钢管混凝土作业指导书.docx
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钢管混凝土作业指导书
钢管混凝土施工作业指导书
1、适用范围
适用于成绵乐铁路鸭子河双线特大桥系杆拱结构，钢管混凝土拱肋。
2、执行规范与标准
《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
《公路施工手册——桥涵（上、下册）》北京：
人民交通出版社2000年版
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《钢管砼结构设计与施工规程》CECS28:
90
3、泵送顶升浇灌法施工工艺流程
钢管混凝土压注施工工艺流程为：
施工准备→设置排气孔和灌浆孔→砼输送泵及泵管安装就位→清除管内污物，湿润内壁→安设压注头和阀门→压注管内砼→从拱顶排浆孔排出砼→关闭压注口阀门→砼强度达到50%后拆除闸阀完成灌注。
其流程图详见图1泵送顶升浇灌法施工工艺流程图
图1泵送顶升浇灌法施工工艺流程图
4、砼配合比设计
该桥梁钢管拱肋砼设计强度为C50，砼配合比设计根据工程实地原材料进行选择。
4.1原材料的选择
（1）水泥和矿物掺合料的选择
根据《公路桥涵施工手册》下侧第208页介绍，配置C50钢管砼宜选用P.O42.5水泥和I级或II级粉煤灰。
故配置本桥C50钢管砼水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R，粉煤灰选用I级粉煤灰，要求各项指标均能达到规范要求。
（2）膨胀剂的选择
钢管砼需要掺入一定量的膨胀剂，以补偿砼的自收缩，避免砼与钢管壁脱粘，影响钢管砼材料的承载能力。
膨胀剂检测各项性能指标要能满足JC476-2001规范要求。
（3）高效减水剂的选择
高效减水剂是钢管砼配合比设计的重要参数，在水泥等材料参量一定时，水灰比越小，配置的砼强度就越高，但砼施工就越困难，为达到既降低水灰比，又满足泵送施工的目的，需要掺加高效减水剂，选取减水剂的原则是减水率高、保塑性能好、引气量底、与水泥的相溶性好等特点，高效减水剂检测各项性能指标要能满足GB8076-2008及铁路混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设{2009}152号文要求。
（4）集料选择
粗细骨料均采用鸭子河的骨料，其各项性能指标要能满足JGJ52-2006规范及铁路混凝土工程施工质量验收补充标准铁建设{2009}152号文要求。
（5）水
水采用本地自来水。
4.2配合比的确定
由中铁四局集团成绵乐铁路工程指挥部中心试验室对该桥钢管拱肋C50膨胀砼配合比初步确定如下：
材料
水泥
粉煤灰
矿粉
砂
小石
大石
外加剂
膨胀剂
水
材料用量（kg/m3）
345
85
60
670
329
768
7.35
39.2
150
配合比
（质量比）
1
0.246
0.174
1.942
0.954
2.226
0.021
0.114
0.435
在实施过程中要严格按照正式配合比施工，在施工过程中可根据砂、石料的含水情况，对该配合比的水用量进行调整。
5、砼输送泵选型
泵送顶升混凝土的关键是混凝土泵车提供的最大泵送顶升压力能够使钢管内的混凝土达到钢管的顶端，因而泵车的性能、混凝土的特性与顶升的高度是决定施工机具选型的主要条件。
结合以上分析，混凝土泵送顶升机具的选型主要是泵车能提供的压强与泵送顶升压力的比较。
