钢管拱肋砼灌注施工方案

支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第1页共21页支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案1工程概况1.1工程简介湖北沪蓉国道主干线是我国公路主骨架网“五纵七横”中的“一横”，湖北省宜昌至恩施高速公路是其重要的组成部分，是鄂西南地区必不可少的重要运输通道。沪蓉西21合同段工程是该项目中施工条件最恶劣、施工难度最大的工程之一，其中支井河特大桥位于巴东县野三关镇支井河村一组，大桥宜昌侧（东侧）接漆树槽隧道出口，恩施侧（西侧）接庙垭隧道进口，由于桥隧紧密相连，两侧均为陡峻的悬崖峭壁，交通运输条件之恶劣、施工场地之狭小、工程之艰巨为全路段之最。1.1.1结构型式支井河特大桥中心桩号为K120+433.507，起点桩号为K120+170.037，终点桩号为K120+715.577，桥梁全长545.54m。主桥为1-430m上承式钢管砼拱桥，引桥为简支梁桥；桥跨布置为1×36m（引桥）+1×19.1m+19×21.4m+1×19.1m（主桥）+2×27.3m（引桥）。桥台采用扩大基础，引桥墩采用桩基础，过渡墩直接座于拱座上；桥台身为钢筋砼结构，引桥墩（D3墩）为矩形实体墩，过渡墩为钢筋砼薄壁空心墩，其中D1墩墩身高82.383m，D2墩墩身高73.872m；桥面板采用预应力砼箱梁，先简支后连续；桥面铺装为6cm防水砼和9cm沥青砼，全桥在两过渡墩和两桥台位置各设一道伸缩缝。主拱桥拱轴线采用悬链线，计算跨径430m，计算矢高78.18m，矢跨比1/5.5，拱轴系数1.756。拱肋采用钢管混凝土主弦管和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构，截面高度从拱顶6.5m变化到拱脚13m，拱肋宽度为4m，两肋间距13m，以20道“米”字横撑相连。主拱圈钢管外径1200mm，管壁厚度：拱脚下弦1/8跨为35mm，1/4跨为30mm，其余下弦及上弦均为24mm，钢管内填充C50砼。主桥拱上立柱为□1400mm×1000mm的钢箱（内壁加劲）与钢箱横联组成的格构体系，高度为3.153m～71.866m，拱上盖梁亦为整体钢箱结构。桥型总体布置见图1。1.1.2技术标准（1）公路等级：高速公路；（2）设计行车速度：80km/h；（3）路基宽度：24.5m；（4）设计荷载：活载：汽车-超20级，挂车-120；温度荷载：全桥整体升温：+30℃；整体降温：-30℃；支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第2页共21页D2墩D3墩庙垭隧道漆树槽隧道支井河图1桥型总体布置图（5）设计洪水频率：1/300；（6）地震烈度：Ⅵ度，按Ⅶ度设防。1.2项目环境1.2.1地形地貌支井河特大桥地处构造侵蚀溶蚀峰丛峡谷低中山区，山顶高程为1415m，河床高程660m，相对高差755m，地形上属不对称“V”字型峡谷，两岸地形变化极为复杂，谷深陡坡、悬崖连绵，整体呈现纵坡陡峻、横坡起伏变化、切割强烈的幽谷地貌景观。东岸沿桥轴线为陡缓相间的折线陡坡，桥面下方斜坡由下至上坡度变化为45°～30°～20°～45°～64°～73°，桥面上方坡度为42°陡坡，仅在760～810m高程为缓坡带，拱座及桥台位于64°～73°急陡坡及陡崖地段，平面投影范围对应的地面高程850～888m。西岸下方为悬崖峭壁，崖肩高程855m，以上为40°陡坡，拱座位于崖肩以上地带，平面投影范围对应的地面高程887～904m。在高程660～665m段为深切河谷，河流总体由北流向南，河谷谷底宽30m。318国道于拟建桥位北4km以外通过，桥位处交通闭塞，通行条件极差。1.2.2地质、水文1.2.2.1地质岩体裂隙发育一般，岩性坚硬，整体稳定性及持力层条件较好。从两岸钻孔揭露来看，东岸裂隙不甚发育，西岸地表陡岩边缘岩体沿节理松弛开裂、溶蚀，形成稳定性较差的危岩体。1.2.2.2地表水支井河特大桥跨越的支井河，全长数十公里，流域面积大，总落差1000余米，平均坡降18％，年迳流量达亿立方米，为常年性河流。