鋼管混凝土施工技術管理論文

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摘要

對鋼管混凝土系桿拱橋施工中經常出現的技術問題進行了剖析，并結合工程實踐，汲取經驗教訓，詳細地闡述了科學、實際、有效的防治對策。

關鍵詞

鋼管混凝土系桿拱施工難題對策

1引言

近年來，鋼管混凝土系桿拱橋以其跨度大、結構輕、造型美、省建材等優點，被廣泛應用于公路工程。但該橋型技術復雜，施工難度大，已經暴露和潛在的問題還很多，亟待廣大工程技術人員在實踐中不斷探討和完善，本文將結合工程實踐就有關問題做簡要闡述。

2鋼管混凝土系桿拱橋施工技術難題及對策

2.1支承系統

2.1.1功能

系桿拱橋支承系統宜選用WDJ齒碗扣型多功能支架，該系統具有支架豎向組合微調功能，主要以工具支架和特制微調座組成。

2.1.2地基處理

WDJ齒碗扣型多功能支架必須搭設在經處理的堅實地基上，地基須高出原地面0.5~0.8m，做好防水，避免雨季浸泡。在立桿底部鋪設墊層和安放底座，墊層可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的鋼筋混凝土或厚度≮5cm的木板。

2.1.3預壓

支架使用前須全程預壓，不能以一孔預壓取得的經驗數據推概全橋。靜壓5d(120h)以上及達到沉降穩定狀態2d(48h)以上，沉降穩定標準：24h沉降不超過1mm。

2.2主拱肋拱軸線控制系統

2.2.1以激光照準和精密測標組成定位系統；監測項目為拱肋的線形變化、拱腳位移和拱腳沉降。

2.2.2建立測量控制網

在每節拱肋端頭設置固定的測量控制點，控制點設在拱肋中線位置。施工放樣及檢查都采用全站儀進行，每架設一節段拱肋，對全部控制點都要進行觀測。此外，對拱座的偏位進行觀測。鋼管拱對溫度，特別是日照影響非常敏感。為了減少溫度和日照對線形控制的影響，標高的測量包括合攏時間都安排在凌晨。

2.2.3施工控制

(1)在扣索塔架頂部設有扣、錨索調整裝置千斤頂，通過改變扣索的張力，并采用在拱段之間的內法蘭盤接頭處抄墊鋼板的方法，來實現拱段接頭標高的調整(跨徑較小的拱肋可利用WDJ支撐系統高度及其豎向微調功能實現)。

(2)設置臨時橫撐固定拱肋。每架設一節拱肋，就利用鋼管拱的橫聯鋼管臨時焊接固定上下游拱肋，特別是在合攏段基肋端一定要設置臨時支撐。

(3)在焊接拱肋接頭外包板時，對稱布置的焊縫，采用成雙焊工對稱施焊，這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消；非對稱焊縫，先焊縫少的一側，這樣可使先焊的焊縫變形部分抵消。

(4)為保證鋼管拱在吊裝過程中的橫向穩定性，在每吊裝一節段拱肋時，采用通過對稱設置兩道浪風繩來調整和控制拱段就位中線位置，減少拱肋自由長度，增大橫向穩定。控制浪風繩長度基本相同。

2.3鋼管混凝土配制

2.3.1選材

(1)設計高性能微膨脹混凝土應選擇525R早強型水泥為主體，其用量不宜過大，初凝時間以8~12h為宜。

(2)配制高性能微膨脹混凝土須使用干凈的河砂并嚴格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎值，一般選用細度模數2.6-3.1的中砂為宜。不宜用砂巖類山砂、機制砂、海砂，此類砂對混凝土的膨脹率影響極大。

(3)粗骨料石質對高性能微膨脹混凝土影響很大，主要體現在骨料一砂漿界面粘結強度、骨料彈性模量和骨料強度。在考慮混凝土可泵性的同時，要考慮混凝土的早強性和后期強度。碎石需二次破碎，使其基本無棱角，并減少針片狀顆粒的含量。選用時應嚴格控制含泥量、強度、彈性模量和粒徑≤30mm。

(4)粉煤灰與水泥“二次水化反應”產生的凝膠封堵了混凝土的毛細管路，增強了密實性，提高了耐久性。“二次水化反應”只有Ⅰ級粉煤灰和磨細粉煤灰可以徹底完成：“使混凝土升溫降低15%~35%；應嚴格控制粉煤灰SO3含量，以0.5%~1.5%”為宜；粉煤灰應符合現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規定。

