２０１２年６月 巾国强湾建设 Ｃｈｉｎａ Ｈａｒｂｏｕｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕｎ．，２０１２ Ｔｏｔａｌ １８０，Ｎｏ．３ 第３期总第１８０期 钢管混凝土拱桥管内混凝土的施工 刘军其，王也枫，高平原 （中交一航局第一工程有限公司，天津３００４５６） 摘要：钢管混凝土拱桥近２０ ａ在我国应用广泛，但对管内混凝土的研究还远远不足。针对营口仙人岛标志性景 观工程钢管拱桥桥型特点和混凝土性能的要求进行系统研究，配制了低坍落度损失、自密实、补偿收缩高性能混凝 土，并采用４个进灰口同时倒灌顶升泵送的新施工方法，实施效果良好。 关键词：钢管混凝土拱桥；管内混凝土；配合比；施工 中图分类号：ＴＵ５２８．５９ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—３６８８（２０１ ２）０３—００７０—０３ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｑｉ，ＷＡＮＧ Ｙｅ－ｆｅｎｇ，ＧＡＯ Ｐｉｎｇ－ｙｕａｎ （Ｎｏ．１ Ｅｎｇ．Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆＣＣＣＣ Ｆｉｒｓｔ Ｈａｒｂｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｔｗｏ ｄｅｃａｄｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｂｏｕｔ ｉｔ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｎｏｔ ｅｎｏｕｇｈ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｎｄｍａｒｋ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｔ Ｘｉａｎｒｅｎ ｉｓｌａｎｄ ｉｎ ＹｉｎｇｋＯＨ Ｐｏｒｔ，ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｆ ｓｅｒｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ，ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｓｌｕｍｐ ｌｏｓｓ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｌｉｆｔ－ｕｐ ｐｕｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒｏｍ ｆｏｕｒ ｉｎｌｅｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆ＂ｌｆｉｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｂｅ；ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 钢管混凝土拱桥受力合理，造型优美，架设方便，适 应性广，近２０ ａ在我国应用广泛，但对管内混凝土施工技 面系由系杆、纵梁、横梁及联接系组成。吊索为柔性，采 用带有双层ＰＥ护套的镀锌高强钢丝，顶端配备可张拉冷 铸锚具，底端为吊铰，上下还可以有些微紧缩功能。行车 道部分为钢筋混凝土桥面，管线带铺设钢格板。 术的研究还远远不足。本文结合工程建设实例对钢管混凝 土拱桥管内混凝土的施工进行探讨。 １工程概况 栈桥总体布置效果如图１所示。 营口仙人岛标志性景观工程为拟建原油码头的接岸栈 桥。该工程为重力墩台式沉箱结构，栈桥墩台之间由双幅 １０８ ｍ跨度钢管混凝土拱桥连接，共计１６榀，全长９６０ ｍ。单幅桥面宽ｌ４．５４ ｍ，高１８．１６７ ｍ，采用下承式钢管混 凝土系杆拱桥结构。单片拱肋采用双肢式断面，由弦管和 腹杆焊接而成。拱肋弦管外径９００ ｍｍ，上弦管弧长 ｌ１４．４４ ｍ，距桥面１８．１６７ ｍ，下弦管弧长１０５．９１８ ｍ，距桥 面高１６．１６７ ｍ，上、下弦管轴线间距２．０ ｍ，单榀拱桥４ 根弦管内灌注混凝土２５６ ｍ３。单片拱肋间设置横撑及Ｋ撑 以增大横向刚度，横撑及Ｋ撑由主杆和腹杆焊接而成。桥 收稿日期：２０１２—０３—０７ 图１栈桥总体布置效果 ２混凝土配合比设计 作者简介：刘军其（１９８０一海工程专业。 ）．男，天津市人，工程师，港口航道及近 ２．１混凝土技术要求 钢管混凝土拱桥管内混凝土设计强度等级为Ｃ６０，弹 ２０１２年第３期 刘军其，等：钢管混凝土拱桥管内混凝土的施工 ・７１・ 性模量≥３．８×１０４ ＭＰａ，早期强度＞８５％设计强度。 管内混凝土工作性能要求： １）坍落度１８０—２２０ｍｍ，扩散度４２０—６２０ｍｍ； ２）坍落度２ｈ损失量≤３０ｍｒｎ； ３）混凝土初凝时间≥８ ｈ； ４）混凝土在水中２８ ｄ膨胀率达到（２～６）×１０ ； ５）混凝土拌合物含气量≤２％； ６）混凝土相对压力泌水率≤３５％。 ２．２原材料选择 选择优质原材料进行管内混凝土配合比设计【１］，通过 考察辽宁地区各种原材料，并经试验，选用大连水泥厂 ５２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，营口展鹏Ｉ级硅粉，细度模量＞ ２．３的归州河砂，最大粒径＜２５ ｉｎｎｌ，归州石场碎石，沈阳 万砼ｗＴ（固）膨胀剂，天津豹鸣ＵＢＭ一１（固）高效减水 剂进行配合比设计。各种原材料均符合“水运工程混凝土 质量控制标准”的要求。 ２．３配合比试配 根据原材料试验数据及以往混凝土配合比经验进行了 一系列实验室试拌及试块制作，最终选定混凝土配合比如 表１所示。 表１混凝土配合比 配合比 水泥：沙：石 水灰比 Ｏ－３２ 坍落度 １８Ｏ～＝１：１．４０：２．Ｏ１ ２２０ｍｍ １ ｍ 混凝土用料量，Ｉ【ｇ 强度 等级 水泥 砂 碎石 水 外加剂 掺合料 ５～２５ Ｉｎｔｏ ＵＢＭ一１（固） ＷＴ（固） 硅灰 Ｃ６０ ４４８ ７２５ １ Ｏ４３ １６６ ７．９９ ４２ ２９ ３管内混凝土施工 采用现场附近搅拌站供混凝土，从岸边向海侧推进。 每榀钢管混凝土拱桥管内混凝土按照先下弦管后上弦管的 顺序灌注，灌注时利用混凝土输送泵将混凝土从钢管拱桥 南北两端的拱脚压入，保持同步倒灌顶升泵送，直到拱桥 顶的出气管口冒出混凝土为止。 管内混凝土 施工流程为： 施工准备一开设灌注孔与出气孔一布设输灰管道和输 送泵一灌注管内混凝土一清洗设备及封堵灌注孔、出气 孔。 ３．１施工准备 备足混凝土原材料并进行检验，选择３台泵送能力５０ ｍ３／ｈ，出口压力为１６ ＭＰａ的ＨＢＴ一８０高压固定式混凝土输 送泵，设置１座搅拌能力为９０ ｍ３／ｈ拌合站；配备４台６ ｍ，混凝土罐车。 ３．２开设灌注孔、出气孔 在每根弦管两端拱脚距桥面１．２ ｍ处（根据高压固定 式混凝土输送泵高度设定）各开设一个直径１２５ ｍｍ灌注 孔，灌注孔与弦管轴线夹角小于３０ｏ，以减小泵送阻力， 减小对拱管的冲击。在每根弦管顶部开设一个直径为１００ ｍｍ的出气孔。 ３．