固定泵顶升钢管管内混凝土施工技术

1、固定泵顶升钢管管内混凝土施工技术施海新提要： 本文详细介绍了由上海市第一市政工程有限公司施工管理的龙东大道 11 标浦东 运河大桥钢管拱桥的钢管混凝土泵送施工工艺及实测结果分析。 该钢拱桥拱肋的截面为哑铃 形组合截面，钢管及腹板均为人工焊接。管内由于锚具的存在，在顶升过程中有较大阻力。 为保证拱肋在整个泵送过程中不发生变形和破坏， 对泵送压力、 混凝土级配、 连接接头以及 排浆管等进行了专门的研究。实测结果表明本工程所采用的施工工艺和技术措施均是合理 的，并达到了预期的目的。1 概述钢管内浇注混凝土施工技术，自 60 年代以来已经应用于工业与 民用的建筑中并得到了广泛的应用，而在桥梁建设中应用

2、还比较少， 一些采用过钢管混凝土的工程也仅限于垂直顶升或采用直接抛落的 浇注施工工艺；而采用顶升工艺浇注混凝土在上海市遇到的还比较 少，方法上也不是很成熟。 如何保证钢拱管内的混凝土的密实度及满 足施工的工艺要求，是钢管混凝土泵送施工的重要研究内容。2 工程概况 本工程的钢管混凝土拱桥位于龙东大道浦东运河大桥非机动车 道桥跨浦东运河的主跨上， 是下承式系杆拱桥， 浦东运河大桥左右两 则各设一座。每座拱桥设两根拱肋，呈“H”型，每根拱由两根550mm, S =10mm的焊接钢管组成，钢管中混凝土为 C40微膨胀混 凝土，两根拱肋间由7根 550m，S =10mm的钢管横撑连接。该工 程拱的弧长为

3、72.0m,拱肋矢高为16.925m，钢管拱桥跨度为65m, 拱肋钢管采用两根 550m的焊缝管，上下两管之间用 550mx 110m 的钢板焊接成腹箱,腹箱钢板采用 12mm 的对拉螺栓连接,每 3m 一道，用以加固腹箱板在浇注混凝土时的抗弯强度。3 施工方案的确定由于该工程的拱肋钢管和腹箱板焊接， 为全封闭式， 这给混凝土 浇注造成很大的难度。 若采用分段浇注或顶部下抛的施工工艺， 均无 法保证质量。 在拱肋的上部钢管设有固定吊索的锚具， 而每个锚具在 钢管内占其面积约为 50%。采用顶部开口浇灌（抛落法） ，这些锚具 必然将会形成阻挡混凝土拌合物下落（流）的障碍物，而且也无法保 证混凝土

4、的密实度， 因此本工程不能采用。 若采取在拱肋钢管内的钢 拉索锚具顶处开孔、 一段一段地浇注施工， 因无法进行振捣也不能保 证混凝土质量。而且在钢管上开孔过多又会降低拱助的强度和刚度。 在浇注混凝土过程中也不易保证施工安全。 为此，根据该工程的特点， 采用泵送顶升法施工是一项比较理想的施工方案。采用顶升施工工艺， 不但技术上可行， 而且也能保证混凝土拌合 物的密实性， 并且施工操作简单， 混凝土拌合物是否灌满可直接从排 浆（气）孔上看出来。由于这种施工工艺目前国家尚没有有关的技术 标准和规范可查， 因此在施工中， 我们根据以往的钢管桩和钢管柱的 施工经验， 编制了关于钢管拱混凝土顶升的施工方案

5、， 并在该工程上 一次取得顶升成功。该工程的示意图见图 1，结构尺寸见图 2，节点 尺寸见图 3。4 问题分析该工程拱肋钢管和腹板均采用现场焊接、且全部为人工手工焊，焊缝质量不均，因此，对顶升混凝土时的泵压必须严格控制。根据 以往在垂直钢管顶升混凝土的经验，在顶升过程中其泵送压力达到6.016.0MPa的压力时，其顶升高度可达18m。而该钢拱的垂直高度 虽为17.0m,但其弧长（1/4）却为36.0m,远远超过其高度。从管内 的混凝土数量上看， 该管内混凝土量为 7 .9m3 ，仅混凝土自重就达 18t， 再加上管内的锚具和管壁的摩擦阻力, 估计在顶升过程中的最大压力 要达到 20MPa 左右

