钢管混凝土拱桥填充混凝土浅析

 钢管混凝土拱桥结构新颖、美观，它的出现使传统拱式桥梁又焕发了生命力。但其存在一个致命问题是钢管内填充混凝土不密实，而填充混凝土密实程度对拱的承载力影响极大，严重影响了桥梁的使用寿命。本文结合工程实例，详细分析如何改善钢管混凝土拱桥的填充混凝土。
1 工程概况
潘家河特大桥跨越褒河水库一级支流潘家河，为一孔150米中承式钢管砼拱桥。该桥由两片拱肋组成，拱肋间距8.8米。每片拱肋由四根？准600mm×10mm的卷制钢管组成，拱肋截面高2.7米，宽1.4米，钢管内填筑C40砼。
2 混凝土配合比设计
2.1 要求 潘家河大桥钢管内使用输送泵填充C40混凝土，泵送垂直高度34m。因钢管密封不透水性，要求混凝土具有：和易性好、流动度大、不泌水不离析，有微膨胀性，能减少混凝土的收缩。
2.2 设计原理分析 钢管混凝土必须具有良好的可泵性，也就是要求塌落度大、和易性好，不泌水、不离析。一般采用增大用水量来提高混凝土塌落度。但用水量大，混凝土强度难保证，易离析，和易性不好。更重要的是用水量过大，混凝土收缩变形大。用水量增加，相应的水泥用量增加，混凝土水化热大，对钢管混凝土极不利。高强度混凝土要求水灰比小（设计文件规定不大于0.45），用水量低，尽可能降低水泥用量。要达到这一目的，我们必须使用高效减水剂及其它外加剂，来改善水泥与骨料间的粘结力，减小水灰比，降低水泥用量，以配置高强度混凝土。钢管内填充混凝土密实程度对拱的承载力影响极大。普通混凝土硬化过程中水化与温缩，凝结后要产生0.04%-0.06%的干缩与开裂。钢管中填充混凝土不易填满，为解决问题，采取掺入一定量的膨胀剂，以补充钢管混凝土的干缩、温缩、降低水化热。钢管混凝土中加入一定量的粉煤灰，可以显著的改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性及其它技术性能。因粉煤灰中大小不等的光滑致密明球状玻璃体赋予粉煤灰以球形效应、微集料效应，提高了混凝土的和易性、可泵性，密实度和混凝土的强度。
3 混凝土配合比试验
试验原则：符合规范要求，满足设计文件的水灰比，尽量减少水泥量，保证一定的膨胀率，并满足泵送的性能。
配合比设计时，混凝土强度容易保证，主要应考虑膨胀和缓凝两个控制因素。经过十多次试验观测，经反复对比试验和分析，最终确定C40泵送混凝土配合比为：
4 拱肋压注实施方案
潘桥南北岸陡峻，不便布设输送泵，根据地形情况，主拱肋砼的浇注按照先用多点对称的方法浇注缀板仓内的砼；钢管内砼桥台以下用输送泵灌注，附着式震动器震捣密实，桥台以上部分对称采用泵送顶升法施工；拱肋实腹段砼，桥台以下用输送泵灌注，插入式震捣器震捣密实。
5 砼灌注施工
5.1 拱肋缀板砼灌注 采用多点对称的加载方法灌注下、上缀板内C40微膨胀缓凝砼，用插入式震捣器进行捣固密实。捣固密实后封焊灌注孔。砼提升用缆索吊提升吊斗灌注。
5.2 钢管内C40砼灌注
5.2.1 拱肋砼灌注顺序 每次一条钢管，先下弦内侧管，再下弦外侧管，后上弦内侧管，再上弦外侧管。
5.2.2 每根钢管砼的浇注施工
