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钢管拱混凝土顶升灌注施工
钢管拱混凝土顶升灌注施工
中铁二局五处陈善军
【摘要】本文通过对钢管拱砼在灌注过程中可能出现的问题进行预测分析,并采取相应的技术措施,取得了非常理想的效果。
【关键词】钢管拱顶升砼灌注配合比
1、工程概况
深圳彩虹桥总建筑长438m,由主桥和两端的引桥组成。
主桥为钢管砼下承式钢架系杆拱,跨度150m,双向四车道,桥宽23.5m,飞跨深圳火车北站29股轨道。
主桥下部结构形式为3m直径桩基、系梁、承台、2.8m—3.6m钢管砼柱及箱室钢纤维砼帽梁,上部结构为4支格构式钢管拱,钢管直径750mm,壁厚12mm,钢管内灌注C50微膨胀砼,共580m3;通过17对双吊杆悬吊预应力钢—砼叠合板组合桥面系,由于采用无推力拱体系,两端帽梁通过南北各16根12φ15.24钢绞线成品束来平衡拱对帽梁产生的推力,并通过墩柱内的竖向预应力体系克服拱对帽梁产生的弯矩。
桥型结构如下图。
该桥是深圳市已建桥梁中跨径最大、技术含量最高的一座,具有无铰下承格构式系杆拱目前国内跨度最大,桥面悬浮体系目前国内最新的特点。
深圳彩虹大桥建成后,不仅能缓建深圳市的交通,而且将作为深圳城市的一个标志,与周围环境共同构成深圳市的一道亮丽景观。
2、原因分析
从已知的国内外钢管拱桥施工情况了解倒,钢管拱砼灌注在整个钢管拱桥施工过程中,是一个关键控制工序,必须引起高度重视。
可能出现的几种质量问题及原因分析归纳如下
可能出现的几种质量问题
用矩阵图分析主要问题和主要影响因素
根据矩阵图找出:
关键问题:
E(钢管壁破裂)、A(砼不密实)
主要因素:
8(砼灌注方法不正确)、4(砼配合比不正确)、9(砼灌注顺序不正确)、6(灌注砼过程中进入空气)、5(砼配料计量误差大)
3、方案比选
钢管拱砼灌注是钢管拱桥施工成败的关键之一,必须保证钢管内的砼密实、强度达到要求、钢管壁与砼结合密贴,否则造成无可挽回的损失。
因此,必须选择正确的灌注方法。
几种灌注方案比较如下表
方案比较表
方案
简介
优点
缺点
顶升灌注方案
从钢管拱脚处用高压输送泵一直往拱顶压送砼
●砼中不窝气
●砼密实度好
●在拱上布管少
●施工方便
●对砼标准要求高
●对砼输送泵要求
高
高抛灌注方案
从拱顶往下灌注砼
●对输送泵要求不高
●砼中易窝气
●砼密实度难保证
●拱上布管多
高抛振捣灌注方案
从拱顶往下灌注,钢管外壁用振捣器振捣
●砼密实度能保证
●对输送泵要求不高
●砼中易窝气
●拱上布管多
●用振捣器振捣钢管使砼密实很难实施
从三种方案比较,顶升灌注方案是最优方案,并且是可行的,其它方案在此不可行。
4、砼配合比选择
4.1、技术要求:
砼强度:
fc4≥45Mpa,fc28≥50Mpa
砼凝结时间:
初凝时间:
≥12h,终凝时间≤16h
砼灌注时的坍落度:
200mm~240mm,坍落度损失:
4h时≤60mm
砼限制膨胀率:
28d,0.00%~0.02%
砼和易性、可泵性良好,无泌水现象。
4.2、砼配合比设计
砼配合比采用正交试验法进行优化设计,设计控制参数:
水泥:
韶峰牌PO525#,≤550kg/m3,符合国家质量标准要求。
外掺料:
Ⅰ级粉煤灰5%~10%,国家质量标准要求。
外加剂:
NFH减水剂0.8%~1.5%;UEA-H膨胀剂13%~17%,符合国家质量标准要求。
砂:
中粗河砂,细度模量Mn=2.3~3.0,符合国家质量标准要求。
石:
花岗岩碎石,最大粒径20mm,级配良好,符合国家质量标准要求。
含砂率:
40%~45%。
砼配合比及砼各项技术性能指标如下表
砼配合比
名称
水
水泥
砂
石
粉煤灰
NFH
UEA-H
材料用量(kg/m3)
181
435
730
930
27
15.2
81
比例
0.42
1
1.68
2.14
0.06
0.035
0.19
砼各项技术性能指标
项目
砼强度
凝结时间
砼坍落度
限制膨胀率
和易性
可泵性
4d
28d
初凝
终凝
0h