具体计算时将钢管的垂直高度折算成水平距离，利用求出的单位长度水平管产生的压力损失值，计算出所需的泵送混凝土压强，考虑自重压力、泵车内部的压力损失值后即可进行泵送机具的选型。
根据《混凝土泵送施工技术规程》的有关资料，计算公式如下：
；
垂直高度折算成水平管时，其计算公式为：
（m）
折算成实际带倾角拱肋后：
一个弯头折算9.0m
合计折算＝
则钢管内混凝土达到顶部所需的泵送顶升压力为：
自重压力：
泵车内部的启动压力损失值
则：
实际施工中按照2倍的计算值选用：
即选用
以上的混凝土泵车。
6、在钢管拱肋上设置注浆孔、透气孔、排浆孔及排渣孔
6.1注浆孔设置
注浆孔设置大小采用与砼输送泵管相同直径，及φ150mm的圆孔，选择一节1.5m长左右的圆管（与砼输送泵管型号相同φ150mm）一端切一斜口，斜口朝上，插入钢管内200mm，与钢管轴线斜夹角为300～650，以确保砼在压注过程管道畅通，圆管四周焊接固定在钢管拱上，露在钢管拱外部的圆管与砼输送泵管连接，在连接部位设置一道“闸板阀”，砼压注施工完成后可将其阀门关闭，有效的防止砼外流。
6.2透气孔设置
每个钢管及腹板均在拱顶至拱角段，每10m处，设置一个排气孔，一条拱肋设置6个排气孔，以利于砼在压注过程中透气，减小压注砼阻力，透气孔设置为φ20mm的圆孔，采用φ20钢管将接口引导至拱肋外面，当砼泵送至透气孔位置时，采用棉布或麻袋等物，赌赛该孔，继续向上压注砼。
6.3排浆孔设置
每个钢管及腹板均在拱顶部位设置一个φ150mm×1000mm的钢管排浆孔，钢管砼灌注满时，该孔开始冒浆，此时应继续泵送砼，直至该孔连续排出约1m3砼，此后每间隔5min左右泵送一次，总开机约3～5次后方可停止泵送砼，以尽可能排除钢管砼的气体，避免砼与钢管壁的脱粘
6.4排渣孔设置
在每个钢管及腹板的拱脚部位设置一个排渣孔，在开始进行钢管砼泵送之前，先用水将整个管道冲洗干净，冲洗管道的水及焊渣等杂物可从排渣孔内排出，排渣孔设置在拱脚钢管下方φ150mm圆孔，管道清洗干净后便进行封堵灌注砼。
图5钢管拱肋上注浆孔、透气孔、排浆孔及排渣孔布置图
6.5安装压注头和闸阀
压注头设在拱脚处拱肋的底部，拱肋的每根钢管均设置压注头。
压注头及闸阀详见图6.5闸门连接示意图。
图6.5闸门连接示意图
7、清洗
即清除钢管内渣物。
为润滑管壁，减少泵送过程混凝土和管壁的摩擦力，在泵送混凝土之前，先用压力水冲洗钢管壁，接引自来水清洗钢管内部，通过拱脚处预设的排渣孔排除管内渣物。
待管内水及杂物排除干净后，封闭排渣孔。
8、压注管内砼
在压注砼之前需要对砼配合比进行试拌，试拌的条件尽量接近浇筑条件，测定室内温度、拌合时间、砼和易性情况、坍落度值、间隔1小时后砼坍落度值、砼初凝时间等指标。
8.1压注管内砼的时间选择
为保证钢管拱砼在灌注过程中始终保持良好的和易性，亦选择在温度较低的时间压注。
8.2泵车的布置
泵送可以采用二台泵一跨拱自两拱趾同时对称压注，压注顺序以“先上后下”的原则进行。
混凝土输送管应避免转弯角度过小及弯头过多，输送管支撑架采用钢管搭设，架撑在系梁上要求稳定，在泵管对接前仔细检查管内壁是否清洁、结构和密封圈是否完好，以确保不会在泵送过程中发生堵塞、爆裂和泄露现象。
对接好后要逐节检查输送管以确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。
为防止意外发生在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用，对备用管道的更换要先行试验、熟练掌握。
