中铁五局集团路桥工程有限责任公司 广东广州
摘要：钢管拱桥作为桥梁的基本桥型之一，因其造型优美及其优越的力学性能，被越来越多的工程所选择。其施工方法一般为先施工钢管拱后在拱肋中填充混凝土，由于混凝土的填充作用，提高了钢管抵抗局部屈曲的能力。本文以安康城东汉江大桥主桥为例从钢管拱拱肋混凝土填充施工注意要点入手，详细介绍拱肋混凝土施工技术，以期为类似施工提供参考。
关键词：钢管拱，拱肋混凝土，施工要点，控制措施
引言：钢管拱拱肋混凝土填充作为钢管拱桥施工的关键工序，其施工质量决定桥梁的安全及寿命，且该工序为不可逆工序，若出现质量事故或质量缺陷，带来损失不可估量。为满足系杆拱桥梁对钢管拱拱肋混凝土施工的经济性、适用性、安全性、可靠性的要求，对混凝土泵送填充的施工技术和工艺流程进行深入的分析探讨。
安康市城东汉江大桥主桥总体结构为下承式系杆拱桥，桥孔布置为：75+125×2+160+125×2+75米，中间五孔处设四管式双拱肋，净矢高分别为34米、39.67米、44米、39.67米、34米，拱肋断面分为四肢Φ529×12mm和四肢Φ610×13mm两种规格，管内填充C50微膨胀混凝土。
一、施工准备
1、根据施工现场条件、现有的机械设备、劳动力等编制切实可行的施工方案，施工前进行全员技术交底，确保参与拱肋混凝土施工所有作业人员心中有数，施工时有条不紊。
2、钢管拱拱肋混凝土泵送填充所需的各种原材料应准备充足，进场前到厂家抽样检验，进场时须严格检查出场合格证和技术说明书，进场后试验检测部门对原材料进行抽检，检测合格后方可使用。
3、进场的机械必须进行必要的检修及保养确保性能可靠，关键机具须有备用设备。
二、钢管拱混凝土的性能指标及制备
2.1、性能指标
为确保拱肋混凝土的施工质量，应综合考虑施工工艺、混凝土搅拌站生产效能、运输距离等实际情况进行配合比的设计。单跨钢管拱拱肋混凝土泵送填充施工时间不大于8小时，即要求实际施工时自密实混凝土需满足以下性能指标：即混凝士终凝时间不得大于24小时，初凝时间不得小于12小时；初始坍落度控制在220-260mm，扩散度要大于650mm；4小时后坍落度200-240mm，扩散度要大于550mm；8小时后坍落度180-220mm，扩散度大于450mm；混凝土4天、7天、28天抗压强度分别不小于40Mpa、50Mpa和60MPa；混凝土的常压泌水率不大于0.5%；混凝土含气量小于2%；坍落度扩展时间T500不小于5s不大于15s；混凝土最终膨胀率0.0005%左右。
2.2、自密实混凝土制备
混凝土配合比设计既要满足实际施工条件，又应遵循性能指标要求和经济原则，通过试验确定自密实混凝土的配合比（表1）。
表1、自密实混凝土的配合比
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通过（表2，3）可看出，试验配制的自密实混凝土完全满足施工的要求。
表2、自密实混凝土的性能参数
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表3、自密实混凝土的力学性能
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三、施工工艺
为保证钢管拱拱肋混凝土灌注的密实性，同时为防止钢管拱在混凝土灌注过程中失稳，应以拱顶为对称中线在拱肋两端泵送压注钢管拱肋混凝土的施工方法，左右幅两侧拱肋同时浇筑。浇筑时由混凝土输送泵将混凝土自下而上源源不断的泵入钢管拱拱肋内，浇筑过程中不需振捣，直到排气孔排出的混凝土质量合格为止。
3.1、施工计划和施工流程
