋，单管直径1.2m，上下钢管中心距1.6m，全断面高3.0m（图1）。钢管采用Q345qD钢板卷制，钢管及缀板间浇筑C50

微膨胀混凝土。

为了掌握钢管拱肋混凝土的质量，采用超声波法和敲击法联合检测，必要时进行钻芯检测，超声123波探伤选取有代表性的0、L、L、L、L（L为桥

444跨长）的断面，左右侧拱肋共计12个断面，每个断面布置15个测点（图2）。现场对拱肋混凝土进行

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—JI4A44NZ—HUCAILAO建筑材料胡 桥，等：钢管混凝土拱桥拱肋混凝土质量的测试与分析测结果超声波法和敲击法联合检测结果一致，并对缺陷进行了处理。

1L拱肋附2

超声波法和敲击法测试，并将测试结果对照表1进行拱肋混凝土的质量判定，结果显示在

近处存在混凝土不密实，采用钻孔法进行验证，检

图1 主桥立、平面图

实际工程中应联合使用多种检测方法，才能确保检测结果的准确度与精度。

〔参考文献〕

［1］ 周海龙，周水兴，刘文方.钢管混凝土拱桥的应用与发展［J］.公

路交通技术，2005（3）：75－79.

［2］ 郑皆连.我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势［J］.重庆交通大

学学报（自然科学版），2016，35（S1）：8－11.

［3］ 李利群，韩晓键.超声法检测钢管混凝土质量［J］.南京建筑工程

学院学报（自然科学版），2000（2）：26－32.

［4］ 蔡奇，陶水忠，王璐，等.超声法检测钢管混凝土缺陷试验研究及

工程应用［J］.工程质量，2013，31（1）：17－20.

［5］ 陕西省建筑科学研究设计院.超声波检测混凝土缺陷技术规程

［M］.北京：中国计划出版社，1992.

［6］ 中华人民共和国交通运输部.水运工程混凝土结构实体检测技

术规程［M］.北京：人民交通出版社，2015.

2 拱肋断面及测点布置图

［7］ 王学哲.超大跨径拱桥高强微膨胀C50钢管混凝土配合比设计

［J］.铁道建筑技术，2009（9）：152－156.

4 结束语

钢管混凝土拱桥拱肋混凝土由于其结构特殊和独特的施工工艺，不可避免地会产生缺陷。对拱肋混凝土的质量测试是检验成桥质量必不可少的工作。现有单一的钢管混凝土拱肋的检测技术存在不足，在

［8］ 刘洪波.五峰汉阳河特大桥C50自密实微膨胀钢管混凝土配合

比设计与应用［J］.混凝土与水泥制品，2015（4）：20－24.［9］ 文国华.哑铃型钢管砼拱肋应用超声波检测砼质量的探讨［J］.

公路工程，2003，28（1）：94－96.

［10］ 张宏，余钱华，吕毅刚.超声透射法检测钢管拱桥拱肋混凝土质

量应用研究［J］.土木工程学报，2004，37（8）：50－53.

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