钢管拱肋混凝土顶升压注的质量控制之建筑施工论文

　　接要：本文建筑施工建筑论文结合合肥铁路枢纽南环线工程包河大道特大桥1-128m系杆拱钢管混凝土拱拱肋混凝土压注的监理情况，提出了从施工准备到实施全过程质量控制措施及控制要点，着重介绍了混凝土原材料及配合比的试验、质量控制，混凝土压注前、压注过程、压注后的各工序质量控制要点。
　　关键词：钢管系杆拱，拱肋混凝土，压注施工，拱肋变形应力的监控，质量控制
　　1． 工程概况
　　合肥铁路枢纽南环线工程包河大道特大桥跨越合宁高速公路包河收费站，采用1-128m下承式尼尔森提篮拱，拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高3.4m,宽1.2m沿程等高布置,钢管直径为1200mm，由厚18mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用两片δ=16mm的腹板连接，每隔一段距离在圆形钢管内设加劲环，在两腹中焊接拉筋，拱肋在横桥向内倾9°，形成提篮式，拱顶处两拱肋中心距8.19米，拱脚处两肋中心距16.2m。两拱肋间共设5组风撑，其中拱顶处设“米”字型，拱顶至拱脚间设4道K型横撑，矢跨比f/l=1/5。钢管内填充C55微膨胀高性能混凝土。
　　2混凝土配合比的控制
　　2.1混凝土配制的基本要求。根据《钢管混凝土结构与施工规程》（CECS28-90）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）及铁建设【2009】152号文中有关规定，钢管混凝土要求具有低泡、大流动性、收缩补偿、延后初凝和早强的性能，同时满足耐久性要求。混凝土配制强度应比设计强度提高15%,要满足混凝土强度要求及工作性能、泵送性能。混凝土最大减含量不超过3.5kg/cm3,坍落度18-20cm。混凝土的配制主要从水泥、粗骨料、细骨料、拌和用水、外加剂等原材料方面着手。
　　2.1.1原材料的选用
　　2.1.1.1水泥高强度混凝土水泥采用普通硅酸盐水泥（P.Ⅱ52.5），最小用量不低350kg/cm3，最大用量不超过500kg/cm3,水泥用量小强度不能满足，用量大水化热较多。水泥中的碱含量不超过0.60%。试验监理工程师按规定见证取样、见证试验。
　　2.1.1.2粗骨料粗骨料为碎石，岩石抗压强度与混凝土强度之比不应小于1.5，粗骨料最大公称粒径不应大于25mm。试验监理工程师按规定见证取样、见证试验。
　　2.1.1.3细骨料采用细度模数为2.6-3.0的河砂，砂率一般在0.33左右，较小的砂率可以较大限度地发挥粗骨料的骨架作用，含泥量≤2.0%。试验监理工程师按规定见证取样、见证试验。
　　2.1.1.4拌和用水采用生活用水。
　　2.1.1.5外加剂为满足混凝土强度、坍落度、和易性的要求，采用羧酸高效减水剂，宜用缓凝型，坍落度损失小，减小水灰比，增大混凝土的流动性，提高混凝土的耐久性和工作性。碱含量(按折固含量计)不超过10%。试验监理工程师按规定见证取样、见证试验。
　　为减小混凝土的收缩系数和孔隙率，保证管内混凝土的密实性，采用膨胀剂。为增强、增密、提高混凝土的耐久性，改善微结构与界面结构，发挥“滚珠效应”，增大流动性，改善可泵性，采用Ⅰ级粉煤灰。试验监理工程师按规定见证取样、见证试验。
