1.引言

    鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自20世紀(jì)60年代初就已引人我國(guó)，最近幾年我國(guó)在鋼管拱應(yīng)用方面發(fā)展較快，許多大跨度的橋梁設(shè)計(jì)采用了鋼管拱技術(shù)。因其具有以下優(yōu)點(diǎn)：形態(tài)優(yōu)美，跨度大，施工簡(jiǎn)便，抗震、抗壓、抗裂性能顯著提高。鋼管拱混凝土充分利用了鋼管的套箍作用，采用了微應(yīng)力混凝土，其抗壓、抗裂性能顯著提高。三向應(yīng)力混凝土的主要特性是強(qiáng)度高，變形性好，在外荷載作用下，由于鋼管約束其內(nèi)部核心混凝土的橫向變形，使在三向應(yīng)力作用下的核心混凝土的強(qiáng)度比普通澆注的混凝土提高了2-3倍。普通混凝土受壓的壓縮應(yīng)變≥0.002時(shí)，出現(xiàn)縱向裂縫而破壞。三向應(yīng)力作用下的混凝土可看作彈塑性材料，當(dāng)壓縮應(yīng)變達(dá)0.002時(shí)，不但仍有承載能力，而且表面不發(fā)生裂縫，它是一種很好的抗震材料。

    2.工程概況

    寶雞市廣元路渭河大橋橋?qū)?8.5m，全橋總長(zhǎng)585.56m。主橋部分由五孔無(wú)風(fēng)撐、雙承載面下承式的鋼管混凝土系桿拱組成(64 m+64 m+72 m+64 m+64 m)。拱的矢跨比為1/5，拱軸線為二次拋物線，拱肋采用圓端形扁鋼管結(jié)構(gòu)。拱肋高度72m，跨為0.9m，64m跨為0.8m，寬均為1.8m，鋼管內(nèi)填充C40微膨脹砼。拱肋鋼管材質(zhì)Q345D，厚度為16mm。截面見(jiàn)圖1。
 

圖1 鋼管混凝土斷面圖(單位：nun)

    3. 準(zhǔn)備工作

    3.1 方案比選

    方案一：采用連續(xù)拋落無(wú)振搗澆注混凝土的施工方法，混凝土由拱頂連續(xù)拋落。但對(duì)距拱頂4m以下的混凝土仍需開(kāi)天窗用插入式振動(dòng)器進(jìn)行振搗，且所澆注混凝土不易密實(shí)，施工難度較大。

    方案二：壓注頂升法。即在距離拱腳1.5-2m處的拱軸線處，兩側(cè)對(duì)稱各開(kāi)壓注孔，利用混凝土輸送泵的壓力將混凝土從壓注孔處焊接好的泵管連續(xù)不斷地自下而上壓入鋼管拱內(nèi)，并達(dá)到砼自密實(shí)的效果。這種施工工藝簡(jiǎn)便易行。但必須選用壓力大、性能好的輸送泵。

    施工時(shí)采用方案二，即壓注頂升法施工，取得了滿意的效果，并總結(jié)出施工中需注意的一些問(wèn)題。

    3.2 施工前的觀測(cè)

    觀測(cè)的目的是為了確定拱軸線、控制點(diǎn)的標(biāo)高是否正確。如果軸線有偏差可用預(yù)先設(shè)置好的風(fēng)攬進(jìn)行調(diào)整；如果因焊接、拼裝等原因造成一側(cè)的控制點(diǎn)高程偏大，而另一側(cè)的高程偏小，則可在壓注混凝土的過(guò)程中調(diào)整，具體操作見(jiàn)下文。

    3.3 人員

    工人要求能熟練拆裝混凝土泵管，責(zé)任心強(qiáng)。技術(shù)人員包括拱上混凝土壓注指揮、泵車指揮、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量四組，各組間通過(guò)對(duì)講機(jī)保持聯(lián)系。

