钢管内混凝土灌注论文.doc

邯郸输元河大桥拱肋钢管内混凝土灌注内容摘要：以邯郸输元河大桥为例，简单介绍钢管混凝土拱桥拱肋内混凝土灌注施工技术及工艺。关键词：钢管混凝土拱桥钢管内混凝土连续灌注 工程概况邯郸输元河大桥主拱采用中承式双肋悬链线无铰拱，计算跨径100m，计算矢高22.5m，矢跨比为1/4.444，拱轴系数m=1.5，k=0.962，两片拱肋的中心距离为25.4m。主拱圈断面采用上下两根钢管和中间的缀板组成的哑铃型断面形式，断面高2.5m。上下钢管外径1000mm，间距1.5m，缀板间距0.7m，钢管厚度及缀板厚度在拱脚段为24mm，其余段均为16mm。一幅主拱拱肋共设置4组横撑，其中在拱顶设2组K形横撑，每个拱脚处设一组H形横撑，横撑由50014主钢管和2458腹杆构成，为桁架式结构。桥全长220米，主桥采用30+100+30m三跨连续自锚式钢管混凝土拱桥，两端各布置一孔30mT梁。主拱拱肋上下弦管及中间缀板均采用C50补偿收缩混凝土，全桥共计784.7m3。其中上弦管282.2 m3，下弦管276.2 m3，中间缀板226.3m3。工程于2005年6月份开工，2007年3月份竣工验收通车，由中铁十局集团第四工程公司负责施工。2 施工方案根据对称与均衡加载原则，即以拱顶为对称线两半跨对称加载，以桥轴线为对称线东西两片拱肋交替加载。按照设计文件要求并结合现场实际，本桥混凝土的灌注将分别从一幅桥的四个拱脚处同时泵送混凝土，一次顶升灌注成功。同时按照设计文件要求：下一次混凝土灌注时上一次混凝土强度必须达到设计强度的90%以上，因此全桥混凝土灌注共分六次来完成，施工时先灌注下弦管，然后是上弦管，最后灌注中间缀板。2.1 钢管内混凝土的配制技术要求及配合比的确定设计要求钢管混凝土采用C50高强微膨胀混凝土。根据混凝土具备大流动性、收缩补偿，延后初凝、早强等工作性能，结合钢管混凝土灌注特点及商品混凝土搅拌站的拌合能力，运输时间及等待时间，并根据混凝土灌注施工时外部大气环境条件情况，仔细计算出灌注一根钢管的持续时间，要求混凝土拌合坍落度2426，坍落度损失6小时3或无基本无损失,初凝时间15h以上(环境气温18时)，砂率34%45%，混凝土配制强度不低于59MPa，另外为了加快工期进程要求混凝土7d强度达到90%以上。同时按设计要求，本桥钢管混凝土的膨胀率大于0.3。经过反复试配，选用混凝土的组成材料是：水泥为普通42.5（R）组，砂为邢台河中砂，碎石为520的连续级配武安碎石，外掺剂为FJ-1型泵送减水剂，膨胀剂为FNC膨胀剂，粉煤灰为级粉煤灰，其配合比为：水泥：砂：碎石：水：外掺剂：粉煤灰：膨胀剂=494：675：895：178：29.1：49.4：39.5，该配合比经过试验并通过验证，其限制膨胀率（28d）为0.31，符合上述技术要求，报监理工程师批复后，实施时予以采用。2.2 设备的选择及施工现场的布置2.2.1 施工设备根据现场电力条件及主拱结构的实际条件，采用90型电力拖式泵四台，90型内燃泵拖式泵一台做为备用泵，共五台拖泵。同时保证电力的正常供应防止出现突然停电等意外情况的发生，现场设置两台220KVA内燃发电机组作为备用电源。 混凝土全用在商品混凝土拌合站内拌合，利用混凝土运输车直接运至工地。