３布局输灰管道和输送泵 由于只能单侧供灰，所以在陆侧布置２台输送泵，其 中１台通过输灰管道，与弦管灌注孔连接，另１台通过输 灰管道与海侧的第３台输送泵速接，同样第３台输送泵也 用输灰管道与弦管灌注孔相连。 输灰管道采用直径１２５ ｍｍ的高压管，其上设置防回 流截止阀，管道沿线路设置一定数量的支架，管道尽量少 用弯头。 输灰管道与输送泵布置如图２所示。 上（ 图２输灰管道与输送泵布置 ３．４灌注管内混凝土 ３．４．１输灰管道水密试验 关闭输灰管道上防回流截止阀，在输送泵料斗内装清 水泵送，检查输送泵运转是否正常，输灰管道是否渗漏。 ３．４．２泵送砂浆 在灌注混凝土前先泵送砂浆湿润输灰管道，减少混凝 土泵送阻力，注意砂浆不得进入弦管内。 ３．４．３灌注混凝土 管内混凝土采取从弦管南北两端拱脚处倒灌顶升泵送 方法连续灌注，并在混凝土初凝前完成。 管内混凝土施工注意事项为： １）原材料必须与配合比设计相一致，所有原材料进 场后要进行检验，合格后方可使用。 ２）原材料按施工配合比准确计量，严格控制搅拌时 间，确保搅拌均匀。 ３）灌注混凝土开始时输送泵应处于低速运行状态， 并观察泵的压力和各部件工作情况，待泵送工作正常后， 方可提高泵送速度。泵送混凝土应连续进行，尽量避免停 泵。当混凝土供应不足时，宜降低泵送速度。当泵压升 高，管道振动时，应及时对管路进行检查，并放慢泵送速 度或使泵反转，以防堵塞。泵送混凝土时，泵的料斗应装 满混凝土，当吸人空气，应立即反转泵将混凝土抽回料斗 内，待去除空气后改为正转泵送。当泵管被堵塞时，可用 木棰敲击管路，关闭截止阀，停泵卸压后拆卸阻塞管的管 段，取出阻塞的混凝土杂物后接管，打开截止阀再行泵 送。 ４）严格遵循管内混凝土两边上升对称的施工要求， ・７２・ 中国港湾建设 ５结语 ２０１２年第３期 防止一边上升过快引起弦管纵向振动，可通过混凝土泵送 量及敲击检查的结果等来判断两侧管内混凝土高差，按不 超过１ ｍ控制。 １）钢管混凝土拱桥内混凝土配合比设计除对原材料 选择，拌合物坍落度损失量，初凝时间，微膨胀性等常规 性技术要求外，还对影响管内混凝土硬化体与管壁间黏结 当出气孔有混凝土排出时，应放慢泵送速度，每泵一 下停一下直到纯净混凝土溢出为止（出气口流出的混凝土 浓度与泵送混凝土浓度相同），然后稳压，关闭截止阀。 ３．５清洗设备及封堵灌注孔、出气孔 性能的拌合物含气量、相对压力泌水率进行了控制，实施 效果良好，提高了工程质量。 ２）每榀拱桥灌注管内混凝土时，按照先两根下弦管 清洗拆除输送泵和输灰管道，待管内混凝土强度达到 ８０％设计强度后可割除弦管上的灌注孔管和出气孔管，并 用原切割孔的钢板封堵焊接，以防雨水侵入和碳化反应。 ４施工效果 后两根上弦管的灌注顺序，４个进灰口同时连续倒灌顶升 泵送，均在６ ｈ以内完成，提高了施工速度，也达到了对 称均衡加载的效果。 ３）实践表明本工程上、下弦管内混凝土的施工工艺 是成功的，可供参考。但混凝土拌合物含气量，相对压力 泌水率的合理取值范围还有待于进一步试验研究。 参考文献： ［１］ＪＴＳ ２０２—２Ｏ１ １，水运工程混凝土施工规范［Ｓ】． １）管内混凝土强度达到设计强度后，天津港湾工程 质量检测中心有限公司采用超声波无损检测，１６榀拱桥声 速均在３ ５９４～４ １８２ ｍ／ｓ之间，变异系数均小于３．０％，混 凝土均匀性良好，没有发现钢管混凝土拱桥中钢管壁与钢 管内混凝土之间存在“脱黏”的现象日。 【２１陈宝春．钢管混凝土拱桥（２版）［Ｍ］．北京：北京人民交通出版 社，２００７． ２）钢管混凝土拱桥桥面钢筋混凝土施工完毕达到设 计强度后，西安长大公路工程检测中心对整桥进行荷载试 ［３】李锋，丁庆军，陈宝春，等．钢管混凝土拱桥内混凝土品质检验 综述阴．混凝土，２０１１（９）：１１８—１２０． 