以全桥混凝土量最大的A拱为例，单管混凝土量约为50方，单端泵送量25方，单管拱肋混凝土灌注计划在50分钟内完成，A拱8根管须在8个小时内完成才能避免施工机械在桥面上震动影响管内的初凝。先下后上、先外后内是钢管拱肋混凝土浇筑施工应遵照基本原则。
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施工顺序图
钢管混凝土灌注施工工艺流程为：拱肋上焊接进浆口及出浆口→车载泵就位→布设输送泵管→泵送高标号砂浆润管→拌制混凝土→混凝土运输就位→两台车载泵同时对称泵送混凝土→出浆口出浆→检查溢出混凝土是否合格→停泵→关闭进浆口闸阀→清洗泵管完成泵送。
3.2、主要机具设备
为确保一跨8根钢管拱拱肋混凝土灌注施工在混凝土初凝之前完成，缩短泵送设备移动、泵管安装时间，泵送设备选用车载泵。泵送设备及其能力要求：泵送速度不小于泵送40方/小时，输送压力低压不小于8MPa，高压不小于16MPa。综合以上各项因素混凝土泵送设备选用三台三一C8型，其中一台作为备用。为保证钢管拱拱肋混凝土的连续浇筑，根据拌和站距离施工现场的远近配备8辆混凝土搅拌车，其中2台备用。根据测算拌和站每小时的实际生产能力能是满足施工需要的。
3.3、进浆口、出浆口及泵管的安装与拆除
钢管拱吊装前应在拱肋上焊接进浆口及出浆口，进浆口采用Φ125mm高压泵管，出浆口采用Φ200mm钢管。进浆口采用直管长1米与拱肋轴线成30°角伸入拱肋15cm左右，出浆口为”7”型以避免出浆污染拱肋。在拆除钢管拱肋上的进出浆口前，要确保钢管拱内混凝土已经达到设计强度，然后采用从拱肋切割下来的钢板焊接封闭所有的施工用孔再进行焊缝检测。
因泵管质量不好或接头密封性不好等问题，混凝土在泵送过程中可能会发生爆裂、泄露和堵塞等现象，为杜绝此类事故的发生采用直径为125mm高压泵管作为输送管道，仔细检查接头和密封圈是否完好无损，泵管内壁是否干净无毛刺。在灌注孔的位置和管道线路上，设置专用支架安装混凝土泵送管路，以保证管道的稳定性，并尽量减少弯头。另外，为防止意外事故发生须制定好紧急情况下的应对方案，在现场配备足够数量的弯头、密封圈和泵送管备用，发生爆裂、泄露和堵塞情况时及时更换。防回流截止阀设置在压浆口的位置，在故障检修或混凝土供应不及时时关闭截止阀防止混凝土回流。在泵送管接好后进行水压试验，检查泵管连接质量是否合格。
3.4、泵送C50微膨胀混凝土
（1）为减少环境温度对混凝土性能的影响，环境温度超过25摄氏度时不宜进行钢管拱混凝土的浇筑施工。钢管拱拱肋采用全跨度从两端钢管拱脚处对称地连续浇筑并在混凝土初凝前全部灌注完成。为避免混凝土泵送过程出现泵送压力太大引发爆管，尽量采用低压泵送，泵送高度过大泵送困难时才允许高压泵送。
（2）为防止堵管在混凝土浇筑过程中应避免或减少停泵的时间和次数。如果混凝土供应不及时应当降低泵送速度防止中断。在泵送混凝土时，应派人观察输送泵料斗内的混凝土量，如果料斗内混凝土量低于其容量的1/3，则应及时补料或降低泵送速度。如果在混凝土压注过程中不慎吸入空气，应立即进行倒泵，将混凝土吸回料斗内，待空气完全排除后再正常泵送。
（3）当混凝土压力管道产生强烈振动，泵压升高，泵送较困难的时候，不可以强行进行泵送，应减慢浇筑速度或倒泵，并对管路进行仔细检查排除故障。
（4）当混凝土输送泵管被堵塞而无法浇筑时，应先关闭防回流截止阀，然后用锤子敲击管道，找出堵塞的管段，待混凝土泵卸压后，拆除堵管的管段，更换堵塞的泵管，并对剩余管道进行全面检查，确保无堵塞再接泵管。重新压送混凝土前，应先打开防回流截止阀，再反转输送泵，排除泵管内空气后在正转泵送。
