1.引言

    鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自20世紀60年代初就已引人我國，最近幾年我國在鋼管拱應(yīng)用方面發(fā)展較快，許多大跨度的橋梁設(shè)計采用了鋼管拱技術(shù)。因其具有以下優(yōu)點：形態(tài)優(yōu)美，跨度大，施工簡便，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，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，當壓縮應(yīng)變達0.002時，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585.56m。主橋部分由五孔無風(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。截面見圖1。
 

圖1 鋼管混凝土斷面圖(單位：nun)

    3. 準備工作

    3.1 方案比選

    方案一：采用連續(xù)拋落無振搗澆注混凝土的施工方法，混凝土由拱頂連續(xù)拋落。但對距拱頂4m以下的混凝土仍需開天窗用插入式振動器進行振搗，且所澆注混凝土不易密實，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)對稱各開壓注孔，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)，并達到砼自密實的效果。這種施工工藝簡便易行。但必須選用壓力大、性能好的輸送泵。

    施工時采用方案二，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題。

    3.2 施工前的觀測

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

    3.3 人員

    工人要求能熟練拆裝混凝土泵管，責(zé)任心強。技術(shù)人員包括拱上混凝土壓注指揮、泵車指揮、實驗、測量四組，各組間通過對講機保持聯(lián)系。

    3.4 機具

    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臺備用。此泵出口泵壓可達6.3 MPa，對混凝土的適應(yīng)性較強。為確保泵送壓注頂升的連續(xù)進行，施工時根據(jù)混凝土拌和站的位置和泵送速度，每臺泵車配備了3輛混凝土運輸車，并有1輛備用?；炷涟韬驼緫?yīng)做好攪拌機的檢查、維修工作。

    3.5 原材料

    在混凝土施工前要做好原材料的進場檢驗工作。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 二級壓注，一次成型

    由于鋼管為扁形，加勁肋布置較遠，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算（采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件分析計算），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），兩邊對稱，增設(shè)型號一致泵管接頭，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

    為了獲得較完整的測量數(shù)據(jù)，混凝土壓注過程要進行全程觀測?；炷翂褐撩恳粋€控制點，都對拱軸線及標高施測一次，并將測量結(jié)果繪制成隨時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

    灌注前認真檢查泵管及輸送泵的各個接頭，接頭之間應(yīng)墊像皮圈防止漏氣、漏漿。開啟止回閘閥K₁、K₂，用與混凝土相同品種及標號的水泥攪拌的砂漿潤滑泵車與泵管，以減小混凝土泵送時的摩阻力，砂漿必須在鋼管拱外排出。對稱進行灌注混凝土，同時有專人觀察拱內(nèi)混凝土的泵送情況，兩臺泵灌注的速度盡量保持一致，如有不對稱現(xiàn)象應(yīng)及時調(diào)整。最簡單而實用的觀察辦法就是“錘擊法”，即用鐵錘敲擊鋼管拱，聽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。這一觀測能確?；炷恋膶ΨQ同步澆注。如果發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的壓注速度不一致，應(yīng)及時與泵車指揮人員聯(lián)系，進行調(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)計要求。

    當混凝土灌注至超過K₃、K₄壓注孔時，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K₃、K₄閘板閥，開始第二級混凝土的壓注。當混凝土從排氣孔冒出時，控制灌注速度，改兩臺泵同步對稱泵送為交替泵送，繼續(xù)壓注1～2m³ 混凝土，確保鋼管拱內(nèi)混凝土壓注密實。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

    5.1 混凝土配合比的優(yōu)化

    該混凝土要求早強、高流態(tài)、緩凝、自密性及可泵性非常好。最為關(guān)鍵的問題是該鋼管混凝土為微應(yīng)力混凝土?；炷羶?nèi)摻膨脹劑，滿足補償收縮要求，坍落度要求到達作業(yè)面18～20cm，初凝時間根據(jù)壓注速度計算，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)量對工程結(jié)構(gòu)安全影響很大，稍有不慎，就會出現(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，對此種混凝土的配合比要多做實驗，控制好膨脹率。

    5.2 混凝土的壓注要兩側(cè)對稱同步進行

    對混凝土的壓注過程中進行全程觀測，結(jié)果顯示：拱下半部混凝土灌注時第一至三段標高明顯下降，第五段至拱頂段標高明顯上升。相反，當拱頂部分泵送完混凝土后，拱頂標高明顯下降，而第一段至第三節(jié)段標高自動得到回升，見圖3。

 

圖3 灌注過程中鋼管形狀示意

    從圖3看出，混凝土的自重對鋼管拱線形影響比較明顯。所以壓注必須對稱同步進行。如果在澆注前因拼裝、焊接等原因，造成一側(cè)的控制點偏高而另一側(cè)的偏低，則可以用非對稱方式澆注進行調(diào)整，即先從偏高的一側(cè)進行壓注混凝土，同時密切觀察拱的變形，當拱兩側(cè)的控制點標高基本恢復(fù)至設(shè)計標高時，兩側(cè)開始同步澆注，逐步調(diào)整兩側(cè)混凝土的壓注量，最后同時壓至拱頂?；炷翂褐凉绊敃r，要繼續(xù)壓注，讓混凝土從排氣增壓孔中排出1-2m³，排氣孔不冒氣泡時停止壓注，關(guān)閉混凝土止回閥。

    5.3 二級壓注，一次成型

    設(shè)計要求混凝土的壓注必須連續(xù)進行，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壓注。所以我們采取了“二級壓注，一次成型”的壓注方案。方案的關(guān)鍵在于二級混凝土之間的連續(xù)性。第二級混凝土必須在第一級混凝土的初凝時間內(nèi)盡早開始，要求工人在兩級混凝土壓注間拼接泵管的速度要快，必須安排熟練工人進行。

    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

    鋼管拱混凝土檢測標準可依據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》，先用小錘敲擊鋼管進行初步檢查，若有異常，則對該處進行超聲波檢測。經(jīng)檢測，本橋鋼管拱混凝土完全符合設(shè)計和規(guī)范要求。由于采取了適當?shù)墓に?，該橋已竣工并投入運營，取得了較好的社會和經(jīng)濟效益。

    參 考 文 獻

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

    [2]GBJ205—203，剛結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(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)量檢驗評定標準[S]。