钢管砼拱桥01.doc

大跨径连续钢管混凝土拱桥的灌注技术摘 要：合川嘉陵江大桥为58m+130m+200m+130m+58m的连续5跨钢管混凝土拱桥。结合该桥的建设实际，详细介绍了连续灌注钢管混凝土拱桥的施工技术。关键词：钢管混凝土结构；拱桥；施工方法5概述合川嘉陵江大桥位于重庆合川市，长646.80米，宽22.5米，为五跨不等跨径的连续拱桥。桥跨组合为58+130+200+130+58米钢筋砼上承式钢管砼中承式肋拱桥。总体布置图如下图1示。主、边跨拱肋为钢管砼组成的等截面桁架结构，净矢跨比为1/4.0，拱轴线为m=1.6的悬链线。主跨拱肋高3.5米，宽2.0米，每肋为上、下各两根76013mm，内灌50#微膨胀砼的钢管弦杆，弦杆通过横向=12mm厚的缀板和竖向两根35110mm的腹杆及上、下两块=6mm厚的盖板连接而构成钢管砼桁架。边跨拱肋则高2.6米，宽1.7米，每肋为上、下各两根61011mm，内灌50#微膨胀砼的钢管弦杆，弦杆通过横向=12mm缀板和竖向两根2738mm的腹杆及上、下两块=6mm厚盖板组成的钢管砼桁架。钢管砼采用高压输送泵顶升灌注，灌注最大垂直高度为80米。主跨单根砼灌注量为107.5m，边跨为45.4m。拱肋断面型式如下图2示。2 钢管砼灌注的材料、设备2.1 材料配制钢管砼用525普通硅酸盐水泥。粉煤灰由重庆电力实业开发总公司供应，膨胀剂采用UEA砼膨胀剂，减水剂则采用自配的CNFZ（该产品经重庆市建设工程质量检测中心检测符合混凝土外加剂GB80761997中的一等品要求，细骨料采用当地河砂加入水冼人工砂细度模数达到中砂要求；粗骨料用当地河卵石破碎后，制作成级配良好并符合要求的0.52.5cm范围内碎石；拌和用水直接为嘉陵江水。各种材料都应满足规范要求，并经工地实验室和监理抽检后使用。2.2 机械设备根据本桥实际情况，采用5台JDY500L的强制式拌和机拌和钢管砼。4台HB60D拖式砼输送泵，最大泵送压力为11Mpa，1台中联HBT60拖式泵，最大泵送压力为16 Mpa。其它各种量器、进料用手推车等小型机具，椐需配足配全。3 钢管砼灌注方案设计3.1 泵送方案设计本桥桥墩高度大（30米），矢跨比大，从地面至拱顶的最大高度为80米。如果采用单级输送的方法从地面开始直接将砼输送顶升至拱顶，则顶升高差大，距离远，势必会出现料想不到的后果，但钢管砼灌注要求一次连续从拱脚压至拱顶，一气呵成，综合考虑决定采用二级泵送方案。即将二级泵置于拱脚处桥墩顶面上，往拱肋钢管内灌注砼，一级泵则安装在地面上、拌和机旁，将砼输送至墩顶二级泵斗内。3.2 砼加载路径设计拱肋砼的灌注过程中，拱肋刚度变化剧烈，受力变化复杂，因此必须按设计加载路线进行施工。考虑到缩短工期、方便施工及节省成本，全桥采取主跨、西边跨交错进行，灌注完后再进行东边跨灌注施工。上、下游拱肋灌注先后顺序原则是先灌注拱肋相对较高、且拱肋侧向出现负偏差的钢管（拱肋向桥面内偏移为负，向桥面外偏移为正）。每一根弦管的灌注遵守对称加载的原则，对称原则以拱顶为对称线桥面半跨对称加载，两半跨的进度差不超过2米；以桥轴线为对称线，桥两侧对称加载。单跨内砼灌注顺序按：每肋各灌注一根内侧下弦砼每肋各灌注一根内侧上弦砼每肋各灌注一根外侧下弦砼每肋各灌注一根外侧上弦砼进行，加载路径如下图3示。每次灌注上、下游各一根弦管砼，单肋内灌注时间间隔为3d，混凝土强度达到设计强度的80%以上。4 钢管砼制备4.1 钢管砼的技术性能要求：钢管砼的作用机理，是通过钢管对管内砼的套箍作用，使砼处于三向受压状态，砼的承载力及塑性和韧性性能大为提高。这就要求钢管砼配合比的设计满足如下性能要求：砼要满足设计及规范强度要求（C50）。