河床宽30m，水随季节变化大，调支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第3页共21页查最高洪水位高出河床约3m，远低于拟建桥面，对拱桥无影响。据支井河水质分析成果：PH值8.24，硬度111.9mg／Ｌ，矿化度169.98mg／Ｌ，水化学类型为HC03·Ca型，属中性微硬淡水。参照《公路工程地质勘察规范(JTJ064—98)》结合区域水文地质条件综合判断，桥址区地表水、地下水水质均较好，对砼无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。1.2.2.3地下水钻孔未揭露到稳定的地下水位，一般为干孔。因此，桥址区地下水类型主要为季节性岩溶裂隙水及埋藏较深的岩溶管道水。桥位区地形切割强烈，桥台及拱座位分布标高较高，地下水径流及天然排泄条件好，岩溶水位埋藏较深，浅层风化、岩溶裂隙季节性滞水水量极贫乏，对工程施工影响小。1.2.3气象桥址区气候属亚热带大陆性夏热潮湿气候区，光照充足，降水充沛，严寒期短，雾多湿重，最大相对湿度超过85%，区域降雨量大，多年平均降水1084.1mm，多集中于四至八月份。年平均气温17.4℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-15.2℃。1.3本方案需解决问题在8根主拱圈钢管内灌注C50混凝土，其跨度430米，钢管外径1200mm，管壁厚度：拱脚下弦1/8跨为35mm，1/4跨为30mm，其余下弦及上弦均为24mm。详见图2主弦管结构图。图2主弦管结构图支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第4页共21页2C50泵送钢管混凝土配合比设计2.1高强微膨胀顶升钢管混凝土技术性能C50钢管混凝土为自密式混凝土，灌注时不捣固；凝结硬化后有良好的密实性；具有低泡、大流动性、收缩补偿、延后初凝和早强的工作性能，尤其可泵性好，在泵送顶升过程中，能始终保持优良工作性能状态；泌水率小，流动度大，便于混凝土自动扩展填充；在现场温度条件下施工时，能正常凝结硬化，不开裂。2.2原材料选择水泥：华新水泥厂52.5普通硅酸盐水泥，检验项目有强度等级、安定性、凝结时间、标准稠度用水量。细骨料：采用洞庭湖黄砂，检验项目有颗粒级配、表观密度、堆积密度、含泥量、泥块含量等。粗骨料：采用福刚石场碎石，级配为5～20mm，检验项目有表观密度、堆积密度、含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量、压碎指标等。外加剂：减水剂选择浩源FDN-9000A萘系高效超缓凝型减水剂与磊珂LK-F2萘系高效超缓凝型减水剂。膨胀剂选择武汉磊珂低碱高效UEA膨胀剂。拌合水：生活用水。掺合料：采用阳逻电厂Ⅰ级粉煤灰，检验项目有细度、烧失量、含水量、三氧化硫。2.3C50混凝土配合比确定通过多次试验（见表1）研究，最终确定的两组配合比（见表2），具体试验研究过程详见另成册部分。表1配合比试验项目表序号试验项目试验目的备注1配合比试验是否满足基本要求常规试验2常压泌水率验证可泵性常规试验3坍落度是否满足泵送需要常规试验4扩展度是否满足管内填充需要常规试验5强度试验是否满足基本要求常规试验6密度试验是否满足基本要求常规试验7减水剂与水泥适应性试验是否满足基本要求常规试验8混凝土初凝时间是否满足延后初凝工作性能常规试验9混凝土终凝时间是否满足施工需要常规试验102-12小时的坍落度经时损失是否满足泵送需要常规试验11压力泌水率验证可泵性12混凝土限制膨胀率验证填充混凝土密实以及管内混凝土与钢管内壁的紧密程度13弹性模量是否满足基本要求支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第5页共21页14自密实性验证自密式性15体积稳定性是否满足耐久性要求16抗渗性能是否满足耐久性要求表2高强微膨胀钢管混凝土配合比(kg/m3)No.W/（C+F+U）水水泥粉煤灰UEA砂石FDN10.32186465585861810087.0（FDN-9000A）20.32185463585861510047.0（LK-F2）2.4C50混凝土配合比主要性能指标表3主要性能指标表No.