混凝土运输车辆数量的确定是按照每次灌注混凝土的总量，并保证每台混凝土输送泵在泵送混凝土过程中不出现缺料而中断灌注来综合考虑，通过计算安排每台输送泵3台混凝土运输车，每一次灌注需要配备12台运输车，并增加两台备用，共需要14台混凝土运输车。2.2.2施工场地布置四台混凝土输送泵分别布置于每幅桥的四个拱脚位置处，备用泵暂放在场地宽阔道路便利的大桥南侧；两台内燃发电机组分别布置于桥的两头，试运转完毕后分别接入内网中，以便在外线电网出现断电情况后能够立即切换电路，在最短的时间内恢复供电。3 钢管内混凝土灌注3.1 灌注顺序施工按照对称与均衡加载的原则，结合现场的实际情况，本桥共分六次灌注，每一幅桥分三次，分别是下弦管、上弦管，最后是中间缀板。3.2 混凝土灌注工艺流程施工准备工作泵送砂浆泵送混凝土封堵排气孔封堵振捣孔插打截止阀施工现场清理。3.3 混凝土灌注前的准备工作3.3.1 设置灌注口及安装输送管道灌注口开设在钢管的外侧，孔径与输送泵管内径相同，均为133mm，与主拱成30夹角，灌注管另一端焊接法兰与输送泵输送管相联。灌注口开设时采用气割，开口时先在拱肋上气割椭圆孔，同时将开割下的母材保存好，待管内灌注完混凝土达到强度后，割除灌注口钢管后再补上。输送泵输送管道长度根据已经开割好的灌注管计算好长度后，再配置输送管道并联结密闭好。3.3.2 设置排渣、排气及振捣孔在拱顶分隔板两侧各设置振捣孔，上下弦管各设一个，中间缀板在左右两侧上端各设一个振捣孔，焊接直径均为152mm的钢管接出，同时为了有利于混凝土灌注过程中气体更好地排出并防止溢出混凝土污染钢管拱肋，灌注时在每一个振捣孔上方加接1.5m高的塑料管。在拱脚最低处设置排渣孔，采用直径50mm的钢管接出拱脚，排渣管外焊接球阀进行控制，球阀与水带相联，以便将水及时排走。排气孔设置在主拱侧面，采用直径50mm钢管焊接，混凝土灌注过程中加装1.5m塑料管接长，方便空气的排出。振捣、排气孔在管内混凝土达到设计强度后，将钢管割除，用开孔时切割下的原材进行填焊孔洞（如果母材丢失，可采用与拱肋同材质、等壁厚的钢材进行填补）。3.3.3 截止阀设置在混凝土灌注管上设置防混凝土回流装置的截止装置，装置采用法兰装备，中间加装插销板，设计装置及图如下：在混凝土灌注过程中，将截止阀中间的插销板抽到最顶端并固定稳妥，防止在混凝土灌注过程因外力作用而发生脱落。混凝土灌注完毕时，立即松开紧固螺母，用铁锤把插销打入槽内，直至完全堵住混凝土灌注管口为止，等水泥浆将其缝隙出填满后，可以拆除泵送管。3.3.4 钢管内冲洗每根钢管及缀板灌注前，从拱顶振捣孔的钢管内注入清水以清洗主拱拱肋钢管及缀板内部，清洗后的水及锈渣等从拱脚处设置的排渣孔排走。 3.4 混凝土灌注3.4.1 混凝土灌注时间根据混凝土配合比的技术要求并结合夏季气温特点，确定混凝土灌注时间为凌晨2点6点间进行，主要原因是：一方面是因为经过一个晚上的时间，钢管拱肋的温度可以得到降低，有利混凝土在管内的运动，避免混凝土坍落度损失过大，同时也可以使拌和混凝土所用的粗细骨料的温度得到降低，避免了日间太阳曝晒造成的温度较高引起的混凝土灌注温度过高；另外一个方面是凌晨时段道路上车辆较少，有利于混凝土运输车辆的畅通，缩短混凝土运输的时间，并避开用电高峰期。