　　2.2混凝土配合比设计情况、试验的监控。考虑上述各种因素，满足强度、泵送、顶升的要求，本工程混凝土配合比经工地试验室多次比选试验，最终选用的配合比为：每1m3混凝土的用量为水泥388kg,粉煤灰50kg，矿粉60kg，细骨料660kg，粗骨料1076kg，水154，减水剂6.97kg，膨胀剂49kg。水胶比0.31,坍落度240mm，即水泥：粉煤灰：矿粉：细骨料：粗骨料：水：减水剂：膨胀剂=1:0.129:0.155:1.70:2.77:0.397:0.018:0.126,标准试件28天抗压强度达68MPa，初凝时间8小时。试验监理工程师见证抗压强度、坍落度的试验。这里要注意的是，要考虑运距、气温对坍落度损失的影响。配合比报告报要经总监理工程师批准后实施。
　　3混凝土压注前的控制要点
　　3.1施工方案的审查
　　3.1.1审查施工工艺。
　　3.1.2施工顺序。本工程按设计要求，先上拱后下拱，再腹腔。
　　每侧拱肋上有三个隔舱，将拱肋分成4段，对称浇注，由下向上，浇注顺序分三阶段。第一阶段泵送上弦管混凝土，第二阶段泵送下弦管混凝土，第三阶段泵送腹腔。
　　3.1.3泵送设备的配置。根据拱肋混凝土压注量及混凝土压注对称要求，确保砼一次压注成功，混凝土泵送时在60#、61#墩拱脚处（系梁面上）各设置2台HBT-80型高压地泵，另在每个墩位处备用1台砼输送泵；在60#、61#墩边（地面上）采用2台汽车泵供应，备一台。
　　根据每段砼顶升量及顶升长度计算，在顶升时输送泵出口压力将达到10MPa，计划选用HBT-80型高压混凝土输送泵，其工作压力可达18MPa，每小时输送混凝土量大于60m3/h，电机功率132KW，满足施工生产要求。
　　泵管与输送泵配套，采用内径φ125㎜高压管，泵管数量根据现场实际输送长度配足，型号应齐备，多准备备用件，接头胶垫圈位置应准确，联接卡箍及螺栓必须上紧；泵管应设置足够的支点和悬挂点，不可悬空，特别是弯头处，须切实固定牢靠，同时泵管布置时应尽量减少弯管的使用。
　　运输车辆配备：20辆混凝土搅拌车（8m3），每台地泵每配备5台，并根据施工实际情况作相应调整，以保证拱肋钢管混凝土连续浇筑。
　　3.1.4拱肋混凝土压注的监测
　　3.1.4.1监测单位的资质符合要求；
　　3.1.4.2监测方案要经过专家评审；
　　3.1.4.3监测的计算分析报告；
　　3.1.4.4在混凝土压注过程中，拱肋截面的应力和变形都在变化，因此本阶段的控制重点是对钢管、系梁应力和桥台变位进行监测控制，即以应力控制为主，变形控制为辅。
　　变形监测点的布置左右拱肋各设置8个控制点，共16处。
　　在拱肋控制截面布设振弦应变计，在拱肋的拱脚、1/8截面、1/4截面以及拱顶共布置48枚应变计。
　　3.1.4.5监理督促检查监测单位提前进行初始数据的测量，并有记录。
　　3.2焊缝检测报告的审查
　　3.2.1对所有全溶透焊缝要100%进行超声波检测，对T型焊缝及超声波认为的疑问之处，应以X射线100%拍片；所有焊缝均需作10%以上X射线拍片检查。焊缝质量达到GB50205-2001的一级焊缝要求。
　　3.2.2熔透性焊缝：焊缝质量达到GB50205-2001的一级标准，并按规定作100%的超声波探伤和不少于10%的X射线抽样检查。检测报告经专业监理工程师审查合格。
　　3.3泵送压注的灌注管、排气管及冒浆孔的布置。吊装前应在拱肋上焊接完拱肋混凝土灌注管、排气管及冒浆孔，单侧单根拱肋上弦管、下弦管、腹板各设置4个灌注孔，拱肋对称中心线对称设置在拱肋上部管壁，在每一分仓段低端设压注孔管，高端设排气孔管，最低点处射泄水孔管。在拱肋低端侧面沿拱肋方向设φ125mm的压注孔，压注管与拱肋呈30°夹角，管长1m；在拱肋高端侧面设φ125mm的排气孔，以利于排气，孔管朝上，管长1.5m，排气管排出含有石子的新鲜混凝土时，插入φ50振动棒进行振捣，以增强混凝土的密实性，保证混凝土的压注质量；排气管及冒浆孔直径为20cm，灌注砼时，留出砼后立即用木楔封堵。钢管拱内砼强度达到设计50%后，可拆除钢管拱肋上的灌注管、排气管及冒浆孔；钢拱肋开孔前先放好样，避免反复切割和大小差距过大，施工时将切割钢板编号，并保存好，钢管压注砼施工完成后，将开孔补焊好。