为保证钢管对砼套箍作用的有效性，砼必须具有收缩补偿的性能，也即微膨胀性。自然成型，在不加振捣的情况下自密达到设计要求。具有低气泡，高流动性，易于泵送，坍落度在1922cm之间。同时，也要求保证砼在大坍落度状态下的和易性，防止离析。每根钢管砼的灌注时间在38小时范围内，为能连续泵送，要求砼具有延后初凝的性能，初凝时间在10小时以上。为保证砼凝固后的内部质量，防止开裂，要求砼水化热的峰值低，峰期长。由于工期方面的要求，钢管砼在灌注后要尽早达到设计要求的强度，以便尽快进行下一根砼的灌注，即要求砼具有早强性能。4.2 钢管砼配合比设计：利用有关的经验公式，计算常规施工的水灰比，并确定常规的原始配合比，作试验得出各项数据。以原始配方和数据为依据，调整各项组成材料，使试验结果逐项满足设计技术性能指标要求，最后使各项技术性能指标都满足为止。在试验过程中，为达到砼高流动性、早强、免振自密，首先确定满足试验强度要求，其次是坍落度要求，最后满足缓凝要求。当基本条件满足时，再考虑微膨胀性能和易泵送性能。总的调整方法为：以水泥用量调整砼的抗压强度，利用添加剂的品种来调整坍落度，以缓凝剂调整初凝时间，以粉煤灰调整可泵送性，反复调整使各项性能达到最佳状态。并在使用过程中，根据砼质量的动态信息，及时进行调整。经过反复试配，该桥最后采用的施工配合比如下表：水胶比砂率配方材料用量（kg/m3）水泥砂机制砂碎石粉煤灰水CNF-ZVEA塌落度砼密实0.3880.399498413739461002327.455019-21cm2319.454.3 钢管砼的拌和制备：每天开盘前，试验人员测试好现场砂石的含水量，并调整好当天施工配合比，填写好配合比清单，经试验工程师和监理工程师鉴认后施工。砂石料每车须经过秤正确；水泥和粉煤灰按袋分堆存放，每次按规定袋数加入；膨胀剂预先按每次进料数量称好装袋，进料时按规定袋数加入；减水剂为水剂，用规定容具正确量取加入；水则由拌和机上的继电器控制加入。各种材料按一定顺序加入，后场人员严格控制好。砂石、水泥、粉煤灰、膨胀剂和减水剂等进入搅拌筒后，先搅拌至均匀，然后再加水搅拌，加完水后混合料在机内的搅拌时间不少于2.5min。搅拌完成后对砼的和易性进行目测，达到要求即可出机，实验工程师对出机砼进行坍落度抽检，合格者即进入泵送。5 钢管砼灌注5.1 灌注前准备工作：按设计位置开好进浆口及出浆口，进浆口与弦管轴线约成30，并将一截导管与弦管焊接牢固，该导管方向要便于与输送泵导管安装连接。将导管连接上止回阀，并完成一、二级输送泵和主管之间输送管，但二级泵输送管先不接上止回阀。布管原则是：连接线路短，弯头少。在出浆口处焊接一段高1.5m的127mm钢管作为反压管。各开孔板作上相应记号并妥善保存，以便日后补焊。为保证弦管倒流段内砼的密实，砼须进行振捣。为此在此段弦管上预先开好振捣孔，振捣孔直径为8cm，间距为2.5米。另外拱顶段比较平缓，为保证管内空气完全排走，在此段管背上开排气孔，排气孔直径12cm，间距56米，用冲击电钻钻取。灌注砼之前，从拱顶出浆孔注入清水，对弦管的废渣和锈迹进行清洗，并由拱脚底部排渣孔排出。同时，注水可以起到润滑管壁作用，减少泵送阻力。5.2 钢管砼灌注：灌注砼之前，先泵一次清水，然后泵送一两盘稠度较小的水泥砂浆，将全部导管润滑。砂浆全部泵出后，将二级泵导管接上弦管止回阀，开始往管内泵送砼。砼进入弦管内部后，首先往倒流段流至拱脚管底，然后再缓慢上升。倒流段内由于砼在往下流动的过程中夹带了空气，加上此时输送泵压力未能作用到砼内，须将振动棒插入振捣管内砼，但振捣时间不宜过长，以防砼离析。振捣时间控制在5秒左右。