鋼管混凝土施工技術(shù)管理的論文
摘要
對鋼管混凝土系桿拱橋施工中經(jīng)常出現的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了剖析，并結合工程實(shí)踐，汲取經(jīng)驗教訓，詳細地闡述了科學(xué)、實(shí)際、有效的防治對策。
關(guān)鍵詞
鋼管混凝土系桿拱施工難題對策
1引言
近年來(lái)，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(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于公路工程。但該橋型技術(shù)復雜，施工難度大，已經(jīng)暴露和潛在的問(wèn)題還很多，亟待廣大工程技術(shù)人員在實(shí)踐中不斷探討和完善，本文將結合工程實(shí)踐就有關(guān)問(wèn)題做簡(jiǎn)要闡述。
2鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)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(jīng)處理的堅實(shí)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(jīng)驗數據推概全橋。靜壓5d(120h)以上及達到沉降穩定狀態(tài)2d(48h)以上，沉降穩定標準：24h沉降不超過(guò)1mm。
2.2主拱肋拱軸線(xiàn)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(xiàn)形變化、拱腳位移和拱腳沉降。
2.2.2建立測量控制網(wǎng)
在每節拱肋端頭設置固定的測量控制點(diǎn)，控制點(diǎn)設在拱肋中線(xiàn)位置。施工放樣及檢查都采用全站儀進(jìn)行，每架設一節段拱肋，對全部控制點(diǎn)都要進(jìn)行觀(guān)測。此外，對拱座的偏位進(jìn)行觀(guān)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(xiàn)形控制的影響，標高的測量包括合攏時(shí)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(guò)改變扣索的張力，并采用在拱段之間的內法蘭盤(pán)接頭處抄墊鋼板的方法，來(lái)實(shí)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(shí)現)。
(2)設置臨時(shí)橫撐固定拱肋。每架設一節拱肋，就利用鋼管拱的橫聯(lián)鋼管臨時(shí)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(shí)支撐。
(3)在焊接拱肋接頭外包板時(shí)，對稱(chēng)布置的焊縫，采用成雙焊工對稱(chēng)施焊，這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消；非對稱(chēng)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(guò)程中的橫向穩定性，在每吊裝一節段拱肋時(shí)，采用通過(guò)對稱(chēng)設置兩道浪風(fēng)繩來(lái)調整和控制拱段就位中線(xiàn)位置，減少拱肋自由長(cháng)度，增大橫向穩定�？刂评孙L(fēng)繩長(cháng)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(guò)大，初凝時(shí)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(lèi)山砂、機制砂、海砂，此類(lèi)砂對混凝土的膨脹率影響極大。
(3)粗骨料石質(zhì)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(shí)，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(wú)棱角，并減少針片狀顆粒的含量。選用時(shí)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(chǎn)生的凝膠封堵了混凝土的毛細管路，增強了密實(shí)性，提高了耐久性�！岸嗡磻敝挥孝窦壏勖夯液湍ゼ毞勖夯铱梢詮氐淄瓿桑骸笆够炷辽郎亟档�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(jīng)過(guò)多次試驗。試驗表明，緩凝型減水劑會(huì )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(zhì)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(guò)程中產(chǎn)生的收縮應力，從而提高抗裂能力。選擇時(shí)一定要多試驗幾個(gè)品種，膨脹劑應對混凝土后期強度及質(zhì)量無(wú)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(gè)問(wèn)題
(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土設計方法進(jìn)行配制強度計算，不必計算后將強度提高一個(gè)等級作為配制強度，關(guān)鍵在于施工配合比的施工現場(chǎng)驗證。設計時(shí)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(guò)程中不能因自身重力而下落，否則會(huì )造成頂升壓力過(guò)大而失敗。在設計混凝土配合比過(guò)程中碎石應稍微呈懸浮狀態(tài)，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(shí)踐認為鋼管混凝土設計為微應力時(shí)，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(shù)和成功經(jīng)驗的廠(chǎng)家；單元階段制造好后在工廠(chǎng)進(jìn)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(jìn)行，采用埋弧自動(dòng)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(xiàn)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(chǎng)，最后用跨墩龍門(mén)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(chǎng)時(shí)，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(jìn)行地面預接和必要的技術(shù)處理，拱肋每一個(gè)吊裝階段之間采用內法蘭連接，法蘭間可抄墊鋼板進(jìn)行微調；單元制造階段之間采用臨時(shí)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(chǎng)地進(jìn)行預拼，合格后方可吊裝。