　　3.4泵管的布置。在砼压注前，将与拱肋上弦管、下弦管连接的地泵管连接、固定好。在下弦管砼压注完成后，在压注上弦管砼的时间间隔内将下弦管的地泵管拆除、清洗后再连接到腹腔压注孔上。在每个拱肋压注孔处设置一个截止阀，在处理管路堵塞或砼压注完成时防止混凝土回流，并根据施工需要配齐各种型号的弯管接头。所有泵管利用压注清水清洗拱肋进行水密性试验。
　　泵管采用直径为125mm高压管，由专职技术人员进行排定。在泵管对接前，仔细检查管内壁是否清洁，接头和密封圈是否完好，以确保不会在泵送过程中发生堵塞、爆裂和泄露现象。对接好后，对输送管还要逐节检查，以确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。另外，为防止意外发生，在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用，对备用管道的更换要先行试验，熟练掌握。泵管安装好后，禁止人员在管道上行走。在混凝土浇注前，应在压浆管上设置防回流截止阀(法兰盘)，并对压浆管与拱肋钢管及法兰盘接口的焊缝作加劲处理。
　　3.5安装焊接拱脚进料短管，开拱顶排浆口
　　3.5.1单根弦管在拱顶对半分为两个隔仓，因而半跨只设一处进料短管和一处排浆孔。
　　3.5.2压注预埋管采用内径Φ125㎜的高强混凝土泵送管。上弦压注预埋管位于距拱脚2m（沿弧方向）的拱顶处，与拱切线成30°交角，同时伸入弦管内部分切割成向上的斜口，以便减小泵送阻力。
　　3.5.3下弦压注预埋管也位于距拱脚2m（沿弧方向）处，但位于弦管的侧面，同样与拱切线成30度交角，伸入弦管内部分也切割成向上的斜口。
　　3.5.4进料短管与拱肋轴线夹角为30°，夹角越小泵送阻力越小，对钢管壁的冲击力越小，但过小的夹角会使钢管开口过大，在泵送混凝土时截面削弱较多，不利于弦管受力，所以取30°。
　　3.5.5拱顶排浆管为Φ125㎜的无缝钢管，壁厚5㎜。设在拱顶两侧各10cm处，长1.5m。上弦管垂直向上，下弦管位于拱侧面，与铅垂线成20°夹角。
　　3.6安装防回流截止阀,在混凝土压注前，应在进料短管上设置防回流阀，并对短管与弦管接口的焊缝作加劲处理。
　　3.7泵管水密试验及管内废渣清除。泵送混凝土前将压浆管上的防回流截止阀关闭，在输送泵料斗内装清水泵送，检查泵管是否有漏气现象，另外，用清水从拱顶排气管注入，对钢管内所有废渣及锈迹完全清洗，并由拱脚段的排渣孔(直接利用拱脚第二次混凝土浇注时在距拱肋与拱脚接触界面上50cm处拱背轴线上开直径10cm的圆孔作排渣孔，)排出，清洗完后封固排渣孔。
　　3.8计算每车混凝土7.5m3压注时，到达拱肋的位置，作好标识，以便顶升施工时，敲击检查混凝土的位置。
　　3.9监理检查施工单位的技术安全交底情况，是否交到作业层。要使参加混凝土泵送的所有人员了解砼泵送施工的施工工艺及现场施工安排。
　　3.10监理站要组织施工单位、监测单位召开施工准备会，详细检查施工前的准备情况，布置混凝土顶升压注施工时各工序分工和安全质量关键把关要点。
　　4混凝土压注时的控制要点
　　4.1混凝土压注宜选择在气温较低时进行，最好在夜间压注，以免混凝土坍落度的损失，混凝土泵堵管以及混凝土特别是拱内混凝土的凝结速度加快，给压注作业造成困难。
　　4.2正式压注作业时，试验监理工程师进驻混凝土搅拌站，见证砂、碎石含水率的测定，控制每盘混凝土的搅拌时间，混凝土拌制时各种组成材料应计量准确，外加剂拌制成均匀溶液加入拌和，每盘净拌时间不得少于2分钟。
