Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ！ 竺 竺 ・１０７・ 桥梁工程施工中拱桥钢管混凝土施工工艺的探析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 姚兴国Ｙａｏ Ｘｉｎｇｇｕｏ （奉节县公路养护管理一段，重庆４ｏ４６０ｏ） （Ｆｅｎｇｊｉｅ Ｃｏｕｎｔｙ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｆｉｒｓｔ Ｓｅｃｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４Ｏ４６００，Ｃｈｉｎａ） 摘要：拱桥钢管混凝土近年来得了较大的发展，我国已建成和在建的钢管混泥土拱桥有４０余座，本文根据实例介绍了钢管混凝土拱桥的施 工工艺及要点，根据作者工作经验而写，以供参考！ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ｔｈａｔ ｈａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ａｎｄ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ＣＯｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ４０ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｓｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｌｌｔｈｏｒ Ｓ ｗｏｒｋ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｅｅ！ 关键词：钢管混凝土；拱桥；施工技术；施工工艺；技术要点 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｏｉｎｔｓ 中图分类号：Ｕ４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１１（２０１０）３１—０１０７—０２ １工程简介 工程大桥桥宽２８．５ｍ，全桥总长５８５．５６ｍ。主桥部分由五孔无风 钢管混凝土结构自２０世纪６Ｏ年代初就已引入我国，最近几年 我国在钢管拱应用方面发展较快，许多大跨度的桥梁设计采用了钢 撑、双承载面下承式的钢管混凝土系杆拱组成（６４ｍ＋６４ｍ＋７２ｍ＋ 管拱技术。因其具有以下优点：形态优美，跨度大，施工简便，抗震、 ６４ｍ＋６４ｍ ｏ拱的矢跨比为１／５，拱轴线为二次抛物线，拱肋采用圆端 抗压、抗裂性能显著提高。钢管拱混凝土充分利用了钢管的套箍作 形扁钢管结构。拱肋高度７２ｍ跨为０．９ｍ，６４ｍ跨为０．８ｍ，宽均为 用，采用了微应力混凝土，其抗压、抗裂性能显著提高。三向应力混 １．８ｍ，钢管内填充Ｃ４０微膨胀砼。拱肋钢管材质Ｑ３４５Ｄ，厚度为 ６ｍｍ。截面见图１。 凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约 １０引言 束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝 土的强度比普通浇注的混凝土提高了２—３倍。普通混凝土受压的压 缩应变Ｉ＞０．００２时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土 可看作弹塑性材料，当压缩应变达０．