6、。在这样大的压力作用下钢管和腹板的焊缝在薄 弱环节处有可能会开裂或变形。另外,由于在拱肋上管内的吊索锚具,占了管径内断面面积近50,使本来截面较小的管径又相应缩小, 使混凝土在顶升过程中增 加多处阻力, 这给钢管拱混凝土一次顶升成功造成一定困难。 为了解 决实际存在的问题,经过与设计、监理、商品砼供应单位的分析和研 究认为,成功与失败共存,若选择合适的粗骨料、设计调整好混凝土 配合比,成功的把握将会大大提高。5 混凝土配合比的选择及施工要求该工程设计砼强度等级为 C40；为了使混凝土与钢管共同受力， 充分发挥钢管与混凝土的性能, 要求混凝土与钢管有较好粘结力。 为 此,该混凝土要求有微膨胀的性

7、能, 以保证钢管与混凝土共同发挥作 用,故此,其原材料的选择必须慎重。5.1 材料组成5.1.1 胶结料水泥采用上海浦东水泥厂生产的普通 #525 水泥，经检验凝结时间和 安定性合格； 28 天抗压强度为 56.1MPa；28 天抗折强度为 7.9MPa。符合 GB175-92 标准中规定的各项技术指标的要求。5.1.2 粗骨料一碎石采用浙江海宁生产的525mm的碎石：级配合格，含泥量为0.6%;泥块含量为0.4%,针片状含量为7.2%,满足JGJ53-92混凝土 用碎石的技术标准要求。5.1.3 细骨料一黄沙采用江砂属于中砂，细度模数 uf=2.5，含泥量为2.5%;泥块含 量为0.9%，针

8、片状含量为7.2%，满足JGJ52-92的混凝土用砂的技 术标准要求。5.1.4 膨胀剂选用上海白水泥厂生产的 UEA 型膨胀剂,其表观密度为 2.88tm3。5.1.5 掺合料一粉煤灰采用上海浦东外高桥发电厂的磨细 II 组粉煤灰。需水比为99.0%,满足 GB 156-91技术标准要求。5.1.6 外加剂采用上海市麦斯特外加剂厂生产的 C6220型缓凝外加剂，其减水 率为 15%左右,早期强度提高 15% 20%左右,满足 GB8076-87 技 术要求。5.2混凝土配合比的试验及选择根据现场顶升技术的要求，混凝土拌合物坍落度定为160 士20mm,以保证在混凝土运输、泵送顶升过程中流动性

9、，减少管壁的 摩擦阻力，为此我们委托宝二十冶砼公司做了几组配合比试验进行比 较，认为以下配方满足使用要求，见附表 I。附表I钢拱管微膨胀砼配合比名称 数量 项目、普 #525水泥粉煤灰(II 级)膨胀剂(UEP)水灰比(W/C)砂率(%)外加剂(C6220)坍落度(mm)配合比10.180.140.5420.00416 20每m材料用量(kg)43076590.5421.816 20此配方基本满足设计要求的坍落度及抗压强度，同时满足掺入14%UEA膨胀剂后，在30min时，坍落度损失50mm,满足混凝土运 到现场的坍落度达到160 士 20mm的要求。5.3施工要求及方法531泵车为了保证该工

10、程混凝土泵送顶升一次成功，在选用输送泵时要求体液压力在20MPa以上，以保证有足够的压力，故采用了上海目前 泵送能力最大的Pm2110型混凝土固定泵车。5.3.2泵送工艺由于现场的原因，商品混凝土不能直接注入固定泵车， 所以采用 将商品混凝土先输入85B汽车泵，然后再用汽车泵将混凝土拌合物输 入固定泵内，再用固定泵通过连管将混凝土送入钢管内，属于二次泵送接力的施工工艺5.3.3 泵车同钢管拱的连接混凝土输送管与钢管拱采用插入短钢管焊接， 插入的短钢管的中 心线与钢管拱弧中心线平行， 插入的钢管内径必须与泵车输送混凝土 管径相同，不宜缩径；按 45插入并焊牢。同时在接头短管上 设置混凝土回流装置

11、， 以防止在钢管拱灌满混凝土后卸管时发生混凝 土拌合物回流而影响混凝土的填满度。混凝土泵车输送管与钢管 拱的连接见图 4，止流阀见图 5。5.3.4 排浆管因该工程的钢管拱较长，1/4弧长为36m;为了能直接观察到管 内的混凝土拌合物是否灌满， 必须在钢管拱顶端安装排浆管， 它不但 可作为观察混凝土是否灌满的观察孔， 又可以作为在混凝土顶升过程 中的排气孔。根据设计要求，排浆管选用 150mm的无缝管或焊缝 管，其长度不小于1500mm,因为混凝土顶满后，砼在硬化前还处于 自由沉降状态， 拌合物中的粗骨料在其自重的情况下产生下沉， 而排 浆管中的混凝土拌合物可作为粗料下沉的补偿,所以必须设排浆