(5)選擇外加劑一定要經過多次試驗。試驗表明，緩凝型減水劑會降低混凝土膨脹率，所以應反復試驗，膨脹率合適才可使用；高效減水劑還應具有緩效凝作用和緩凝劑摻配作用，且是非引氣型、低氣泡減水劑；其質量應符合現行標準《混凝土外加劑》規定。

(6)膨脹劑在有鋼管約束條件下，在結構中建立0.2~0.3MPa預應力，可抵消混凝土在硬化過程中產生的收縮應力，從而提高抗裂能力。選擇時一定要多試驗幾個品種，膨脹劑應對混凝土后期強度及質量無害，與所用水泥適應性好。我國主要使用U型膨脹劑、復合膨脹劑及明礬石膨脹劑。2.3.2設計高性能膨脹混凝土的三個問題

(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土設計方法進行配制強度計算，不必計算后將強度提高一個等級作為配制強度，關鍵在于施工配合比的施工現場驗證。設計時應嚴格控制水灰比，將其確定為定值。

(2)混凝土是采用鋼管中頂升灌注，粗骨料在頂升過程中不能因自身重力而下落，否則會造成頂升壓力過大而失敗。在設計混凝土配合比過程中碎石應稍微呈懸浮狀態，不能下沉。所以該種混凝土的砂率可提高一些。

(3)許多工程實踐認為鋼管混凝土設計為微應力時，限制膨脹率28天內應控制在(2~6)×10-4的范圍內是合理的。

2.4主拱肋鋼管的拼裝

2.4.1鋼管拱肋的制作

(1)鋼管拱主弦管直徑>600mm采用螺旋焊管。

(2)宜選用具有CAD加工設計技術和成功經驗的廠家；單元階段制造好后在工廠進行平面和立面組拼檢查；螺旋焊管彎曲成型在中頻彎管機上進行，采用埋弧自動焊；腹板安裝采用CO2氣體保護焊；單元階段焊接完成后，若與理論線形不符，可用“火工矯正法”矯正。

(3)鋼管拱單元階段制好后運至工地組焊成吊裝段，運至施工現場，最后用跨墩龍門吊機或其它起重設施將吊裝段吊上橋組裝。

(4)為便于調整拱肋預埋段制造、溫度引起的偏差，鋼管制造在工廠時，拱腳預埋段與拱中段之間預留80mm調整量；拱肋合攏鎖定溫度為10~15℃。

2.4.2鋼管拱肋單元構件的防護

預拼成型的安裝節段必須對接口進行地面預接和必要的技術處理，拱肋每一個吊裝階段之間采用內法蘭連接，法蘭間可抄墊鋼板進行微調；單元制造階段之間采用臨時外法蘭連接。

2.4.3鋼管拱肋的懸拼

(1)拱肋吊裝采用懸拼和扣掛施工。拱肋作完后，首先在制作場地進行預拼，合格后方可吊裝。

(2)拱肋吊裝前應安裝好拱腳臨時鉸，懸拼過程中允許拱肋繞鉸轉動。每吊裝一個階段除安裝好橫撐及臨時橫撐外還要設置橫向浪風索。以利調整拱軸線和保證橫向穩定。

(3)兩階段接頭端面先用螺栓對接，安裝合攏段前應預先通過扣索調整拱肋橫向位置，然后再安裝拱頂合攏段。

(4)兩條拱肋全部合攏后，再全面校核一次拱軸線坐標，并調整至誤差容許范圍內。再對焊主拱鋼管、燒掉螺栓，用加勁鋼板補焊拱肋鋼管接頭，以保證受力連續。

(5)用鋼管焊接封死拱腳臨時鉸，澆注拱座預留槽口C50混凝土，形成無鉸鋼管桁架拱，待拱腳混凝土達到強度后拆除扣索；

(6)泵送壓注填充管內C50微膨脹混凝土。

2.4.4跨徑較小的橋梁可用WDJ支撐系統配合吊車、攬繩完成拱肋組拼。

2.5波紋管堵塞

系桿拱橋橫梁、系梁多為群錨后張預應力混凝土，于是防治波紋管堵塞，避免鋼鉸線局部拉伸率、應力超標是施工中不容忽視的大問題。對此我們的預防措施是：

(1)波紋管固定后，將半硬性塑料管穿入波紋管內，其外徑小于波紋管內徑8~10mm，長度大于波紋管長4~6m；

(2)指派專人，在澆筑混凝土過程中不停抽動塑料管至混凝土澆筑完畢；

(3)抽出塑料管，清除其表面灰漿，擦凈備用。抽動半硬性塑料管法，可從根本上解決波紋管堵塞問題。

2.6支座墊石鋼板懸空

預埋支座墊石鋼板下混凝土懸空，既影響下部結構受力，又危害上部結構荷載均勻傳遞和受力平衡，也就是說，出現這種現象是很危險的，其主要原因是混凝土在澆筑流動過程中，預埋鋼板下的氣體無法排除，形成了空洞，為避免該現象的發生，可在鋼板中心用電鉆打一個直徑5mm的“排氣孔”，澆筑預埋鋼板處混凝土時，濃水泥漿由“排氣孔”冒出即可。

