荣劲松　石雪飞

摘要：文章结合工作实例介绍了湘潭莲城大桥钢管拱混凝土灌注施工工艺、方法和技术要点。

关键词：湘潭莲城大桥；钢管混凝土；泵送顶升；施工技术

中图分类号：U448.14

文献标识码：A

文章编号：1006－8937(2009)16－0029－03

1工程概况

湘潭莲城大桥是湖南省重点工程，位于湘潭三大桥下游4.3km处，西起湘潭市二环线与富洲路交汇处，东接107国道，是湘潭二环线、320国道和长株潭三市城际间快车道的一段。

大桥全长1345m，桥面宽27m，其中主桥为120m+400m+120m斜拉飞燕式钢管混凝土拱桥。这一桥型为国内首创，它巧妙地集拱、梁、索三种结构于一体，设计新颖，造型美观，科技含量较高。主桥桥型布置如图1所示。

主拱采用中承式双肋无铰平行拱，拱肋中心距34m，计算跨径为388m。拱肋矢跨比为1／5.19，拱肋轴线理论矢高为74.7m。

主拱拱肋采用双肋6管桁架截面，主弦管直径为φ850mm，材质Q345D。距拱脚中心水平距离16m范围内拱肋为实腹板截面，距此水平距离29.55m范围内为横哑铃形桁架截面，由此至拱顶为全桁架截面。拱肋高度由拱脚的中心桁高5.0沿纵向水平直线变化至拱顶中心桁高9.0m，外形呈月牙形。主拱拱肋典型横断面详见图20

上弦杆均灌注C50微膨胀混凝土。下弦杆距拱脚中心水平距离0～116m内灌注C50微膨胀混凝土，其余为空钢管截面。

由于该桥拱肋钢管中的核心混凝土采用泵送顶升施工工艺，因而混凝土的质量是整个桥梁工程质量重要的一环，混凝土的工作性能、物理力学性能以及长期体积变形性能(如膨胀率、徐变等)将直接关系到桥梁施工进程的顺利与否，关系到桥梁使用的安全性、可靠性以及使用寿命。

2钢管混凝土灌注施工工艺

湘潭莲城大桥主拱上弦管设计均灌注混凝土，下弦杆距拱脚中心水平距离0～116m范围内灌注混凝土，其余为空钢管截面。上弦管每根弦管需压注混凝土方量为198m³；下弦管每根弦管需压注混凝土方量为116m³。上弦管每次灌注2根，上下游各一根；下弦管每次灌注3根。钢管混凝土灌注采用从拱脚向拱顶一次泵送压注到顶的方法施工。

2.1设备的选择及布置

搅拌站的生产能力要足够。两岸各设置有一台35m³／h搅拌站，每台的钢管混凝土生产能力为15m³／h，另外，项目部还租用了桥位附近一个商品搅拌站的一台120m³／h搅拌机，生产能力为40m³／h，则总的钢管混凝土生产能力为70m³／h，可满足施工需要。

混凝土运输配备10～12台8m³混凝土运输车。混凝土运输车的配备应有适当的富余，防止其中一两台车出现故障时，混凝土的运输不致受到太大的影响。

混凝土泵机是钢管混凝土灌注施工的关键设备。设备选型必须满足两个条件，一是泵机的功效要满足灌注进度的要求，不小于40m³／h；二是其泵送压力必须足以将混凝土从拱脚顶升至拱顶。最后通过计算后选择三一重工HBT80C泵。共配备3台泵，东西两岸各设置一台，一台备用。

泵机摆放位置有讲究，除了考虑混凝土运输及下料方便外，还应尽量靠近压注孔以减少泵管的长度。采用φ125mm泵管，布管时应尽量避免弯管，尤其是90°。弯管，以降低混凝土泵送阻力，若弯头无法避免，则所有弯管折合成90°弯头应不超过2个。同时，还要兼顾上下游泵送转换方便。

泵管弯头处应设定位装置，将泵管牢牢固定，以防止泵送过程中泵管偏离原来位置，引起爆卡或堵管。

2.2灌注顺序

按照设计要求的主拱加载程序，主拱12根弦管分五次灌注完成，上弦管每次灌注2根，上下游各一根，下弦管每次灌注3根，上下游分别各1根或2根。具体灌注顺序详见图3。

2.3混凝土的泵送顶升施工

本工程中C50钢管混凝土采用不分仓、一次性泵送顶升的施工工艺，即每根钢管在拱脚处开压注孔，焊接设有闸阀的混凝土压注管并与泵管相连，拱顶设置排气管φ125×1500mm。为避免主拱因偏压变形，施工时应遵循对称与均衡加载原则，以拱顶为对称线，混凝土两半跨对称压注。

2.3.1施工准备

①设备检修保养。施工时须保证有足够的混凝土拌合能力并备有预留泵机。在泵送前，应将拌合机、泵机等施工机具进行全面检查和维修保养，使其具备良好的工作状态。混凝土搅拌和泵送设备应备有配件，以便设备在出现故障时能及时抢修。