12、管。 而钢管拱内弦管和钢板腹箱的排浆管应两面对称安装, 其安装的角度 应W 45为宜。其排浆（气）管见图6。5.4 泵送顶升技术要求（ 1 ）泵送顶升前,要检查钢管内是否有积水和杂物,要及时排水 和清理杂物。 泵送顶升前要对混凝土拌合物的坍落度进行测试。 坍落度过小会影响泵送顶升速度、增加泵送压力或产生顶升不上去 的不良后果，所以，泵送顶升前必须严格测定砼的坍落度。（2）在顶升过程中不宜中途停顿泵送，必须保持在预升过程中的连续性并一次泵送顶满，防止混凝土拌合物在停顿过程中粗骨料下沉而造成顶升压力过大而失败。（3）在泵送顶升过程中和顶升完毕混凝土初凝之前不得振动混 凝土和敲击钢管， 防止产生振动

13、而引起粗骨料下沉， 造成钢管拱上表 面的混凝土拌合物不均匀而影响混凝土与钢管的粘结力。（4）钢管拱顶的排浆（气）孔在排出混凝土或砂浆后，混凝土泵车要恒压35min,以便施工人员在封闭止流装置完成前不发生混 疑土拌合物流动现象而影响钢管混凝土质量。（5）根据气温情况，在高温季节采用泵送顶升技术时，除在混 凝土拌合物内加缓凝剂外，对混凝土输送管和工程管要覆盖草包降 温，以保证泵送顶升的顺利进行。同时，根据气温的高低，对混凝土 拌合物坍落度应适当进行调整，以确保施工质量。6 工程实测结果北侧钢管拱混凝土的泵送顶升施工于 1997年 9月 1日上午进行。 由于场地问题，泵车不能直接靠近拱管，故采用二次

14、接力的工艺，即 先用一台 85B 汽车来将混凝土拌合物输送到另一台固定泵的受料斗内，再由固定泵顶进钢管拱内.其泵送顶升工艺实测结果如下。6.1混凝土拌合物泵送顶升压力与高度的关系众所周知，在混凝土泵顶升过程中，随着高度的增加，混凝土 拌合物重量增大，相应的泵压力也随之提高。因该钢管拱钢管直径 为550mm, 1/4弧长为36.0m,按此计算，钢管内要灌入混凝土 7.9m3 计算。按混凝土拌合物容重为 2.35t/ m3计算，钢管内混凝土重量为 18.56t。所以，随着泵送顶升高度的增加，泵送顶升压力也相应提高。 泵送顶升的压力与高度之间有一定的比例关系，具体关系有待于今后 的工作中分析和研究。

15、附表2泵送顶升高度与泵压的关系泵升高度（弧长/高度）（m）7.2/0.614.4/0.821.6/4.528.8/16.936.0/17.0混凝土重量3.627.2410.8514.518.56泵升压力（MPa）2.12.84.05.05.86.2拱桥钢管混凝土强度实测结果该工程于1997年9月I日试顶第一根钢管拱混凝土，并一次获 得泵送顶升成功后，其余的钢管拱的泵送顶升工作于 9月9日全部结 束。整个工程混凝土用量约为180m3，共分为4次完成，除在9月4 日的浇灌施工中，因粗骨料中混入40mm石子生产混凝土拌合物发生 一次堵塞之外，其余在泵送顶升过程一般较为顺利， 且混凝土拌合物 粘聚情良

16、好。从混凝土强度（统计的强度有二十冶浦东搅拌站的试件 强度，也有现场留置的试件强度）的统计情况看，效果也较为理想。 不论是早期（ 3天）强度还是 28天强度均满足设计规定要求。 3 天的 平均强度达到设计要求的 74%；7 天强度达到 99%； 28 天强度达到 126%，在28天强度中，最低值为 46.3MPa,也满足了 GBJ107-87 规定的mb1.15cu,k的要求（46MPa）。从评定结果看，该工程的标 准差（28天）为2.99MPa,属于优秀混凝土，强度保证率为 100%。7 结论（1）本工程所选择的混凝土配合比成功的满足泵送顶升工艺的 需要，在泵送顶升过程中没有发生混凝土拌合物离析、泌水现象，使 泵送顶升工作顺利完成。（2）从泵送顶升工艺的实施情况看。在垂直高度为 17m， 1/4弧 长为36.0m时的泵送顶升压力为6.0MPa,完全满足拖式固定泵和汽 车泵泵压要求。这说明顶升浇灌方案是可行的，保证了混凝土质量， 对今后施工提供了新的、可靠的工艺。（3）该工程采用的止流阀设计合理、可靠，它不但操作简单而 且效果可靠， 没有因止流阀封闭不好引起混凝土拌合物回流而发生混 凝土从钢管拱中倒流， 致使钢管内混凝土上不满现象， 经检测也证实 了这一点。（4）顶端排浆（气）孔直径一般要选用150mm为宜，每次在顶 升排出砂浆或混凝土时以