①灌注准备工作。1）入口设法兰接头和栅栏阀，栅栏阀用十字交叉5×？准18mm×200mm螺栓堵住闸阀孔；每条钢管上2.5m钻一？准7mm的排气孔，管顶焊？准133，长100cm的排气管。2）检查输送泵管子连接是否牢固，防止输送砼时输送管弹起。
②砼灌注。砼灌注前先泵入两盘40号水泥砂浆，润滑管道，然后压入C40号微膨胀缓凝砼，从两岸对称灌注砼，在灌注过程中通过压入砼盘数来控制两边压注速度，高差控制在1.5米左右，以达到两边相同高度排气孔几乎同时出浆，最后到顶部排气孔同时排出砼，用插入震动器插入排气管中震动，密实后，打入木塞，防止砼倒流，拧紧法兰螺栓，拆除输送泵管，接下一个灌注管。灌注时对拱轴线变形进行观测，用仰索和扣索进行调整。
1号、2号钢管内砼强度达到70%后，其它管则按3号、4号、5号、6号、7号、8号顺序每天压注一根。
③钢管砼压注工序。准备工作→搅拌润滑浆→泵送润滑浆→搅拌砼→泵送压注钢管内砼→从拱顶排气孔震捣砼→闭塞拱顶排气孔→关闭压注口处阀门→拆卸砼输送管→进行下一根钢管压注施工。钢管砼压注前，螺栓先用生胶带缠绕，再拧紧栅栏阀螺栓，防止栅栏阀漏气，导致压力损失。连接法兰与输送泵管相同，用泵卡上紧。由于地形限制，布管较为困难，压注头布设在拱脚以上12米处，与钢管成30°倾角，压注头以下管段用泵输送，附着式震动器震动密实，震动器1.5米布设一个，以确保泵送涡流区砼密实度，压注头以上管段两端对称采用泵送顶升法施工。
5.3 拱脚实腹段灌注 拱脚实腹段输送接口同主管接口，两拱脚对称地进行灌注，接口以下用泵送砼灌注，插入式震动棒捣固，砼面距接口以下50cm时，焊封实腹段上端口，上部留排气管，再用泵进行顶压，待排气管向外排出砼时即停止泵送，拧入栅栏阀螺栓并打紧交叉螺杆堵住砼。管外砼用水清洗，然后将输送管移向下拱脚实腹段。
6 技术要求
①确保砼的水灰比0.38和砼的坍落度20.5cm。②输送管道应尽量平缓，避免较陡坡度的输送，管道接头必须连接紧密，弯管位置必须定位固定。③泵送砼前，先泵送两盘水泥砂浆润滑管道，第一、二盘砼应连续泵送。④泵送砼暂停时，为防止砼假凝引起堵管，每隔2～3分钟应抽动一下泵的活塞，但砼不能低于活塞口，以防空气进入输送管。⑤排气孔内排完砂浆和部分砼后，方可停止泵送，并封住顶部排气孔。⑥泵送停止后应及时拧入栅栏阀交叉螺杆并拧紧，防止砼倒压流出。
7 注意事项
①当砼注满后，？准7mm排气孔排出水泥浆及顶部？准133排气孔排出砼留在钢管外表，应及时用高杨程水泵冲洗干净。否则，砼凝固后，为下一道工序的施工造成巨大的清理工作量。②浇注完后，要及时对所有管内砼的密实度情况进行全面检查，若发现有局部不密实之处，要立即确定补救方案，进行压浆处理，确保所有8条主管内及实腹段和缀板仓内砼完全密实。③砼拌合质量要求很高，每盘所有料均要严格计量，误差量不得大于±1%，拌合时间比一般砼延长30秒，并不少于3分钟，只有保证拌和质量才能保证浇注过程的正常及砼本身质量，从而确保钢管拱砼的浇注质量。
8 结束语
潘家河钢管混凝土拱桥采用本方法施工后，经检测混凝土密实，符合施工规范及设计要求，弥补了普通方法浇注混凝土不密实的缺点，更有效地保证了混凝土构件的安全性及耐久性，确保了工程质量，得到了建设、监理单位的一致好评，可作为同类工程的参考。