（5）当有浓混凝土浆从排气孔流出时，应降低泵送的速度，并用木棍在排气孔进行抽插捣固，去除钢管拱内多余的浆液和气体，当排气管内流出的混凝土质量稳定合格后，输送泵稳压，然后关闭防回流截止阀。
（6）泵送施工完成后先关闭止回闸阀再拆管，止回阀采用板阀。
3.5.施工关键控制点
（1）可根据混凝土供应速度调节泵送速度，但泵送过程中千万不能停泵，应使两台运输车卸料口都对准一台泵车，保证在换车过程中不停止供料。
（2）压注混凝土时要求纵向严格对称进行，人员不能上拱检查混凝土灌注高度，故要求两台泵车泵送时排量保持一致，罐车内混凝土方量一致。
（3）压浆管与拱肋相交处的焊缝质量也是决定拱肋混凝土浇筑成败的关键，应安排持证的专业焊工进行施焊，并严格检验焊接质量。混凝土输送泵管的长度越短，泵管的弯头数量越少，输送泵距离压浆口的距离越近，在泵送混凝土时的阻力就越小，可避免或降低暴管、堵管等事故的发生。
（4）在混凝土泵送施工前有必要对混凝土拌和设备、输送泵等进行全面检修和维护，特别是对易损件的检查和更换，现场应该配置足够数量的常用易损件，选择输送泵时应选择性能满足要求且稳定可靠的输送泵。
（5）为确保混凝土搅拌过程中各种配料的计量准确性，应事先校核搅拌站的计量仪器，保证称量准确，外加剂宜拌制成均匀溶液加入拌和，每盘净拌和时间不得少于2分钟。
（6）泵送混凝土拌制时，搅拌站应当配置有专职的试验室人员，根据实际含水率的变化和其他施工条件调整混凝土的施工配合比。
（7）施工现场须安排专人对每一车混凝土的工作性能进行检查，合格后方可使用。在初凝前完成拱肋混凝土的灌注必须得到保障。如果施工过程中出现混凝土离析、坍落度和扩展度不够等情况，为避免浇筑失败同时为保证混凝土浇筑质量，要坚决弃灰，
（8）在拱肋1/4、1/2、3/4处设监测点，监测拱肋在混凝土顶升时的纵向及侧向位移，发生较大变形立即暂停施工，查明原因后方可继续施工。
四、钢管混凝土质量检测方法及补强
待拱肋混凝土强度均达到设计强度后及时进行钢管拱拱肋混凝土施工质量的检查。检查钢管拱拱肋混凝土的质量方法一般有三种：开窗检查；超声波无损检测；锤击敲打，可探明部位。本工程主要采取超声波无损检测法检查，发现有空洞或者不密实的部位，采用钻孔灌浆法灌注等强度的微膨胀性水泥浆对不密实部位进行补强加固，然后进行孔口修补焊接封闭并补漆。
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①击检查 ②锤击检查 ③超声波检查
经检测，全桥拱肋混凝土填充密实度符合设计及规范的要求。
五、结束语
钢管拱肋混凝土的浇筑施工是关键工序，施工前应做好各项前期准备工作，钢管拱肋混凝土的浇筑质量是系杆拱桥梁安全受力的一个关键环节。钢管拱自密实混凝土的成功施工应注意以下几点：（1）施工组织与控制是关键，在实际施工中及时发现问题并解决；（2）混凝土泵送施工方案设计是基础，施工前的准备、作业流程、浇筑顺序、施工中的应急处理措施与施工技术要点等施工细节是保证施工质量的重要环节；（3）钢管拱自密实混凝土配合比设计的重点应主要考虑混凝土的优异工作性及其保持性、在泵送压力下的抗离析性、填充性和补偿收缩性；优选混凝土原材料时，应考虑水泥与外加剂的适应性。
参考文献：
[1]《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CSEC28：90）；
[2]《混凝土泵送施工技术规程》（JGJT10-2011）；
[3]《钢管混凝土拱桥技术规范》（GB 50923-2013）。