8.3砼的拌和与运输
在拌和砼之前，先要根据骨料的含水量对理论配合比进行调整，砼拌和严格按照调整后的施工配合比进行拌料，每盘搅拌时间不得少于2分钟。
砼拌和设备选择微机控制、能准确计量的带有强制性的拌和楼生产，砼运输采用罐车由搅拌站运输至工地。
9、顶升压注管内砼
钢管砼的泵送应当遵循“逐步成拱，逐级加载，外力释放，间期缩短”的原则，两岸对称顶升泵送，压注时，开始应保持同步慢速，两岸钢管内砼的进度差不能超过2m，并观察泵压及各部分运行情况，确认工作正常后再以常速泵送，并保持连续泵送，若砼供应不及时，泵斗中储存一部分砼，必要时降低速度泵送或间隔泵送以维持泵送的连续性。
泵送过程中，应加强对管内砼的位置敲击检测，以控制双向对称性，防止偏压。
在泵送过程中加强对钢管拱的监测，对拱肋的竖向曲线变化和拱肋的竖直度进行量测，并及时采取有效的措施纠正。
砼接近拱顶时，应严格控制泵送速度，缓慢泵送或间隔泵送，并通过敲击准确判断砼到达位置，使拱顶空气完全排出，排浆孔出浆后再两泵间隔泵送，直至出浆孔排出砼与入管砼一致（即合格砼）后两拱趾两台泵同时再泵送两下即可停止压注。
施工期间要求配备一台高压水枪，以便混凝土从排气孔冒出后及时清洗钢管拱。
10、钢管砼施工应急预案
钢管砼泵送施工容易出现的故障有两类：
一类是腹板的撕裂，另一类是堵管，下面就此两类情况分别做出处理的措施。
10.1腹板出现撕裂
当腹板出现撕裂，应当立即停止泵送砼，放掉腹板内砼，并对撕裂处进行补焊，补焊后重新灌入砼。
该部位分为上腹板和下腹板，上腹板部位人较容易操作，下腹板部位必须先制作一个挂篮，利用吊车提升，操作人员站在挂蓝里面进行操作。
10.2堵管
在灌注钢管砼施工过程中，最容易出现的故障就是堵管，造成堵管的原因有以下四点：
（1）砼离析。
（2）砼保塑性差，坍落度损失大。
（3）砼搅拌不均匀，和易性差。
（4）泵机发生故障停泵时间较长。
发生砼堵管时，采取的处理方法是：
首先确定堵管的位置，关闭“闸板阀”，断开泵管与压注孔之间的连接，在泵送砼，以判断是否在泵机与压注管之间的泵管堵塞。
如果在此段堵塞，当立即清理该段管道，重新接通泵管，打开“闸板阀”，继续灌注砼。
如果此段泵管未发生堵管，则可以判断在拱肋钢管发生了堵管，处理的办法是通过敲击法找到砼堵管的位置，在该位置下方3～5m处开孔，放出被堵的砼，直至润滑砂浆全部流出，如果未见砼，则需要继续向下开孔，直至全部放出砂浆为止。
并在此处重新加工焊接注浆孔，沿拱肋钢管重新铺设泵管，重新开始泵送顶升，施工工序不变。
如果在桥梁的一端堵管，另一端当放慢泵送的速度，加强拱的线性监控，在线性未发生变化的情况下，可继续缓慢施工；如发生变化，则立即停止施工，待堵管的一端恢复泵送时两端同时泵送。
11、确保砼施工质量的控制
混凝土质量的好坏直接影响到压注的成功与否，及影响到压注后的钢管内砼质量，故本工程混凝土质量由试验室进行监控。
混凝土试配及施工控制要点如下：
混凝土强度要求：
满足设计和规范的要求。
混凝土坍落度要求：
压注入管时，混凝土塌落度控制在18～20cm之间，3h后落度16cm；在压注过程中，应经常进行坍落度的抽查检验，不合格的混凝土坚决不用。
混凝土拌和时间：
＞120s，确保混凝土的和易性。
混凝土采用微膨胀混凝土，凝结硬化后有很好的密实性。
具有收缩补偿性，即补偿收缩混凝土，其微膨胀率略大于收缩率。
良好的可泵性，在泵送顶进过程中，能始终保持优良的性能状态。