００２时，不但仍有承载能力，而 且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。 ａ）７２ｍ跨拱断面 ’ ’ （ｂ）６４ｍ跨拱断面 作者简介：姚兴国（１９６３一）男，重庆人，本科，研究方向为道路桥梁。 图１钢管混凝土断面图（单位：ｎ堋） 频率较高，因此振动压路机的频率控制在４０—５０Ｈｚ之间；振幅应根 整度。摊铺温度控制在１３５—１４５℃之间。据混合料种类、温度和层厚选用，宜为０．３—０．８之间。总之，压实以 本项目沥青路面施工处于北方高温季节，气温在２Ｏ一３５℃之 “均匀、慢速、高频、低幅、少水”为原则。 间，施工有效压实时间较长（３８—５１ｍｉｎ），采用分段碾压（拌和机的产 ３效果检验 量２４０ｔ／ｈ，摊铺机的速度为：下面层５ｍ／ｍｉｎ、中面层３ｍ／ｍｉｎ、上面层 ２００６年吉林省国道１０２线一级公路路面施工中，充分应用了 ４ｍ／ｍｉｎ），由于该混合料为多级嵌挤紧密型属干硬性混合料，易于 碾压。压路机采用３台ＤＤ１３０振动压路机和２台徐工２６ｔ轮胎压路 该技术，获得了理想的效果。 ３．１混合料组成中、下面层利用当地花岗岩碎石，上面层采用 机，组合方式是：ｌ台ＤＤ１３０不振动静压２遍，２台２６ｔ轮胎压路机 辉绿岩碎石，掺用２％的消石灰来提高碎石与沥青混合料的粘附性 各复压２遍，１台ＤＤ１３０振动复压２遍，１台ＤＤ１３０不振动静压终 （可达到５级），上面层沥青采用普通ＡＨ一７０石油沥青，其合成级配 压２遍。 和试验结果见表６、表７。 表６ ＡＨ一７０石油沥青合成级配 桩号 ３１ ５ ２６ ５ １９ １６ １３．２ ９ ５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０６ ０３ Ｏ．１５ ０．０７５ ３．３施工段的抽查检测结果见表８。 表８施工段的抽查检测结果 墟ｌ头Ｊ蔓 现场空隙率 渗水系数 平整度 厚度 车辙 下面层 ９８．７ ５．１ １２３ ０．８３ ０．５６ ６．１ｌ １７８９ ３．９６ １６０３ ＡＣ一２５１ ＡＣ－２０Ｉ １ｏ０ ９９．３ １００ ８５．８ ９７ ７ ７７２ ６８ ５５．６ ４１ ９ ３０．２ １９．３ １４１ １０ ７．３ ４．３ Ｋ３４＋２００一Ｋ３５＋８５６ 中面层 ９９．１ 上面层 ９８．３ ４．６ ６．２ ９８ １３５ Ｏ．６７ ５．０４ １５６６ ８５ ３ ７４．２ ６４．５ ４９ ３ ３１ １ ２２．７ 】７６１ １０．３ ８６０ ４ ９ ＡＫ一１６Ａ １００ ９７．３ ８３．９ ６３ ４ ４４ ７ ２８ ５ ２ｌ ２ １６ ３ １０．１ ８４ ４ ５ ４结论 ４．１按照“贝雷法”检验所提出的集料组成级配是多级嵌挤密实 表７ ＡＨ－７０石油沥青试验结果 型级配，是既抗车辙又防渗水的合理组成：可以供生产使用，使修筑 混合料 沥青含 密度 空隙率 饱和度 稳定度 流值 残留 稳定度 类型 量，％ 稳定动 的沥青面层稳定性，耐久性都好。 ４．２与此混合料性能能相适应的施工控制技术能够满足高等 ＡＣ一２５１ ４．０５ ２．４３５ ３．５ ７１．３ １４．２１ ２４３ ９１．１ ２５ｌ１ ＡＣ－２０Ｉ ４．２５ ２．４３０ ３３ ７２．４ １３－３９ ２５．７ ８９．７ １５３１ 级高性能沥青路面施工要求，各项检测指标证明此施工技术是成 ＡＫ—ｌ６Ａ ４．４０ ２．４０１ ４．４ ７０．５ ９ ８５ ２６．１ ９０．６ ｌ７１７ 熟的。 ４．３此多级嵌挤密实型级配不仅能够提高沥青路面的使用性 ３．