2.7拱腳混凝土空洞

2.7.1拱腳混凝土振搗

拱肋與系桿節點——拱腳之鋼筋構造縱橫交錯、交叉重疊，混凝土澆筑困難，振搗棒無法正常工作，混凝土密實成了問題。一般采用剛度較大的鋼模，澆筑混凝土時，先用一巨型扁鏟(其寬度≥振搗棒直徑)在振搗棒插入處，臨時將鋼筋間距撥寬，至振搗棒順利插入、正常振搗為止，可確保混凝土振搗密實；待振搗棒拔出后，開啟固定于模板兩側的附著式振動器，一方面有助于被撥動的鋼筋恢復原來位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于混凝土密實、均勻。

2.7.2拱腳混凝土預防裂縫

為預防拱腳混凝土裂縫，可選用鋼纖維混凝土，鋼纖維用量一般為60kg/m3。

2.8空腹式端橫梁澆筑工藝

端橫梁為封閉式變斷面空心梁，其施工有兩種方法：一種方法是采用木模或其它一次性芯模，不考慮翻番周轉，此類模板只側重考慮其強度，滿足混凝土幾何尺寸需要即可；另一種方法是采用鋼模或其它可周轉性芯模，澆筑混凝土時在梁頂預留“天窗”，待拆除芯模后再二次澆筑混凝土，將天窗堵死，但應注意兩期混凝土的結合牢固問題。

2.9鋼管混凝土“緊箍效應”落空

由于施工工藝和混凝土收縮，混凝土總是無法完全充滿鋼管，使得“緊箍效應”無法實現，混凝土達不到三軸壓縮的理想效果。防治該問題的一般方法有兩種：

(1)預防。微膨脹混凝土隨著齡期增長，混凝土的收縮仍然不可避免，為防止這類問題發生，在混凝土配合比設計時，在添加UEF微膨脹劑的同時增添“聚丙烯腈纖維”。

(2)處置。待混凝土大于28d齡期后，用小錘對拱肋進行全面敲擊檢查，發現空隙，則確定準確位置，鉆孔并壓注環氧樹脂水泥漿進行補救。

2.10其它問題

近年來，系桿拱橋普遍出現系梁混凝土于吊桿處裂縫、吊桿護套提前開裂、下端預埋管進水、錨頭及鋼絲提前腐蝕和拱肋鋼管腐蝕等嚴重問題，危及橋梁的安全。

2.10.1防腐

(1)拱肋防腐可用經濟、實用，便于現場施工和后期維護的方案——有機環氧富鋅涂料，分為3層，底層富鋅涂料、中層環氧云鐵、面層聚胺酯噴涂。涂裝時環境溫度宜控制在5℃~35℃之間。

(2)防腐鋼絞線應用較多的有鍍鋅鋼絞線和環氧噴涂鋼絞線，前者，經鍍鋅處理后，機械性能均有所下降，且一旦被刮傷則傷處的陰極反應會使腐蝕速度加快；后者，機械性能與原鋼絞線基本上沒有差別，而且在生產過程中進行了充分的表面處理和再次穩定處理，其抗拉強度和延伸率較普通鋼絞線稍有提高。故此應盡量用環氧噴涂鋼絞線。

2.10.2吊桿處系梁縱向鋼筋的處理

系梁鋼筋是通長的，而結構設計需要吊桿穿過系梁，如此以來，系梁縱向通長鋼筋就必然被截成數段，勢必影響結構受力，為解決這一矛盾，可采用于吊桿處設置“方形環筋”，系梁縱向鋼筋截斷后分別與其焊接，吊桿在其方形環筋中穿過。這樣，即可以保證系梁縱向通長鋼筋的連續，又可以保證吊桿與系梁聯結位置準確。

2.10.3橫撐與拱肋節點處應力集中的預防

為避免鋼管橫撐與主拱肋結合部，在使用環境中開焊，影響橋梁整體性能，一般采用在其結合部增設4個加強聯結鋼板，按90o間隔均勻布設，焊接牢固。

3結語

鋼管混凝土系桿拱橋施工中需要研究的問題還很多，這就需要我們廣大工程技術人員積極探索，不斷完善，使這一先進技術在公路交通設施建設領域發揮更大作用。