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自密实钢管混凝土施工技术研究与应用

2019-02-13   来源:   点击数:16次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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  钢管混凝土是指在钢管中充填混凝土而形成的结构,具有良好的力学性能,施工简捷。目前,钢管混凝土浇筑方式有三种:一是多点开孔倒喂灌入+振捣密实法;二是高位抛落法;三是泵送顶升法[1]。三种施工方法中,使用最多的为后两种。但高位抛落法由于下抛高度不同,导致产生气泡多且排气不均匀,特别是钢管内有隔板时易形成脱管等隐患,且抛落高度不能过大,因此越来越多的工程采用泵送顶升法。泵送顶升法是利用混凝土输送泵的泵送压力将混凝土由钢管底部灌入,从下向上顶升,在钢管一定部位开排气孔,混凝土至排气孔后逐次封闭排气孔,直至混凝土注满整根钢管为止。
  
  依托南水北调某重点大桥施工工程,对钢管混凝土的技术控制要点、配制技术、灌注施工工法、养护技术、检测技术进行系统分析研究,以促进国内钢管混凝土应用技术的发展,推进钢管混凝土工程技术的提高。
  
  1 工程简介
  
  南水北调庞村大桥,位于郑州市南出口暨郑州至新郑快速通道K6+035.7里程处,桥梁跨径布置为:25m+164.4m+25m,桥梁全长为220.4m。全桥位于10000m竖曲线中,主桥采用下承桁架式钢管混凝土无推力系杆拱桥,整体结构体系为内部高次超静定,外部静定结构;引桥上部采用25m跨装配式预应力混凝土小箱梁。桥梁平面线形为直线,与南水北调主干渠50o斜交。
  
  主拱拱肋钢管混凝土桁式结构,拱轴采用悬链线,计算跨径L=160m,计算矢高f=32m,矢跨比f/L=1/5,拱轴系数m=1.3。主拱拱肋为4肢钢管桁架式断面,每一拱肋为两片由腹杆钢管与上、下弦杆钢管焊接形成的桁架片横向连接形成。桁架横向连接采用缀板与横隔板结合方式将两片桁架片连接为一整体,组成一条拱肋。拱肋钢管桁架为等截面布置,拱肋高3.8m,拱肋宽2.1m。标准段拱肋上、下弦杆钢管均采用φ900×16㎜的直缝焊接管,在拱脚至桥面以上约13m范围内拱肋弦管采用φ900×20㎜钢管;腹杆采用φ351×12㎜无缝钢管;桁架中钢管及横向连接钢板均采用Q345C钢焊接连接。
  
  2关键技术控制要点
  
  该工程钢管直径达到900mm,基本属于大体积混凝土,且该工程施工时间处于夏季,混凝土浇筑采用顶升法,因此需重点解决混凝土施工过程中以下几个关键问题。
  
  (1)混凝土状态的控制
  
  混凝土采用顶升法技术施工,因此应依据自密实混凝土进行控制。自密实混凝土是指具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性,且浇筑时依靠其自重流动,无需振捣而达到密实的混凝土。它要求混凝土坍落度和扩展度要达到一定的要求,混凝土粘度较小,和易性较好,不存在离析泌水现象。对混凝土拌合物状态要求如表1。
  
  (2)混凝土低收缩或微膨胀性能控制
  
  由于混凝土属于自收缩性材料,混凝土坍落度越大,自收缩越大。钢管中的自密实混凝土由于收缩会产生空鼓及脱壁现象,对钢管混凝土的使用性能产生不利影响,因此在混凝土中适当掺加膨胀剂,减少自密实混凝土的收缩。
  
  (3)混凝土水化热的控制
  
  要配制工作性能良好的自密实混凝土,混凝土中的胶凝材料用量需要达到足够的用量。但该自密实钢管混凝土体积较大,比较容易产生较大的水化热,而水化热过大会导致混凝土产生温差裂缝,从而形成质量缺陷,因此该工程自密实混凝土水化热的控制非常重要。
  
  (4)混凝土浇筑的连贯性控制
  
  由于自密实钢管混凝土特殊的性能及施工工艺,以及施工所处的地点和时间段,在混凝土浇筑过程中保证运输及浇筑的连贯性是钢管混凝土质量控制的重点。
  
  3 自密实钢管混凝土的配制技术研究
  
  3.1原材料选择
  
  (1)水泥:郑州天瑞水泥有限公司P·O52.5水泥。
  
  3.2自密实钢管混凝土的配制方法及性能
  
  中国无缝管网调查队获悉:综合前期试验成果及工程实践总结,自密实钢管混凝土配制技术路线为[3-6]:优选矿物掺合料→确定掺合料最佳掺量→胶凝材料与外加剂适应性试验→确定掺合料和膨胀剂的比例→调整混凝土和易性→满足技术指标混凝土的试件成型→根据工作性能、力学性能及耐久性能和膨胀性能确定最优配合比→模拟泵送顶升过程进行性能测试→确定最终施工配比。
  