(2)拱肋吊裝前應安裝好拱腳臨時(shí)鉸，懸拼過(guò)程中允許拱肋繞鉸轉動(dòng)。每吊裝一個(gè)階段除安裝好橫撐及臨時(shí)橫撐外還要設置橫向浪風(fēng)索。以利調整拱軸線(xiàn)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(guò)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(xiàn)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(shí)鉸，澆注拱座預留槽口C50混凝土，形成無(wú)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(chē)、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(xiàn)局部拉伸率、應力超標是施工中不容忽視的大問(wèn)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(cháng)度大于波紋管長(cháng)4~6m；
(2)指派專(zhuān)人，在澆筑混凝土過(guò)程中不停抽動(dòng)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(dòng)半硬性塑料管法，可從根本上解決波紋管堵塞問(wèn)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(shuō)，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(dòng)過(guò)程中，預埋鋼板下的氣體無(wú)法排除，形成了空洞，為避免該現象的發(fā)生，可在鋼板中心用電鉆打一個(gè)直徑5mm的“排氣孔”，澆筑預埋鋼板處混凝土時(shí)，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(diǎn)——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(wú)法正常工作，混凝土密實(shí)成了問(wèn)題。一般采用剛度較大的鋼模，澆筑混凝土時(shí)，先用一巨型扁鏟(其寬度≥振搗棒直徑)在振搗棒插入處，臨時(shí)將鋼筋間距撥寬，至振搗棒順利插入、正常振搗為止，可確�；炷琳駬v密實(shí)；待振搗棒拔出后，開(kāi)啟固定于模板兩側的附著(zhù)式振動(dòng)器，一方面有助于被撥動(dòng)的鋼筋恢復原來(lái)位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于混凝土密實(shí)、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�；蚱渌淮涡孕灸�，不考慮翻番周轉，此類(lèi)模板只側重考慮其強度，滿(mǎn)足混凝土幾何尺寸需要即可；另一種方法是采用鋼�；蚱渌芍苻D性芯模，澆筑混凝土時(shí)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(wèn)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(wú)法完全充滿(mǎn)鋼管，使得“緊箍效應”無(wú)法實(shí)現，混凝土達不到三軸壓縮的理想效果。防治該問(wèn)題的一般方法有兩種：
(1)預防。微膨脹混凝土隨著(zhù)齡期增長(cháng)，混凝土的收縮仍然不可避免，為防止這類(lèi)問(wèn)題發(fā)生，在混凝土配合比設計時(shí)，在添加UEF微膨脹劑的同時(shí)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(jìn)行全面敲擊檢查，發(fā)現空隙，則確定準確位置，鉆孔并壓注環(huán)氧樹(shù)脂水泥漿進(jìn)行補救。
2.10其它問(wèn)題
近年來(lái)，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(kāi)裂、下端預埋管進(jìn)水、錨頭及鋼絲提前腐蝕和拱肋鋼管腐蝕等嚴重問(wèn)題，危及橋梁的安全。
2.10.1防腐
(1)拱肋防腐可用經(jīng)濟、實(shí)用，便于現場(chǎng)施工和后期維護的方案——有機環(huán)氧富鋅涂料，分為3層，底層富鋅涂料、中層環(huán)氧云鐵、面層聚胺酯噴涂。涂裝時(shí)環(huán)境溫度宜控制在5℃~35℃之間。
(2)防腐鋼絞線(xiàn)應用較多的有鍍鋅鋼絞線(xiàn)和環(huán)氧噴涂鋼絞線(xiàn)，前者，經(jīng)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(huì )使腐蝕速度加快；后者，機械性能與原鋼絞線(xiàn)基本上沒(méi)有差別，而且在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)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(xiàn)稍有提高。故此應盡量用環(huán)氧噴涂鋼絞線(xiàn)。
2.10.2吊桿處系梁縱向鋼筋的處理
系梁鋼筋是通長(cháng)的，而結構設計需要吊桿穿過(guò)系梁，如此以來(lái)，系梁縱向通長(cháng)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(huán)筋”，系梁縱向鋼筋截斷后分別與其焊接，吊桿在其方形環(huán)筋中穿過(guò)。這樣，即可以保證系梁縱向通長(cháng)鋼筋的連續，又可以保證吊桿與系梁聯(lián)結位置準確。
2.10.3橫撐與拱肋節點(diǎn)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(huán)境中開(kāi)焊，影響橋梁整體性能，一般采用在其結合部增設4個(gè)加強聯(lián)結鋼板，按90o間隔均勻布設，焊接牢固。
3結語(yǔ)
鋼管混凝土系桿拱橋施工中需要研究的問(wèn)題還很多，這就需要我們廣大工程技術(shù)人員積極探索，不斷完善，使這一先進(jìn)技術(shù)在公路交通設施建設領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。
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