验，其承载能力和工作性能均满足设计要求 。 ｅ ｅ 蜀 石 石 蛉ｅ石 分ｅ 石 分 ｅ 石 ｅ ： ｅ 、 －ｌ（上接第ｌ５页） 表５配比设计结果 项目 密度／（ｇ・ｅｒｎ－３） 孔隙率／％ ３～５ 下限 ６．０ ５．６ 饱和度／％ 稳定度／ｋＮ 流值／ｍｍ ６５－７５ ５３ 沥青含量计算结果 ＯＡＣ１＝（Ａ １＋Ａ２“３＋Ａ４），４＝５．８ 技术要求 ＞６ ５．０ ２０～４０ ５．Ｏ ＯＡＣ２＝（ＯＡＣｍｉｎ＋ＯＡＣｍａｘ）／２：５．７ ＯＡＣ＝（ＯＡＣ１＋ＯＡＣ２）／２＝５．８ 沥青含量／％ 上限 Ａ值 ６．０ Ａ１＝６．０ ７．Ｏ Ａ２＝５．８ ５．８ Ａ３＝５．６ ７．０ Ａ４＝６．０ ７．Ｏ ＯＡＣｍｉｎ＝５．６ ＯＡＣｍａｘ＝５．８ ＯＡＣ＝５．８ 表６ ＡＣ１４配合比 组分 热 号 ４ ３ ２ １ 矿粉 沥青 合计 粒径／ｍｍ １５￣２５ ５～１５ ３－５ ０￣３ 含量 配ＬＬ／％ １９．８ １６．０ ２４．５ ３Ｏ．１ ３．８ ５．８ １ｏｏ 或放宽要求； ３）对于拌制的沥青混合料的水稳定性能，应根据实 际情况确定，必要时可采用适量的水泥或石灰取代矿粉等 措施得到有效改善； 每拌用量／ｋｇ ４９５ ４ｏ０ ６１２．５ ７５２．５ ９５ ｌ４５ ２ ５００ ４）对于吸水率变异性导致最佳油石比变化问题，可 采取添加木质纤维素等措施来控制； ５）在施工过程中，应加强对集料的采集、加工、堆放 等的管理，以保证材料的均匀性；确保集料的充分干燥和 加热；加强检测频率，掌握和控制混合料质量的变化规律。 参考文献： ［１］ＪＴＧ Ｆ４０￣２００４，公路沥青路面施工技术规范［ｓ】． ［２】 ＢＳ ＥＮ １ ３０４３：２００２，Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｆｏｒ Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｒｆ Ｒｏａｄｓ，Ａｉｒｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｔｒａｆｆｉｃｋｅｄ Ａｒｅａｓ 比未掺水泥时有明显提高，也满足了规范要求。 ２．３施工注意事项 由于集料吸水率的变异性，且没有采取其它技术措 施，将导致沥青混合料最佳用油量的波动，施工中针这一 特性进行有效控制。首先，母岩的开采应该按纵断面全断 面开取，以保证材质的均匀性；其次，破碎后的集料应按 规格分别逐级归堆，而不得随意堆放；施工中应加强对集 料和沥青混合料的检测，及时掌握实际情况，根据实际情 况进行必要的调整。 ３结语 ［ｓ】． 【３］Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏａｄｓ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｒｆ Ｒｏａｄ Ｗｏｒｋ［Ｍ］． Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏａｄｓ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ．２Ｏ０７． １）对于除吸水率外其它指标都满足规范要求的集料， 不能只因吸水率不合格而判定为不能使用； 【４］欧阳男．英安岩吸水率对沥青混合料最佳油石比影响的研究 ［Ｄ 长沙：长沙大学，２００７． ２）对于吸水率大的集料可以采用坚固性指标判定其 耐久性能，即当坚固性检验合格时，吸水率可以不做要求 ［５］杨瑞华，李宇峙，黄云涌．集料吸水率对沥青混合料最佳油石比 的影响『Ｊ］．长沙交通学院学报，２００６，２２（４）：５２—５３．