2h
4h
7d
14d
28d
指标
47
Mpa
68
Mpa
14.5
h
15.6
h
24
cm
23
cm
19
cm
0.03
%
0.02
%
0.01
%
良好
良好
5、砼灌注施工方法
5.1、灌注工艺流程如下图
5.2、砼灌注顺序
遵循先上弦管,后下弦管;先外弦管,后内弦管的原则,南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注。
其顺序如下图
北拱肋南拱肋
钢管拱砼灌注顺序图
5.3、灌注孔安设
灌注孔孔径采用125mm,与砼输送管等直径,其方向向上,与钢管轴线成30。
的角度。
砼输送管与钢管灌注管用法兰盘连接,并设止浆阀。
为防止从拱脚出不能一次灌注到拱顶,每根钢管从拱顶对称各再增设3个灌注口,作为备用。
其布设如下图所示
5.4、排气孔安设
排气孔每8设一个,孔径50mm,露出管外200mm,方向垂直于钢管轴线,拱顶管内用钢板隔开,在此钢板两侧150mm处对称安设直径100mm,长1800mm的排气管。
为防止加强环及拱顶隔板处窝气,在加强环和隔板上设直径20mm的排气孔,加强环的排气孔尽量设在靠近拱的上方。
5.5、输送泵的选型及布设
根据钢管砼对称同时灌注的原则,每次灌注两根钢管,则两端各设两台输送泵,同时拱背上布设两组输送管作为备用。
为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失,采用二级接力泵送。
其输送泵的布设和型号如下图、表
砼输送泵型号
名称
型号
产地
台数
出口
压力
系统
压力
排量
垂直输
送高度
SCHWING
地泵
德国
2
16Mpa
35Mpa
85m3/h
300m
贝思特
HBT-80A
徐州
1
13.5Mpa
35Mpa
80m3/h
280m
贵航
HB-90
贵阳
1
7Mpa
28Mpa
50m3/h
200m
SCHWING
车泵
德国
2
7Mpa
16Mpa
60m3/h
40m
5.6、砼灌注过程中的监测监控
监控项目:
墩顶位移、拱顶高程变化、拱轴线变化
监测仪器:
NEICA—TCA1800全站仪。
测点布设:
在4#、5#帽梁及南北拱钢管的1/2L、1/4L、1/8L处设测点,共布设14个测点。
监测监控时间:
在砼灌注过程跟踪进行监测监控。
5.7、技术措施
(1)、所有输送泵在每次砼灌注前对各部件都要进行认真检查,并试运行,确保在整个砼灌注过程中,机况运行良好。
同时备用两台输送泵,保证在输送泵有问题时,能及时顶上。
(2)、输送管布设时,尽量减少弯管的数量,管道固定牢固,接头连接紧密,不漏浆,不漏气。
(3)、泵送砼前,先泵清水和水泥砂浆润滑管道,在泵送砼。
清水和水泥砂浆只能泵到钢管外,待泵出砼时,再与钢管灌注口相接,向钢管内泵送砼。
(4)、每车砼都应作坍落度、含砂率、和易性检验,保证泵送前砼的坍落度控制在20cm~22cm内及和易性、可泵性和自密实性良好。
(5)、对称灌注砼数量相差不超过2m3。
(6)、为防止钢管拱冒顶,事先做好压顶的准备工作,一但监测到拱顶冒顶接近警戒值,就立即进行压顶。
(7)、在砼灌注过程中,应跟踪监测4#、5#墩顶的位移变化,若位移接近警戒值时,应根据加载程序对水平细杆或墩顶竖向预应力加载。
(8)、当输送泵压力接近最大压力值时,而砼还未到拱顶,应停止泵送,换管到上一灌注孔进行泵送,但要保证此灌注孔上方砼至少有5m,不允许砼倒灌。
(9)、当出气孔冒浆时,应立即堵塞该出气孔。
出气孔未冒浆不得堵塞。
(10)、砼应连续供应,当砼出现间断时,应留一车砼每隔5分钟泵送一次打养护,直到下车砼到来。
输送泵料斗必须有足够的砼,防止无砼空泵而泵入空气到管中,引起堵管,或钢管内砼进入空气而形成空洞,影响砼质量,或因压缩空气产生高压造成钢管壁破裂。
(11)、当拱顶排气管冒浆时,应继续压注砼,直到浮浆全部排完,出现有石子的砼时,方可停止泵送砼。
(12)、砼泵送完后,立即关闭止浆阀门,拆除输送管,进行清洗。