泵车、泵管需要固定，尤其是弯头位置，以防止泵送过程中泵机、泵管摆动增大混凝土泵送阻力，引起爆管。

②管内清理。混凝土灌注前从拱顶出浆孔处灌入清水冲洗钢管内壁，将管内残留的杂物、灰尘等冲洗干净，同时也起到湿润钢管内壁的作用。

③压注孔、排气孔及出浆孔的设置。压注孔设置应根据泵机所处的位置开设，压注孔处牢固焊接一段端口朝外的泵管，该泵管型号与连接泵机的泵管型号相同。该段泵管另一端切割成斜口，斜口朝上，插入钢管内，插入长度约为钢管直径的1／4～1／3，并与拱肋钢管轴线的夹角为30°～45°。压注孔应焊接牢固，施工前派专人检查，避免泵送顶升施工过程中脱焊造成而管内混凝土喷流，施工人员受伤。为了防止停泵卸管时混凝土从泵管流出，需在管口处设置一个“闸板阀”，如图4所示。

④排气孔。对于大跨度钢管拱桥，跨中部分的一段钢管是非常平缓的，拱轴线的水平夹角很小，这一段钢管在混凝土灌注时，其顶部的空气是很难全部通过出浆孔排出的，所以需要设排气孔。本工程在桥跨中心线每侧25m范围内，沿主拱肋钢管顶面每隔5m设置一个带螺丝的φ20mm排气孔。混凝土灌注至该处，出浆后拧上螺栓。如图5所示。

⑤出浆孔。在每根钢管的顶部跨中位置各设一个φ125×1500mm的钢管排浆孔。用一弯管将排浆管伸出拱肋外面，保证排浆时不污染拱肋及吊杆。如图6所示。

2.3.2施工要点

钢管混凝土的泵送遵循“逐步成拱，逐级加载，外力释放，间期缩短”的原则，以桥跨中心线为对称线，两边对称灌注。

①钢管混凝土泵送遵循对称与均衡加载原则，每根钢管须同时从两拱脚处进行泵送施工，钢管内砼的进度差不超过6m，在灌注过程中，注意加强观测控制，如果两岸进度差超过6m时，应将速度快的一岸放慢速度，但不可长时间停浆，另一岸加快速度。混凝土从每根钢管底部顶升泵送，直至排浆孔有混凝土排出为止。

②在施工过程中，必须随时测定砂石料含水率的变化，配合现场新拌混凝土工作性能测试结果来调整混凝土加水量。

③在泵送混凝土之前，先泵送拌制好的砂浆0.8～1m³左右。灌注砂浆的是为了润滑钢管内壁，以避免先期泵人的混凝土因接触管壁失水而变干硬，从而减小摩擦阻力，降低泵送难度。润滑用砂浆的配合比除未使用碎石外，其余原料用量与钢管混凝土的用量相同。灌注完润滑砂浆后，接着进行C50钢管微膨胀混凝土的泵送施工。正式泵送施工时，在拱肋上应有专人负责观察砼的压注进度，以尽可能保证两岸混凝土的泵送顶升施工对称进行。当混凝土从排浆管冒出后，应继续泵送混凝土，直至将浮浆排净并连续排出约1m³混凝土。此后，每隔5min左右泵送一次，总共开机2～3次后方可停止泵送混凝土，以尽可能排除钢管中的气体，避免混凝土与钢管壁的脱粘。

④在泵送时，混凝土应连续泵送，尽量避免停泵，以防止泵管堵塞，当混凝土量供应不足时，应降低泵送速度，保证混凝土的连续泵送。

⑤每根钢管拱的混凝土泵送施工时间应间隔3天，以保证混凝土具有足够的强度和刚度，能够承受钢管混凝土自重和施工时产生的冲击荷载。

3结语

湘潭莲城大桥于2007年2月12日开始灌注第一根钢管，12根主弦管分五次灌注完成，全部按计划进行，整个混凝土灌注过程连续顺畅(混凝土输送泵泵压8～14MPa)，没有出现堵管情况。经超声波辅以锤击手段检查，除拱顶局部有很小的脱空外(中度敲击回声)，混凝土整体均匀密实，与钢管壁结合好，全桥钢管混凝土质量优良。通过该桥钢管混凝土的施工，我们有以下两点心得体会。

①良好的工作性能是钢管混凝土得以顺利灌注施工的关键。钢管混凝土应流动性大，不泌水，不离析，粘聚性好，具有良好的可泵性；混凝土坍落度经时损失要小，混凝土在灌注过程中其工作性能可以得到较好保持。评价混凝土工作性能要不仅要看坍落度，还要看扩展度指标。

②对于大跨度钢管拱，采用不分仓一次性泵送顶升方法灌注管内混凝土是可行的。在制定钢管混凝土灌注施工工艺时，应综合考虑混凝土搅拌站生产能力、泵机泵送能力与混凝土工作性能保持等方面的适应性，保证混凝土灌注过程均匀连续。单根钢管灌注时间宜控制在2～3.5h。混凝土灌注过程应对称、均衡、连续，满足设计要求，并做好施工监控。