3.4.2 泵送砂浆每次泵送混凝土前，每台输送泵先泵送0.51m3水泥砂浆，水泥砂浆采用与C50钢管混凝土中相同的胶砂比进行拌制。拌制好的砂浆先泵送至主拱内，可将管内残留的水排挤出，等排渣孔出排出浓稠砂浆时，将排渣孔封闭，开始钢管内混凝土的灌注。3.4.3 泵送混凝土将排渣孔封堵好后，四台混凝土输送泵同时从四个拱脚处交替地连续不间断地向主拱内泵送混凝土。在泵送过程中，注意控制并协调好四台输送泵的泵送速度，基本上保证每台泵的进料数量相近，当个别输送泵泵送速度较快时，可适当放慢泵送速度，等待其它泵同步后再继续加力。泵送混凝土时，料斗内混凝土不得少于其容量的2/3，避免在泵送过程中吸入空气。泵送混凝土过程中，经过每一处排气孔位置时，当排气孔冒出浓将时派人用特制的木塞子将排气孔堵死。当混凝土到达拱顶振捣孔并冒出后，暂停混凝土泵送，四台输送泵低速运转保持压力，此时在拱顶采用50振捣棒从振捣孔处进行振捣，让拱内残留的空气充分排出，振捣五分钟后开始慢速泵送混凝土，直至拱顶处排出的混凝土与泵入的混凝土数量一样后，暂停泵送并空转泵保持压力，同时将拱顶振捣孔用钢板焊接堵死，然后混凝土输送泵再间歇泵送一次，保证拱顶处混凝土密实。插打完截止阀后，静停5分钟后没有任何异常情况后方可拆除输送泵管。混凝土泵送完毕后，用清水将拱肋上残留的混凝土冲洗干净，并及时清洗输送泵及管道，保证下一次施工时混凝土的质量。3.4.4 测量与控制现场每台输送泵均安排专人负责记录灌注的混凝土数量，并及时与其它三台泵记录人员进行联系，确保泵送混凝土速度接近。利用全站仪直接测量拱轴线的偏位、拱轴线标高，在每一片拱肋混凝土灌注前和灌注完成时，完成8小时后，完成24小时后，共四个工况进行实时测量，并做好记录。如发现拱肋有异常情况，要及时报告监理、监控及设计、现场施工人员，以进行相关处理。结合施工技术规范，每次灌注留取抗压试件10组，获得7d，28d的混凝土试件抗压强度值。3.5 混凝土养护由于施工期间正遇上夏季，外界大气气温较高，为了避免高温对钢管内混凝土产生不利影响，养护采取覆盖与喷水相结合的方法。混凝土灌注完成后，在主拱拱肋上部覆盖草帘并捆绑结实，防止被风吹落。同时，沿拱肋轴线在其顶部设置一根直径50mm硬质塑料管，塑料管与拱顶固定在一起，塑料管上事先钻好孔洞，通过孔洞将水泵抽来的清水喷洒在钢管上，安排专人看管水泵，认真做好养护记录。混凝土养护时间不少于7天。3.6 混凝土质量检查及处理混凝土质量检查采取以下三种检查方式：锤击敲打、钻小孔取样及超声波无损检验。混凝土灌注完成后并达到强度要求后，采用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，则采用钻小孔取样或超声波检测进一步确定范围。对不密实的地方，采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。4 实施效果本桥钢管内混凝土在2006年6月16日开始灌注第一根，7月8日灌注最后一根，共历时23d。每一次灌注时大约在三个小时，均为一次灌注完成。灌注过程中，桥轴线偏位及拱轴线变化均符合计算要求。6次灌注共留取试件60组，全部有效，其28d的试件抗压强度平均值为68.9MPa，强度标准差3.5MPa，强度评定结果为合格。对钢管内混凝土检测采取敲击及超声波方法，重点对拱顶位置处进行