泌水率较小且流动性大，便于混凝土自动扩展填充
高温施工条件下能正常凝结硬化，不开裂。
12、钢管砼质量检验方法
常规的钢管砼质量检验方法有二种：
一种是敲击听音法，该检验方法是通过敲击声音的变化，可以检查出灌注砼与钢管内壁间的间隙，精确度可达到1mm～2mm。
这是目前最常用的检验方法，但其准确性不够理想。
另一种是超声波检查法，该方法是通过超声波测得其固有的传播速度、振幅、频率及波形曲线，称为标定数据。
然后用同一台仪器，测定检测结构的这些参数，称为测定参数，通过两者的比较，判断出砼是否存在缺陷，该检验方法可以较为准确的检验出砼是否与钢管脱粘结、砼中是否有空洞及钢管内的砼强度与标定试件砼强度之间的差异。
13、钢管砼的质量缺陷及处理
钢管内的填心砼最常见的质量缺陷有以下几种：
（1）空腔，是由于砼在灌注过程中排气不良或灌注间断而残留在砼内的空气造成；
（2）收缩缝，由砼水灰比过大，水泥用量过多，微膨胀量不足造成；
（3）砼与钢管壁粘结不良，由钢管内壁锈蚀造成；
（4）砼离析，由于配料不好、骨料堆积造成；
（5）砼疏松不密实，由泵压不足、灌注速度过快造成。
钢管内的填心砼存在质量缺陷的处理的常规方法是压浆处理。
经过查阅相关书籍及规范标准，众多书籍中显示对存在缺陷的砼均采取压浆处理。
a、压浆材料的设计
针对钢管混凝土的不同脱粘程度及空洞大小，应该采用不同的压浆材料，需要进行压浆材料的优化设计。
（1）当脱粘宽度大于lmm时，压浆材料的制备应选择P．O42．5水泥、膨胀剂、高效减水保塑剂（如聚羧酸类和萘系）等原材料，其配合比为，水：
P．O42．5水泥：
膨胀剂：
减水剂：
0.35：
1：
0.1：
0.005~0.008，28d水泥石抗压强度>50MPa。
（2）当脱粘宽度为0．2-lmm时，压浆材料应选择D95≤40um，D50≤10um，比表面积>600m2／kg的超细普通硅酸盐水泥、高效减水保塑剂（如聚羧酸类和萘系）等原材料，其配合比为，水：
水泥：
减水剂：
0.50：
1：
0.006~0.010；也可以采用掺加减水剂的湿磨灌浆水泥，水泥浆的性能D95≤40um，D50≤10um，28d水泥石抗压强度>50MPa。
（3）当脱粘宽度小于0.2mm时，应选择环氧树脂灌浆材料进行压浆处理，其配合比为，环氧树脂：
邻苯二甲酸二丁酯：
二甲苯（或丙酮）：
乙二胺；1：
0.1：
（0．3~0.6）：
（0.08~0.1）。
b、压浆工艺
钢管混凝土的脱粘及空洞压浆处理，应选择最大注浆压力可达10MPa以上，最大注浆能力达100L/min以上的高压注浆泵。
其注浆工艺为：
（1）压浆时间宜选择夏季高温天气的中午进行．此时脱粘的宽度最大，容易压浆密实。
（2）采用锤击、超声波等检测手段确定脱粘区域，在诙区域的管壁上下两端各钻一个扎10mm的孔，在下孔焊接一个l0mm的钢管，将管嘴和注浆嘴连在一起。
（3）空压机对下孔送风，若上孔口出风，说明该脱粘区域已连通；若上孔口不出风，说明脱粘区域不通，此时须在上下两孔之间重新钻孔，重复上述操作至上孔出风为止。
（4）从压浆机的进浆口加入制备好的压浆材料，启动空压机，打开注浆嘴，开始压浆，直到上孔口溢浆为止，关闭注浆嘴，用密封膏封闭上孔。
（5）对拱桥钢管的脱空区域重复上述操作。
（6）待压浆材料硬化后，用超声波检测脱空区域，如末压满，继续压浆。
脱粘区域压满注浆材料后，切除注浆钢管，并将钻孔补焊密封。
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