钢管拱混凝土顶升灌注施工.docx
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钢管拱混凝土顶升灌注施工
钢管拱混凝土顶升灌注施工
中铁二局五处陈善军
【摘要】本文通过对钢管拱砼在灌注过程中可能出现的问题进行预测分析，并采取相应的技术措施，取得了非常理想的效果。
【关键词】钢管拱顶升砼灌注配合比
1、工程概况
深圳彩虹桥总建筑长438m，由主桥和两端的引桥组成。
主桥为钢管砼下承式钢架系杆拱，跨度150m，双向四车道，桥宽23.5m，飞跨深圳火车北站29股轨道。
主桥下部结构形式为3m直径桩基、系梁、承台、2.8m—3.6m钢管砼柱及箱室钢纤维砼帽梁，上部结构为4支格构式钢管拱，钢管直径750mm，壁厚12mm，钢管内灌注C50微膨胀砼，共580m3；通过17对双吊杆悬吊预应力钢—砼叠合板组合桥面系，由于采用无推力拱体系，两端帽梁通过南北各16根12φ15.24钢绞线成品束来平衡拱对帽梁产生的推力，并通过墩柱内的竖向预应力体系克服拱对帽梁产生的弯矩。
桥型结构如下图。
该桥是深圳市已建桥梁中跨径最大、技术含量最高的一座，具有无铰下承格构式系杆拱目前国内跨度最大，桥面悬浮体系目前国内最新的特点。
深圳彩虹大桥建成后，不仅能缓建深圳市的交通，而且将作为深圳城市的一个标志，与周围环境共同构成深圳市的一道亮丽景观。
2、原因分析
从已知的国内外钢管拱桥施工情况了解倒，钢管拱砼灌注在整个钢管拱桥施工过程中，是一个关键控制工序，必须引起高度重视。
可能出现的几种质量问题及原因分析归纳如下
可能出现的几种质量问题
用矩阵图分析主要问题和主要影响因素
根据矩阵图找出：
关键问题：
E（钢管壁破裂）、A（砼不密实）
主要因素：
8（砼灌注方法不正确）、4（砼配合比不正确）、9（砼灌注顺序不正确）、6（灌注砼过程中进入空气）、5（砼配料计量误差大）
3、方案比选
钢管拱砼灌注是钢管拱桥施工成败的关键之一，必须保证钢管内的砼密实、强度达到要求、钢管壁与砼结合密贴，否则造成无可挽回的损失。
因此，必须选择正确的灌注方法。
几种灌注方案比较如下表
方案比较表
方案
简介
优点
缺点
顶升灌注方案
从钢管拱脚处用高压输送泵一直往拱顶压送砼
●砼中不窝气
●砼密实度好
●在拱上布管少
●施工方便
●对砼标准要求高
●对砼输送泵要求
高
高抛灌注方案
从拱顶往下灌注砼
●对输送泵要求不高
●砼中易窝气
●砼密实度难保证
●拱上布管多
高抛振捣灌注方案
从拱顶往下灌注，钢管外壁用振捣器振捣
●砼密实度能保证
●对输送泵要求不高
●砼中易窝气
●拱上布管多
●用振捣器振捣钢管使砼密实很难实施
从三种方案比较，顶升灌注方案是最优方案，并且是可行的，其它方案在此不可行。
4、砼配合比选择
4．1、技术要求：
砼强度：
fc4≥45Mpa,fc28≥50Mpa
砼凝结时间：
初凝时间：
≥12h，终凝时间≤16h
砼灌注时的坍落度：
200mm～240mm，坍落度损失：
4h时≤60mm
砼限制膨胀率：
28d，0.00%～0.02%
砼和易性、可泵性良好，无泌水现象。
4．2、砼配合比设计
砼配合比采用正交试验法进行优化设计，设计控制参数：
水泥：
韶峰牌PO525＃，≤550kg/m3，符合国家质量标准要求。
外掺料：
Ⅰ级粉煤灰5%～10%，国家质量标准要求。
外加剂：
NFH减水剂0.8%～1.5%；UEA-H膨胀剂13%～17%，符合国家质量标准要求。
砂：
中粗河砂，细度模量Mn=2.3～3.0，符合国家质量标准要求。
石：
花岗岩碎石，最大粒径20mm，级配良好，符合国家质量标准要求。
含砂率：
40%～45%。
砼配合比及砼各项技术性能指标如下表
砼配合比
名称
水
水泥
砂
石
粉煤灰
NFH
UEA-H
材料用量（kg/m3）
181
435
730
930
27
15．2
81
比例
0．42
1
1．68
2．14
0．06
0．035
0．19
砼各项技术性能指标
项目
砼强度
凝结时间
砼坍落度
限制膨胀率
和易性
可泵性
4d
28d
初凝
终凝
0h