  4.2混凝土生产与运输
  
  现场混凝土搅拌站对混凝土进行集中生产,使用混凝土搅拌罐车将混凝土运输至施工现场,混凝土在运输过程中必须持续低速旋转。每盘混凝土的搅拌时间不少于90s,并逐车检测混凝土的坍落度和扩展度,对不符合钢管混凝土工作性能要求的混凝土严禁出厂。
  
  4.3灌注孔以下钢管拱肋混凝土的灌注
  
  使用汽车泵从每根钢管拱的灌注孔灌入混凝土,从拱脚下浇筑至设计位置,每次浇筑高度不超过30cm,在浇筑完成后立即清理灌注孔。钢管混凝土灌注孔布置立面。
  
  4.4混凝土顶升灌注施工
  
  混凝土顶升灌注技术如下[7-9]:
  
  (1)清洗钢管拱肋壁
  
  在钢管拱根部拱脚下方设置φ100mm的临时排渣孔,用混凝土泵从两侧向拱内压筑清水,水至拱顶由出浆孔流出后,打开拱脚处的排渣闸阀,让管内水及渣物流出,沉积在管底的杂物用勺子由排渣口清出,然后焊接排渣孔。
  
  (2)灌注水泥砂浆
  
  泵送混凝土前首先泵送1m3与混凝土同配比的砂浆,以免粗骨料反弹以及接头处混凝土质量差,同时砂浆还可在泵送过程中起到润滑管壁的作用。混凝土灌筑完成时,砂浆将全部由出浆孔排出。
  
  (3)拱肋混凝土顶升灌注施工
  
  拱肋混凝土顶升施工应安排在早晚进行,以避免高温施工对混凝土后期性能造成不利影响。
  
  开始泵送时泵车应处于低速泵送状态,此时应注意观察泵机的工作压力和各部件的工作情况,待泵送顺利后恢复正常速度连续灌注混凝土,并保持慢速、均匀、对称、低压的灌注工艺,灌注过程中随时用锤击法了解混凝土的顶升高程,以便随时调整灌注速度,并保持两端混凝土高差在2.5m以内。钢管拱肋混凝土顶面高出灌注口2m以后,在拱顶出浆口往弦管内注入稀稠适度的水泥净浆,以达到润滑管壁、减少泵送阻力的作用。每根钢管内的混凝土宜在3.5h以内灌注完成,最长灌注时间间隔不得超过首批灌注混凝土的初凝时间,直至拱顶出浆孔流出均匀、稳定混凝土为止。灌注暂停时,每隔2~3分钟应泵送2~3次,以防止混凝土假凝堵塞输送管道。
  
  施工温度宜在5℃~35℃,当钢管温度高于55℃时应采取有效措施降低钢管温度。在灌注顶升过程中,严禁反泵。泵送时,泵车料斗内混凝土不得少于其容量的2/3,以避免在泵送过程中吸入空气,泵送顶升速度不易过快,宜使用小排量泵机。
  
  混凝土顶升至距排气孔约2.5m时,应由两台混凝土泵同时泵送改为两泵交替泵送,泵送混凝土量控制在0.5 m3左右,以减小混凝土对管道的压力。当混凝土顶面升至与拱顶相差1.0m时,要放慢混凝土的泵送速度,每泵送5~6次停止1min,以利于管内气体排出。当拱顶出浆口流出稳定混凝土后,停泵约15min左右,让混凝土沉降充分后再次泵送使混凝土注满钢管,稳压1min后关闭进料口阀门、拆除输送泵管。灌注完毕30min后,观察拱顶混凝土有无回落下沉,若有下沉,则人工补满。
  
  混凝土接近拱顶面时,严格控制泵送速度,防止混凝土超过拱顶截面时产生振动而引起钢管拱和支架纵向失稳。
  
  在混凝土灌注完成后立即用高压水枪冲洗钢管拱外壁上的混凝土和水泥浆。待混凝土终凝后,卸掉混凝土灌注短管的开关闸阀。
  
  4.5钢管拱肋混凝土的养护
  
  混凝土灌注完毕后,为保证灌注的混凝土在规定龄期内达到设计性能要求,结合钢管混凝土、自密实混凝土特点制定了下列养护措施:
  
  (1)应在灌注混凝土结束后对钢管拱顶部混凝土表面用土工布加以覆盖养护并铺设洒水管保湿、降温。
  
  (2)对掺用高效缓凝减水剂及膨胀剂的混凝土,养护时间不得少于14d。
  
  (3)洒水次数应能保持土工布处于湿润状态。
  
  (4)混凝土强度达到设计强度80%前,应控制钢管温度不超过30℃、不低于5℃。
  
  4.6钢管混凝土质量检查
  
  钢管混凝土质量检查比较困难,只能通过辅助手段进行检查。通常情况下,主要采用三种方法对钢管混凝土进行检测:①敲击法全面检测:利用敲击钢管外壁,根据声音的不同判断混凝土的饱满度,该方法简单有效;②对敲击有疑问的进行局部钻孔检测,确定缺陷程度。该方法能直观观察钢管壁与混凝土的粘接情况及混凝土内部是否密实,但对钢管有破坏;③超声波无损检测。该方法可以准确检测出混凝土与钢管壁的粘接情况、混凝土是否存在缺陷、缺陷的具体部位等。中国无缝管网调查队获悉
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