(13)、砼灌注完24小时后,应对钢管表面淋水降温,以保证砼的质量。
5.8、质量保证措施
(1)、加强现场统一指挥,分工明确,相互配合。
经理负责总指挥,生产副经理负责现场总指挥,钢管拱两端由两名技术人员进行指挥,各灌注口安排5名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔等。
(2)、灌注砼前,组织指挥和操作人员进行技术交底,使每人明确自己的岗位职责和质量职责,确保技术要求的贯彻执行。
(3)、派人员到砼搅拌站监督督促砼的供应,与现场密切保持联系,根据现场的需用量及时进行供应。
(4)、在输送泵现场,派专人对砼运输车进行调度指挥,保证运输车进出场畅通。
5.9、安全保证措施
(1)、灌注砼前,进行安全教育和安全技术交底,完善安全设施。
(2)、严格按照安全操作规程使用机械。
(3)、严格遵守高空作业安全规程,安拆灌注管时,严禁从拱上掉东西。
(4)、所有灌注管安设牢固,不得有松动现象。
(5)、所有用电线路按“三相五线”制安设。
6、取得效果
深圳彩虹桥钢管拱砼灌注对可能发生的问题进行预测分析,并采取正确的措施,保证了砼得以顺利灌注,取得了非常理想的效果。
钢管拱砼从1999年11月10日开始,至1999年11月17日结束,历时8天,分四次共灌注砼590m3。
6.1、钢管拱砼灌注时间
顺序
灌注部位
开始时间
结束时间
工作时间
灌注砼数量
1
Ⅰ、Ⅰ’
99-11-10
pm3:
40
99-11-10
pm11:
00
7h20min
150m3
2
Ⅱ、Ⅱ’
99-11-13
pm10:
00
99-11-14
am3:
30
5h30min
150m3
3
Ⅲ、Ⅲ’
99-11-16
pm11:
00
99-11-17
am4:
20
5h20min
145m3
4
Ⅳ、Ⅳ’
99-11-17
am4:
50
99-11-17
am11:
20
6h30min
145m3
6.2、砼实测技术指标
砼强度
砼限制膨胀率
砼凝结时间
砼坍落度
n=18
Mfcu=68.5Mpa
Sfcu=3.5Mpa
Cv=5.1%
fcu,min=58Mpa
fcu,max=72Mpa
7d=0.0035%
14d=0.0026%
28d=0.0018%
初凝:
14h30min
终凝:
15h50min
n=120
msl=21cm
Ssl=1.1cm
Cv=5.0%
slmin=19cm
slmax=24cm
6.3、钢管拱实测技术指标
砼密实度
钢管壁与砼结合程度
拱轴线高程变化
拱轴线横向偏位
拱对称点高程差
4#、5#墩顶位移变化
实测值
良好
密贴
36mm
2mm
25mm
4#:
4mm
5#:
3mm
标准值
良好
密贴
50mm
35mm
50mm
8mm
评定
良好
良好
合符要求
合符要求
合符要求
合符要求
7、结束语
钢管拱砼顶升灌注获得了成功,本人认为:
7.1、砼配合比是钢管拱砼灌注成功与否的关键,这种砼必须具备微膨胀、高流态、自密实、缓凝、坍落度损失小、和易性和可泵性良好的技术性能。
若在砼中掺入出5%~10%的优质粉煤灰,可提高砼的可泵性。
7.2、钢管拱砼顶升灌注,是利用砼的高流态性能,使砼在钢管内滚动向上翻冒,而并不是象活塞推动砼向上升。
因此,在考虑砼对钢管壁承受的侧压力时,应是砼自身对管壁产生的侧向压力。
但若在砼灌注过程中,进入了大团空气,则会在钢管内使空气压缩,顶送砼压力增大,而使钢管壁侧压力增大,可能导致钢管壁破裂。
7.3、本桥钢管拱砼灌注所选砼输送泵,系统压力均大于28Mpa,泵送相对高度30,轴线长80,虽然钢管内有许多加强环,但实际上所用砼输送泵系统压力只有8Mpa,因此,输送泵压力储备还很大。
7.4、钢管拱砼最佳灌注时间,根据钢材与温度引起的体积变化关系,认为,在钢管处于最大膨胀值时(亦即一天温度最高时),刚好灌注完砼是最佳时间,这样,钢管壁与砼结合更为密贴。
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