    3.4 機(jī)具

    泵送頂升施工需要有較大的泵送壓力，混凝土輸送泵的選擇是混凝土頂升壓注成功與否的關(guān)鍵。本工程選用了3輛三一牌HBT-60B型拖泵，其中1臺(tái)備用。此泵出口泵壓可達(dá)6.3 MPa，對(duì)混凝土的適應(yīng)性較強(qiáng)。為確保泵送壓注頂升的連續(xù)進(jìn)行，施工時(shí)根據(jù)混凝土拌和站的位置和泵送速度，每臺(tái)泵車配備了3輛混凝土運(yùn)輸車，并有1輛備用。混凝土拌和站應(yīng)做好攪拌機(jī)的檢查、維修工作。

    3.5 原材料

    在混凝土施工前要做好原材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作。水泥和外加劑的質(zhì)量是保證混凝土膨脹率的關(guān)鍵。

    4.施工工藝

    4.1 二級(jí)壓注，一次成型

    由于鋼管為扁形，加勁肋布置較遠(yuǎn)，且矢高較大，根據(jù)混凝土所能產(chǎn)生的壓力及扁鋼管的抗變形能力計(jì)算（采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件分析計(jì)算），若混凝土從拱腳一直壓到拱頂，則混凝土的壓力將把扁鋼管的直線部分壓彎，所以采取“二級(jí)壓注，一次成型”的方法，即除原有拱腳底預(yù)留焊接的泵管接頭外，在拱高1/2處（拱高含拱頂排氣管1.5m），兩邊對(duì)稱，增設(shè)型號(hào)一致泵管接頭，在緊靠拱頂?shù)鯒U位置兩側(cè)設(shè)兩根φ20cm，高1.5m的排氣增壓鋼管，具體見(jiàn)圖2。
 

圖2 鋼管增壓管布置示意圖

    4.2 施工中鋼管拱的觀測(cè)

    為了獲得較完整的測(cè)量數(shù)據(jù)，混凝土壓注過(guò)程要進(jìn)行全程觀測(cè)?；炷翂褐撩恳粋€(gè)控制點(diǎn)，都對(duì)拱軸線及標(biāo)高施測(cè)一次，并將測(cè)量結(jié)果繪制成隨時(shí)間或工況變化曲線圖，根據(jù)這一曲線，可以較直觀地了解鋼管拱在泵送混凝土各階段變化情況。

    4.3 壓注頂升施工程序

    灌注前認(rèn)真檢查泵管及輸送泵的各個(gè)接頭，接頭之間應(yīng)墊像皮圈防止漏氣、漏漿。開(kāi)啟止回閘閥K₁、K₂，用與混凝土相同品種及標(biāo)號(hào)的水泥攪拌的砂漿潤(rùn)滑泵車與泵管，以減小混凝土泵送時(shí)的摩阻力，砂漿必須在鋼管拱外排出。對(duì)稱進(jìn)行灌注混凝土，同時(shí)有專人觀察拱內(nèi)混凝土的泵送情況，兩臺(tái)泵灌注的速度盡量保持一致，如有不對(duì)稱現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)調(diào)整。最簡(jiǎn)單而實(shí)用的觀察辦法就是“錘擊法”，即用鐵錘敲擊鋼管拱，聽(tīng)到清脆的聲音和沉悶的聲音交界處就是混凝土已壓注到的位置。這一觀測(cè)能確?；炷恋膶?duì)稱同步澆注。如果發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的壓注速度不一致，應(yīng)及時(shí)與泵車指揮人員聯(lián)系，進(jìn)行調(diào)整。小部分偏載造成的鋼管拱彈性變形可以完全恢復(fù)，有效的保證了拱軸線符合設(shè)計(jì)要求。

    當(dāng)混凝土灌注至超過(guò)K₃、K₄壓注孔時(shí)，停止泵送，立即關(guān)閉K₁、K₂閘板閥，以最快的速度將泵管接至K₃、K₄壓注孔，打開(kāi)K₃、K₄閘板閥，開(kāi)始第二級(jí)混凝土的壓注。當(dāng)混凝土從排氣孔冒出時(shí)，控制灌注速度，改兩臺(tái)泵同步對(duì)稱泵送為交替泵送，繼續(xù)壓注1～2m³ 混凝土，確保鋼管拱內(nèi)混凝土壓注密實(shí)。然后關(guān)閉止回閘閥，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵車。灌注完成后要做好鋼管混凝土的保溫工作。

    5.技術(shù)要點(diǎn)