2h
4h
7d
14d
28d
指标
47
Mpa
68
Mpa
14.5
h
15.6
h
24
cm
23
cm
19
cm
0.03
%
0.02
%
0.01
%
良好
良好
5、砼灌注施工方法
5．1、灌注工艺流程如下图
5．2、砼灌注顺序
遵循先上弦管，后下弦管；先外弦管，后内弦管的原则，南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注。
其顺序如下图
北拱肋南拱肋
钢管拱砼灌注顺序图
5．3、灌注孔安设
灌注孔孔径采用125mm，与砼输送管等直径，其方向向上，与钢管轴线成30。
的角度。
砼输送管与钢管灌注管用法兰盘连接，并设止浆阀。
为防止从拱脚出不能一次灌注到拱顶，每根钢管从拱顶对称各再增设3个灌注口，作为备用。
其布设如下图所示
5．4、排气孔安设
排气孔每8设一个，孔径50mm，露出管外200mm，方向垂直于钢管轴线，拱顶管内用钢板隔开，在此钢板两侧150mm处对称安设直径100mm，长1800mm的排气管。
为防止加强环及拱顶隔板处窝气，在加强环和隔板上设直径20mm的排气孔，加强环的排气孔尽量设在靠近拱的上方。
5．5、输送泵的选型及布设
根据钢管砼对称同时灌注的原则，每次灌注两根钢管，则两端各设两台输送泵，同时拱背上布设两组输送管作为备用。
为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失，采用二级接力泵送。
其输送泵的布设和型号如下图、表
砼输送泵型号
名称
型号
产地
台数
出口
压力
系统
压力
排量
垂直输
送高度
SCHWING
地泵
德国
2
16Mpa
35Mpa
85m3/h
300m
贝思特
HBT-80A
徐州
1
13.5Mpa
35Mpa
80m3/h
280m
贵航
HB-90
贵阳
1
7Mpa
28Mpa
50m3/h
200m
SCHWING
车泵
德国
2
7Mpa
16Mpa
60m3/h
40m
5．6、砼灌注过程中的监测监控
监控项目：
墩顶位移、拱顶高程变化、拱轴线变化
监测仪器：
NEICA—TCA1800全站仪。
测点布设：
在4#、5#帽梁及南北拱钢管的1/2L、1/4L、1/8L处设测点，共布设14个测点。
监测监控时间：
在砼灌注过程跟踪进行监测监控。
5．7、技术措施
（1）、所有输送泵在每次砼灌注前对各部件都要进行认真检查，并试运行，确保在整个砼灌注过程中，机况运行良好。
同时备用两台输送泵，保证在输送泵有问题时，能及时顶上。
（2）、输送管布设时，尽量减少弯管的数量，管道固定牢固，接头连接紧密，不漏浆，不漏气。
（3）、泵送砼前，先泵清水和水泥砂浆润滑管道，在泵送砼。
清水和水泥砂浆只能泵到钢管外，待泵出砼时，再与钢管灌注口相接，向钢管内泵送砼。
（4）、每车砼都应作坍落度、含砂率、和易性检验，保证泵送前砼的坍落度控制在20cm~22cm内及和易性、可泵性和自密实性良好。
（5）、对称灌注砼数量相差不超过2m3。
（6）、为防止钢管拱冒顶，事先做好压顶的准备工作，一但监测到拱顶冒顶接近警戒值，就立即进行压顶。
（7）、在砼灌注过程中，应跟踪监测4#、5#墩顶的位移变化，若位移接近警戒值时，应根据加载程序对水平细杆或墩顶竖向预应力加载。
（8）、当输送泵压力接近最大压力值时，而砼还未到拱顶，应停止泵送，换管到上一灌注孔进行泵送，但要保证此灌注孔上方砼至少有5m，不允许砼倒灌。
（9）、当出气孔冒浆时，应立即堵塞该出气孔。
出气孔未冒浆不得堵塞。
（10）、砼应连续供应，当砼出现间断时，应留一车砼每隔5分钟泵送一次打养护，直到下车砼到来。
输送泵料斗必须有足够的砼，防止无砼空泵而泵入空气到管中，引起堵管，或钢管内砼进入空气而形成空洞，影响砼质量，或因压缩空气产生高压造成钢管壁破裂。
（11）、当拱顶排气管冒浆时，应继续压注砼，直到浮浆全部排完，出现有石子的砼时，方可停止泵送砼。
（12）、砼泵送完后，立即关闭止浆阀门，拆除输送管，进行清洗。
（13）、砼灌注完24小时后，应对钢管表面淋水降温，以保证砼的质量。