２混合料施工控制采用日本新ＮＰ３０００型拌和机，拌和温度 能，而且还可降低沥青用量（比按中值线合成的配合比所需的沥青 控制为沥青１５５￣Ｃ、骨料１６５—１７５￣Ｃ。拌和时间干拌ｌＯｓ，湿拌３９ｓ。 用量少０．２％一０．３％，同时在压实设备和施工温度上同传统的要求一 采用两台摊铺机梯队作业，由于本工程基层顶面高程和平整度 致：而不像ＳＵＰＥＲＰＯＵＥ集料组成所需提高压实功和施工温度。在 控制较好，故三层均采用浮动架基准，能有效控制铺筑层厚度和平 施工的成本控制上可以取得可观的经济效益。 ・１０８・ 价值工程 测能确保混凝土的对称同步浇注。如果发现两侧的压注速度不一 ２．１方案比选 致，应及时与泵车指挥人员联系，进行调整。小部分偏载造成的钢 ２．１．１方案一：采用连续抛落无振捣浇注混凝土的施工方法，混 管拱弹性变形可以完全恢复，有效的保证了拱轴线符合设计要求。 凝土由拱顶连续抛落。但对距拱项４ｍ以下的混凝土仍需开天窗用 当混凝土灌注至超过Ｋ３、Ｋ４压注孔时，停止泵送，立即关闭Ｋ１、 插入式振动器进行振捣，且所浇注混凝土不易密实，施工难度较大。 Ｋ２闸板阀，已最快的速度将泵管接至Ｋ３、Ｋ４压注孔，打开Ｋ３、Ｋ４ ２．１＿２方案二：压注顶升法。即在距离拱脚１．５￣２ｍ处的拱轴线 闸板阀，开始第二级混凝土的压注。当混凝土从排气孔冒出时，控 处，两侧对称各开压注孔，利用混凝土输送泵的压力将混凝土从压 制灌注速度，改两台泵同步对称泵送为交替泵送，继续压注１～２ｍ， 注孔处焊接好的泵管连续不断地自下而上压入钢管拱内，并达到砼 混凝土，确保钢管拱内混凝土压注密实。然后关闭止回闸阀，避免 自密实的效果。这种施工工艺简便易行。但必须选用压力大、性能好 混凝土倒流，清洗泵管、泵车。灌注完成后要做好钢管混凝土的保 的输送泵。施工时采用方案二，即压注顶升法施工，取得了满意的效 温工作。 ２准备工作 果，并总结出施工中需注意的一些问题。 ４技术要点 ２＿２施工前的观测观测的目的是为了确定拱轴线、控制点的 ４．１混凝土配合比的优化该混凝土要求早强、高流态、缓凝、 标高是否正确。如果轴线有偏差可用预先设置好的风揽进行调整； 自密性及可泵性非常好。最为关键的问题是该钢管混凝土为微应力 如果因焊接、拼装等原因造成一侧的控制点高程偏大，而另一侧的 混凝土。混凝土内掺膨胀剂，满足补偿收缩要求，坍落度要求到达作 高程偏小，则可在压注混凝土的过程中调整，具体操作见下文。 业面１８～２０ｃｍ，初凝时间根据压注速度计算，要求控制在６ｈ以上。 ２．３人员工人要求能熟练拆装混凝土泵管，责任心强。技术人 设置微应力，可提高构件的承载力及改变普通混凝土灌注造成的混 员包括拱上混凝土压注指挥、泵车指挥、实验、测量四组，各组间通 凝土和钢管间有间隙的现象。在配合比设计中确定微膨胀率是关键 过对讲机保持联系。 因素。钢管内 ￣￣ｒ ｅ仳Ｅ３凝土质量对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就 ２．４机具泵送顶升施工需要有较大的泵送压力，混凝土输送 会出现质量事故，造成泵送困难、内有空气、不饱满、混凝土和钢管 泵的选择是混凝土顶升压注成功与否的关键。本工程选用了３辆 间有收缩空隙等现象。因此，对此种混凝土的配合比要多做实验，控 三一牌ＨＢＴ２６０Ｂ型拖泵，其中１台备用。此泵出口泵压可达 制好膨胀率。 ６．３ＭＰａ，对混凝土的适应性较强。为确保泵送压注顶升的连续进 ４．２混凝土的压注要两侧对称同步进行对混凝土的压注过程 行，施工时根据混凝土拌和站的位置和泵送速度，每台泵车配备了 中进行全程观测，结果显示：拱下半部混凝土灌注时第一至三段标高 ３辆混凝土运输车，并有１辆备用。