　　4.3试验监理工程师在搅拌站对前三车坍落度严格控制在230-250mm，到达系杆拱为180-220mm,运距约35千米，现在试验监理工程师对前三车坍落度进行测试，并在后续施工中随机抽查，对不符合要求的混凝土坚决退回。
　　4.4压注混凝土时要求纵向严格对称进行。泵压过程中注意泵的压力和扬程，泵的压力一般控制在16MPa以下。
　　4.5拱肋混凝土压注必须连续进行，不得中断，一气呵成。
　　4.6混凝土压注速度不应过快，由于混凝土在高速泵送过程中，管道出口呈射流状态，混凝土内带有大量气体，这些气体产生的气泡随浮浆上浮。当随混凝土顶升面漫过排气孔时，很可能堵塞排气孔，若此时再向管内泵送混凝土，则有可能引起爆管。因此管内混凝土顶升速度应适当控制，且当混凝土顶升面到达每个排气孔后，施工人员及时“掏孔”，使气体尽快排出。
　　4.7当混凝土压送困难时，泵压升高，管路产生振动时，不可以勉强压送，应对管路进行检查，并放慢压送速度或使泵反转，以防堵塞。
　　4.8当灌注过程发生堵管时，先用混凝土输送泵的反泵功能疏通，如反泵处理无效，应立即停机，用木槌敲击管路查出堵塞部位，关闭灌注口闸阀，将堵塞管节拆下，清除堵塞混凝土，并检查其余管路无堵塞后才可接管，重新接好管道，继续开机泵送混凝土。如混凝土输送泵出现故障，应立即停机检查，找出故障部位并尽快排除。如故障严重，估计短时内无法处理时，应立即更换备用泵。
　　4.9泵送过程中，专业质检人员可用敲击法判断管内砼填充情况，如有空隙，应及时用管外加振方法解决。
　　4.10当排浆孔有浆排出时，放慢泵送速度，每泵一下需停一下，并人工配合用竹竿等在排浆孔抽插，使多余的气体和浆液排出，直到干净混凝土(排气管内流出的混凝土浓度与泵送混凝土浓度相同)溢出为止，然后稳压，关闭防回流截止阀。
　　4.11监测人员要到位，应力应变监测数据现场监理人员要随时掌握，如有异常及时处理，必要停止混凝土顶升压注施工。
　　4.12单根弦管内混凝土强度达到设计强度的80%，方能压注下一根弦管。
　　5混凝土压注后的控制要点
　　5.1钢管混凝土在达到80%强度之前，需间隔2～3小时对钢管表面进行浇水降温。
　　5.2清洗、拆除输送泵管，待混凝土泌水停止后，割掉压浆管等并用原割钢板复原封度焊接，以防雨水进入，防止炭化反应。
　　5.3通过监测，在混凝土压注过程中，纵桥向的变形最大为7mm,横桥向的变形最大为11mm,钢管拱肋竖向下挠最大为16mm,变形很小；钢管的应力工况间最大为1.6Mpa，累计最大的应力为4.9Mpa,钢管的应力变化较小。说明拱肋在混凝土压注过程中是安全和稳定的。
　　5.4待拱肋混凝土强度达到设计强度的80%后并确保砼收缩稳定后，检查拱肋钢管混凝土是否密实。拱肋混凝土的密实质量检查方法有二种：①锤击敲打，根据声音判断密实情况，探明不密实部位；②超声波无损检测。对不密实的部位。本工程采用两种方法相结合检查密实情况。采用钻孔压浆法压注与混凝土等强度的微膨胀水泥浆进行补强，然后将钻孔补焊封闭。
　　6论文结束语
　　钢管拱混凝土压注是钢管拱桥施工成败的关键之一,只要通过施工前的精心准备，施工现场的合理组织，监理对每个环节监控到位，抓住混凝土配合比设计和泵送设备配备两个关键，，注重压注前管道内壁清洗湿润、对称均衡顶升、压注速度、压注压力、拱肋的变形和应力变化的监测、密实检查等几个环节，就能够确保钢管混凝土系杆拱拱肋混凝土压注工程质量。
　　

《钢管拱肋混凝土顶升压注的质量控制之建筑施工论文》

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