    5.1 混凝土配合比的優(yōu)化

    該混凝土要求早強(qiáng)、高流態(tài)、緩凝、自密性及可泵性非常好。最為關(guān)鍵的問(wèn)題是該鋼管混凝土為微應(yīng)力混凝土?；炷羶?nèi)摻膨脹劑，滿足補(bǔ)償收縮要求，坍落度要求到達(dá)作業(yè)面18～20cm，初凝時(shí)間根據(jù)壓注速度計(jì)算，要求控制在6h以上。設(shè)置微應(yīng)力，可提高構(gòu)件的承載力及改變普通混凝土灌注造成的混凝土和鋼管間有間隙的現(xiàn)象。在配合比設(shè)計(jì)中確定微膨脹率是關(guān)鍵因素。鋼管內(nèi)部混凝土質(zhì)量對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全影響很大，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成泵送困難、內(nèi)有空氣、不飽滿、混凝土和鋼管間有收縮空隙等現(xiàn)象^[4]。因此，對(duì)此種混凝土的配合比要多做實(shí)驗(yàn)，控制好膨脹率。

    5.2 混凝土的壓注要兩側(cè)對(duì)稱同步進(jìn)行

    對(duì)混凝土的壓注過(guò)程中進(jìn)行全程觀測(cè)，結(jié)果顯示：拱下半部混凝土灌注時(shí)第一至三段標(biāo)高明顯下降，第五段至拱頂段標(biāo)高明顯上升。相反，當(dāng)拱頂部分泵送完混凝土后，拱頂標(biāo)高明顯下降，而第一段至第三節(jié)段標(biāo)高自動(dòng)得到回升，見(jiàn)圖3。

 

圖3 灌注過(guò)程中鋼管形狀示意

    從圖3看出，混凝土的自重對(duì)鋼管拱線形影響比較明顯。所以壓注必須對(duì)稱同步進(jìn)行。如果在澆注前因拼裝、焊接等原因，造成一側(cè)的控制點(diǎn)偏高而另一側(cè)的偏低，則可以用非對(duì)稱方式澆注進(jìn)行調(diào)整，即先從偏高的一側(cè)進(jìn)行壓注混凝土，同時(shí)密切觀察拱的變形，當(dāng)拱兩側(cè)的控制點(diǎn)標(biāo)高基本恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，兩側(cè)開(kāi)始同步澆注，逐步調(diào)整兩側(cè)混凝土的壓注量，最后同時(shí)壓至拱頂。混凝土壓至拱頂時(shí)，要繼續(xù)壓注，讓混凝土從排氣增壓孔中排出1-2m³，排氣孔不冒氣泡時(shí)停止壓注，關(guān)閉混凝土止回閥。

    5.3 二級(jí)壓注，一次成型

    設(shè)計(jì)要求混凝土的壓注必須連續(xù)進(jìn)行，而本橋扁拱的結(jié)構(gòu)抗變形能力又決定了混凝土必須分兩級(jí)壓注。所以我們采取了“二級(jí)壓注，一次成型”的壓注方案。方案的關(guān)鍵在于二級(jí)混凝土之間的連續(xù)性。第二級(jí)混凝土必須在第一級(jí)混凝土的初凝時(shí)間內(nèi)盡早開(kāi)始，要求工人在兩級(jí)混凝土壓注間拼接泵管的速度要快，必須安排熟練工人進(jìn)行。

    5.4 鋼管混凝土的保溫工作

    混凝土和鋼管之間如果產(chǎn)生空隙，微膨脹混凝土的優(yōu)勢(shì)將失去，直接影響拱的承載力。鋼管混凝土的保溫工作不到位是空隙產(chǎn)生的原因。因此，采取將鋼管拱用麻袋包起等措施，盡量減小內(nèi)外溫差。

    6.結(jié)語(yǔ)

    鋼管拱混凝土檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》，先用小錘敲擊鋼管進(jìn)行初步檢查，若有異常，則對(duì)該處進(jìn)行超聲波檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，本橋鋼管拱混凝土完全符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。由于采取了適當(dāng)?shù)墓に?，該橋已竣工并投入運(yùn)營(yíng)，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1]JCJ01-89，鋼管拱混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S]。

    [2]GBJ205—203，剛結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]。

    [3]JTJO41—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]。

    [4]JTJ071—98，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S]。