5．8、质量保证措施
（1）、加强现场统一指挥，分工明确，相互配合。
经理负责总指挥，生产副经理负责现场总指挥，钢管拱两端由两名技术人员进行指挥，各灌注口安排5名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔等。
（2）、灌注砼前，组织指挥和操作人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责和质量职责，确保技术要求的贯彻执行。
（3）、派人员到砼搅拌站监督督促砼的供应，与现场密切保持联系，根据现场的需用量及时进行供应。
（4）、在输送泵现场，派专人对砼运输车进行调度指挥，保证运输车进出场畅通。
5．9、安全保证措施
（1）、灌注砼前，进行安全教育和安全技术交底，完善安全设施。
（2）、严格按照安全操作规程使用机械。
（3）、严格遵守高空作业安全规程，安拆灌注管时，严禁从拱上掉东西。
（4）、所有灌注管安设牢固，不得有松动现象。
（5）、所有用电线路按“三相五线”制安设。
6、取得效果
深圳彩虹桥钢管拱砼灌注对可能发生的问题进行预测分析，并采取正确的措施，保证了砼得以顺利灌注，取得了非常理想的效果。
钢管拱砼从1999年11月10日开始，至1999年11月17日结束，历时8天，分四次共灌注砼590m3。
6．1、钢管拱砼灌注时间
顺序
灌注部位
开始时间
结束时间
工作时间
灌注砼数量
1
Ⅰ、Ⅰ’
99-11-10
pm3:
40
99-11-10
pm11:
00
7h20min
150m3
2
Ⅱ、Ⅱ’
99-11-13
pm10:
00
99-11-14
am3:
30
5h30min
150m3
3
Ⅲ、Ⅲ’
99-11-16
pm11:
00
99-11-17
am4:
20
5h20min
145m3
4
Ⅳ、Ⅳ’
99-11-17
am4:
50
99-11-17
am11:
20
6h30min
145m3
6．2、砼实测技术指标
砼强度
砼限制膨胀率
砼凝结时间
砼坍落度
n=18
Mfcu=68.5Mpa
Sfcu=3.5Mpa
Cv=5.1%
fcu,min=58Mpa
fcu,max=72Mpa
7d=0.0035%
14d=0.0026%
28d=0.0018%
初凝：
14h30min
终凝：
15h50min
n=120
msl=21cm
Ssl=1.1cm
Cv=5.0%
slmin=19cm
slmax=24cm
6．3、钢管拱实测技术指标
砼密实度
钢管壁与砼结合程度
拱轴线高程变化
拱轴线横向偏位
拱对称点高程差
4#、5#墩顶位移变化
实测值
良好
密贴
36mm
2mm
25mm
4#:
4mm
5#:
3mm
标准值
良好
密贴
50mm
35mm
50mm
8mm
评定
良好
良好
合符要求
合符要求
合符要求
合符要求
7、结束语
钢管拱砼顶升灌注获得了成功，本人认为：
7．1、砼配合比是钢管拱砼灌注成功与否的关键，这种砼必须具备微膨胀、高流态、自密实、缓凝、坍落度损失小、和易性和可泵性良好的技术性能。
若在砼中掺入出5%~10%的优质粉煤灰，可提高砼的可泵性。
7．2、钢管拱砼顶升灌注，是利用砼的高流态性能，使砼在钢管内滚动向上翻冒，而并不是象活塞推动砼向上升。
因此，在考虑砼对钢管壁承受的侧压力时，应是砼自身对管壁产生的侧向压力。
但若在砼灌注过程中，进入了大团空气，则会在钢管内使空气压缩，顶送砼压力增大，而使钢管壁侧压力增大，可能导致钢管壁破裂。
7．3、本桥钢管拱砼灌注所选砼输送泵，系统压力均大于28Mpa，泵送相对高度30，轴线长80，虽然钢管内有许多加强环，但实际上所用砼输送泵系统压力只有8Mpa，因此，输送泵压力储备还很大。
7．4、钢管拱砼最佳灌注时间，根据钢材与温度引起的体积变化关系，认为，在钢管处于最大膨胀值时（亦即一天温度最高时），刚好灌注完砼是最佳时间，这样，钢管壁与砼结合更为密贴。
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