混凝土拌和站应做好搅拌机的 明显下降，第五段至拱项段标高明显上升。相反，当拱顶部分泵送完 检查、维修工作。 混凝土后，拱顶标高明显下降，而第一段至第三节段标高自动得到 ２．５原材料在混凝土施工前要做好原材料的进场检验工作。 回升，见图３。 水泥和外加剂的质量是保证混凝土膨胀率的关键。 ３施工工艺 ３．１二级压注，一次成型由于钢管为扁形，加劲肋布置较远， 且矢高较大，根据混凝土所能产生的压力及扁钢管的抗变形能力计 算ｆ采用有限元结构分析软件分析计算），若混凝土从拱脚一直压到 拱顶，则混凝土的压力将把扁钢管的直线部分压弯，以采取“二级压 注，一次成型”的方法，即除原有拱脚底预留焊接的泵管接头外，在 拱高１／２处（拱高含拱项排气管１．５ｍ），两边对称，增设型号一致泵 管接头，在紧靠拱顶吊杆位置两侧设两图２钢管增压管布置示意图 根＠２０ｃｍ，高１．５ｍ的排气增压钢管，具体见图２。 Ｋ０ Ｉ（ｏ （鲁＇霭摧主难 藕霆尾Ｉ｝蝰拱的孵捷 仆＇ｊ膦±驻注宅或鞫管棋悔复至设计蕾蝇 图３灌注过程中钢管形状示意 从图３看出，混凝土的自重对钢管拱线形影Ⅱ向比较明显。所以 压注必须对称同步进行。如果在浇注前因拼装、焊接等原因，造成一 侧的控制点偏高而另一侧的偏低，则可以用非对称方式浇注进行调 整，即先从偏高的－－Ｎ进行压注混凝土，同时密切观察拱的变形，当 拱两侧的控制点标高基本恢复至设计标高时，两侧开始同步浇注， 逐步调整两侧混凝土的压注量，最后同时压至拱顶。混凝土压至拱 顶时，要继续压注，让混凝土从排气增压孔中排出１￣２ｍ ，排气孔不 Ｋ 注ｌ Ｋｏ为捧气■压臂ｌ Ｋ 一Ｋ 为毪压境 图２钢管增压管布置示意图 冒气泡时停止压注，关闭混凝土止回阀。 ４．３二级压注，一次成型设计要求混凝土的压注必须连续进 行，而本桥扁拱的结构抗变形能力又决定了混凝土必须分两级压 注。所以我们采取了“二级压注，～次成型”的压注方案。方案的关键 ３．２施工中钢管拱的观测为了获得较完整的测量数据，混凝 在于二级混凝土之间的连续性。第二级混凝土必须在第一级混凝土 要求工人在两级混凝土压注问拼接泵管的 土压注过程要进行全程观测。混凝土压至每一个控制点，都对拱轴 的初凝时间内尽早开始，线及标高施测一次，并将测量结果绘制成随时间或工况变化曲线 速度要快，必须安排熟练工人进行。 ４．４钢管混凝土的保温工作混凝土和钢管之间如果产生空 图，根据这一曲线，可以较直观地了解钢管拱在泵送混凝土各阶段 隙，微膨胀混凝土的优势将失去，直接影响拱的承载力。钢管混凝土 采取将钢管拱用麻袋 ３．３压注顶升施工程序灌注前认真检查泵管及输送泵的各个 的保温工作不到位是空隙产生的原因。因此， 接头，接头之间应垫像皮圈防止漏气、漏浆。开启止回闸阀Ｋ１、 包起等措施，尽量减小内外温差。５结语 Ｋ２，用与混凝土相同品种及标号的水泥搅拌的砂浆润滑泵车与泵 钢管拱混凝土检测标准可依据《钢管混凝土结构设计与施工规 管，以减小混凝土泵送时的摩阻力，砂浆必须在钢管拱外排出。对 若有异常，则对该处进行超 称进行灌注混凝土，同时有专人观察拱内混凝土的泵送情况，两台 程》，先用小锤敲击钢管进行初步检查，泵灌注的速度尽量保持一致，如有不对称现象应及时调整。最简单 声波检测。经检测，本桥钢管拱混凝土完全符合设计和规范要求。由 而实用的观察办法就是“锤击法”，即用铁锤敲击钢管拱，听到清脆 于采取了适当的工艺，该桥已竣工并投入运营，取得了较好的社会 变化情况。 的声音和沉闷的声音交界处就是混凝土已压注到的位置。这一观 和经济效益。