砼填满倒流段，并高出进浆口2米以后，在拱顶出浆口往弦管内注入稀稠适度的水泥浆，以达到润滑管壁，减少泵送阻力作用。砼在上升过程中，无须再振捣，只依靠输送压力和砼的免振自密达到密实，此时注意严格控制不要往弦管内泵入空气，以免造成管内砼大面积空隙。砼在上升过程中，前场值班人员通过锤击法确定砼上升高度，并确保两半边进度差不超过2米。否则，进度快的一侧放慢泵送速度。特别是砼泵至拱顶，靠近拱顶横隔板时，两边的进度差更要把握好，进度快的一侧放慢速度，间歇进行泵送，等两侧弦管均满后，再一起往反压管外泵。否则，一侧的巨大压力会把横隔板推脱，并可能使弦管母材撕裂破坏。钢管砼的灌注连续进行，不得中断。待管内水泥浆全部排出，并在反压管内排出合格砼，用插入式振捣棒振捣几次，管内砼不再下沉和冒气泡后，即可关闭进浆口处的止回阀，拆洗导管设备。本次砼灌注即告完成。钢管砼的灌注过程中按规定抽样制取试件。试件经试压后强度达80%以上，即可进行同肋下一根砼灌注。5.3 拱肋变形的观测及调整钢管砼的灌注过程中，拱肋的轴线横向偏位和高程都会发生变化，所以观测人员对拱肋的变化情况进行全过程跟踪观测，并做好记录，报指挥人员，指挥人员根据记录情况分析变形的发展趋势，防止局部位置变形过大和变形的不均匀性。6 钢管砼的质量检测及缺陷修补6.1 砼强度评定在砼的灌注过程中，严格随机抽样制取试件。全桥钢管砼共抽样264组，全部评定合格，28天的抗压强度最低为53.4MPa，最高为67.7MPa。6.2 管内砼的均匀性、密实度检测钢管砼中砼灌注质量的好坏直接影响到构件的承载力和抗变形能力，从而影响到构件的安全性和正常工作，因此，必须对钢管内砼的均匀性、密实度等质量情况进行检查。检查办法以超声波检测为主，人工敲击为辅。先用人工敲击法沿全长进行初步检查，声音沉而哑者，表明砼已填充饱满，否则，存在缺陷。超声波是目前检测钢管砼密实程度和均匀性的首选检测方法，其原理是在钢管外径的一端发射换能器S产生40100KHz高频振动（超声波），经钢管圆心传向钢管外径另一端的接收换能器R，如下图4示。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衰减，造成超声波到达接收换能器的声时（速度）、幅值、频率的相对变化。超声波检测就是事先在室内对无缺陷钢管砼的强度和各种缺陷进行标定，求得超声波通过时的一些超声参数，并根据超声波实际通过钢管砼的声时（速度）、幅值、频率与此相比较，对钢管砼质量进行分析判断，从而确定钢管砼的质量状况。合川嘉陵江大桥钢管砼的检测采用RS-UT01C声波检测仪进行检测，该仪器内置486工控机，具有数据处理存贮功能。具体做法是先在室内测取试压件超声波速度，为4367m/s，强度为C58，钢管砼试件为4524m/s。然后沿弦管全长范围每隔0.5米布置一个测点，同时对拱脚、拱顶等砼不易密实部位加密至0.3米，若遇到超声数据异常处，在该异常点左右方向将测点加密至0.10.2米，直到圈出异常范围为止。全桥超声波初测于2001年4月3日至7月6日进行，抽测共21023个测点，其中西边跨5760个，主跨8784个，东边跨6395个，拱脚共84个。西边跨8根弦管平均速度为：4082m/s，主跨为4258m/s，东边跨为4112m/s；单根弦管超声波平均速度为39784537m/s；12个拱脚的超声波平均速度为4226m/s，单个拱脚为41294424m/s，各处砼强度均达C50以上。初测后，提出了27个怀疑部位，经钻孔验证并压浆补强后，于2001年9月7日至9月8日对补浆压强后钢管砼进行复测，共抽测了736个测点，砼的超声波平均速度为4520m/s，钢管砼已均匀密实。6.3 缺陷修补对于超声波检测提出有怀疑的27个