鋼管混凝土施工技術管理的論文

摘要

對鋼管混凝土系杆拱橋施工中經常出現的技術問題進行了剖析，並結合工程實踐，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

鋼管混凝土系杆拱施工難題對策

1引言

近年來，鋼管混凝土系杆拱橋以其跨度大、結構輕、造型美、省建材等優點，被廣泛應用於公路工程。但該橋型技術複雜，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鋼管混凝土系杆拱橋施工技術難題及對策

2.1支承系統

2.1.1功能

系杆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製微調座組成。

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。在立杆底部鋪設墊層和安放底座，墊層可採用厚度≥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；監測項目爲拱肋的線形變化、拱腳位移和拱腳沉降。

2.2.2建立測量控制網

在每節拱肋端頭設定固定的測量控制點，控制點設在拱肋中線位置。施工放樣及檢查都採用全站儀進行，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。爲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，透過改變扣索的張力，並採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)設定臨時橫撐固定拱肋。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定臨時支撐。

(3)在焊接拱肋接頭外包板時，對稱佈置的焊縫，採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)爲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，採用透過對稱設定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鋼管混凝土配製

2.3.1選材

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

(2)配製高性能微膨脹混凝土須使用乾淨的河砂並嚴格控制雲母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎值，一般選用細度模數2.6-3.1的中砂爲宜。不宜用砂岩類山砂、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介面粘結強度、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後期強度。碎石需二次破碎，使其基本無棱角，並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%”爲宜；粉煤灰應符合現行國家標準《用於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，所以應反覆試驗，膨脹率合適纔可使用；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，膨脹劑應對混凝土後期強度及質量無害，與所用水泥適應性好。我國主要使用U型膨脹劑、複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製強度計算，不必計算後將強度提高一個等級作爲配製強度，關鍵在於施工配合比的'施工現場驗證。設計時應嚴格控制水灰比，將其確定爲定值。

(2)混凝土是採用鋼管中頂升灌注，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)許多工程實踐認爲鋼管混凝土設計爲微應力時，限制膨脹率28天內應控制在(2~6)×10-4的範圍內是合理的。

2.4主拱肋鋼管的拼裝

2.4.1鋼管拱肋的製作

(1)鋼管拱主弦管直徑>600mm採用螺旋焊管。

(2)宜選用具有CAD加工設計技術和成功經驗的廠家；單元階段製造好後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，採用埋弧自動焊；腹板安裝採用CO2氣體保護焊；單元階段焊接完成後，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後運至工地組焊成吊裝段，運至施工現場，最後用跨墩龍門吊機或其它起重設施將吊裝段吊上橋組裝。

(4)爲便於調整拱肋預埋段製造、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；拱肋合攏鎖定溫度爲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採用內法蘭連接，法蘭間可抄墊鋼板進行微調；單元製造階段之間採用臨時外法蘭連接。

2.4.3鋼管拱肋的懸拼

(1)拱肋吊裝採用懸拼和扣掛施工。拱肋作完後，首先在製作場地進行預拼，合格後方可吊裝。

(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定橫向浪風索。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透過扣索調整拱肋橫向位置，然後再安裝拱頂合攏段。

(4)兩條拱肋全部合攏後，再全面校覈一次拱軸線座標，並調整至誤差容許範圍內。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後拆除扣索；

(6)泵送壓注填充管內C50微膨脹混凝土。

2.4.4跨徑較小的橋樑可用WDJ支撐系統配合吊車、攬繩完成拱肋組拼。

2.5波紋管堵塞

系杆拱橋橫樑、系樑多爲羣錨後張預應力混凝土，於是防治波紋管堵塞，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)波紋管固定後，將半硬性塑料管穿入波紋管內，其外徑小於波紋管內徑8~10mm，長度大於波紋管長4~6m；

(2)指派專人，在澆築混凝土過程中不停抽動塑料管至混凝土澆築完畢；

(3)抽出塑料管，清除其表面灰漿，擦淨備用。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築流動過程中，預埋鋼板下的氣體無法排除，形成了空洞，爲避免該現象的發生，可在鋼板中心用電鑽打一個直徑5mm的“排氣孔”，澆築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

拱肋與系杆節點——拱腳之鋼筋構造縱橫交錯、交叉重疊，混凝土澆築困難，振搗棒無法正常工作，混凝土密實成了問題。一般採用剛度較大的鋼模，澆築混凝土時，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、正常振搗爲止，可確保混凝土振搗密實；待振搗棒拔出後，開啓固定於模板兩側的附着式振動器，一方面有助於被撥動的鋼筋恢復原來位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助於混凝土密實、均勻。

2.7.2拱腳混凝土預防裂縫

爲預防拱腳混凝土裂縫，可選用鋼纖維混凝土，鋼纖維用量一般爲60kg/m3。

2.8空腹式端橫樑澆築工藝

端橫樑爲封閉式變斷面空心樑，其施工有兩種方法：一種方法是採用木模或其它一次性芯模，不考慮翻番週轉，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；另一種方法是採用鋼模或其它可週轉性芯模，澆築混凝土時在樑頂預留“天窗”，待拆除芯模後再二次澆築混凝土，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

由於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。微膨脹混凝土隨着齡期增長，混凝土的收縮仍然不可避免，爲防止這類問題發生，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。待混凝土大於28d齡期後，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，鑽孔並壓注環氧樹脂水泥漿進行補救。

2.10其它問題

近年來，系杆拱橋普遍出現系樑混凝土於吊杆處裂縫、吊杆護套提前開裂、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，危及橋樑的安全。

2.10.1防腐

(1)拱肋防腐可用經濟、實用，便於現場施工和後期維護的方案——有機環氧富鋅塗料，分爲3層，底層富鋅塗料、中層環氧雲鐵、面層聚胺酯噴塗。塗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塗鋼絞線，前者，經鍍鋅處理後，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；後者，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。故此應儘量用環氧噴塗鋼絞線。

2.10.2吊杆處系樑縱向鋼筋的處理

系樑鋼筋是通長的，而結構設計需要吊杆穿過系樑，如此以來，系樑縱向通長鋼筋就必然被截成數段，勢必影響結構受力，爲解決這一矛盾，可採用於吊杆處設定“方形環筋”，系樑縱向鋼筋截斷後分別與其焊接，吊杆在其方形環筋中穿過。這樣，即可以保證系樑縱向通長鋼筋的連續，又可以保證吊杆與系樑聯結位置準確。

2.10.3橫撐與拱肋節點處應力集中的預防

爲避免鋼管橫撐與主拱肋結合部，在使用環境中開焊，影響橋樑整體性能，一般採用在其結合部增設4個加強聯結鋼板，按90o間隔均勻佈設，焊接牢固。

3結語

鋼管混凝土系杆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。