抗压强度含气量（％）90d自生体积变形（10-6）初凝时间（h）28d限制膨胀率（10-6）∑S10/3压力泌水率（％）塌落度（cm）扩展度（cm）3d（MPa）7d（MPa）28d（MPa）14254.965.73.7300≥3542735.624.765.0239.755.064.63.2296≥284273223.364.63钢管拱肋混凝土灌注施工工艺3.1施工方案根据对称与均衡加载的原则,即以拱顶为对称线两半跨对称加载,以桥轴线为对称线上下游肋不同时段交替加载。主拱肋钢管混凝土要求单管对称泵送灌注，严格控制泵送量，使管内混凝土长度差不大2m（详细计算依据附后），并在混凝土初凝时间内泵送到顶。其泵送高度近78m，水平距离超过215m，泵送量达493.4m3/单管，技术含量高，施工工艺复杂，是整个工程的重点环节之一，必须精心组织，周密安排，确保灌注质量和拱肋线形满足要求。施工采取两肋共8根钢管依序逐一灌注前提下，比选两种方案见表4。表4方案对比分析表施工方案共同点优点缺点结论方案1每一根拱肋钢管内的混凝土在两岸由拱脚到拱顶各分2段连续灌注施工泵送压力基本相同；对结构影响没有差异灌注第2段时对第1段的混凝土扰动大大减少，因为混凝土从钢管主弦管外进入，这样就增大了遇到不利条件（如温度过高、机械故障使混凝土的初凝时间缩短等）时的保险系数，相当于预案。需设置两处注浆口和排浆口，增加了接管、安装压注口及排浆管等的工作量，相应人员也要增加考虑保险性，采用方案1方案2每一根拱肋钢管内的混凝土在两岸由拱脚到拱顶一次连续灌注施工温度过高、机械故障使混凝土的初凝时间缩短时，会使泵送压力增大，一次成功的风险性加大。仅设置一处注浆口和排浆口，工作量相对减少3.2灌注顺序每条拱肋弦杆钢管半跨对称一次性灌注完毕，从每管下端灌进，顺管而上。具体灌注顺序（最终以设计为主）为：（1）上游内侧下弦管；（2）下游内侧下弦管；（3）上支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第6页共21页游内侧上弦管；（4）下游内侧上弦管；（5）上游外侧下弦管；（6）下游外侧下弦管；（7）上游外侧上弦管；（8）下游外侧上弦管。全桥拱肋按照实际时间分8次对称灌注，见图3。在前一次混凝土灌注完毕，下一次混凝土开始灌注时，已灌管内混凝土强度应达到设计强度的80%以上方可进行。根据所选用的泵机型号、性能，搅拌站的混凝土生产能力及施工中可能出现的问题，灌注一根弦管约需8h～12h。图3钢管混凝土灌注顺序示意图3.3主要工艺流程⑴拱顶开排浆口，焊接排浆管；拱脚开压注口，焊接进料管；⑵布设输送泵送管，进行设备调试、检查；⑶压注高标号水泥浆和砂浆润滑输送管、拱肋钢管内壁；⑷压注拱肋C50混凝土；⑸进料管处插截止阀；⑹清洗输送泵、管，拆卸堆放；⑺截面应力、线形监测。施工前组织参加混凝土灌注施工的所有人员进行技术交底，明确实施细则，落实岗位职责。检查各监测点及测量标志完好情况。3.4施工准备3.4.1原材料准备水泥、石子、砂及外掺剂应准备充足，外掺剂按每盘混凝土所需掺量事先装袋。对原材料质量进行检查，保证各项指标与配合比时相符，实测中砂、石子含水量，控制拌和料进水量。由于灌注时为高温天气，为保证灌注顺利进行，最大程度减缓混凝土初凝时间，灌注时间选择在一天中温度较低的时间段，尽量避免阳光照射，尽量使主弦钢管温度与大气温度相同。砂石料进行覆盖，避免温度过高。3.4.2设备准备两岸拱脚处各设工作输送泵两台用于一级和二级输送混凝土。输送泵选用中联重科（HBT80-110S型）产混凝土输送泵，其理论出口压力最大为18Mpa、最小为10Mpa，理论排量最小为57m3/h、最大为87m3/h，采用Φ125mm高压输送泵管。恩施侧搅拌站设置于边跨箱梁桥面上，配置2台1000L和2台750L搅拌机及自动下弦管上弦管上游下游37481526支井河特大桥钢管拱肋混凝土灌注施工方案第7页共21页配料机，实际拌合能力不小于30m3/h。混凝土出仓后通过垂直投料装置和滑槽进入输送泵料斗内。宜昌侧搅拌站设置于距拱座1km处，配置2台1000L和2台750L搅拌机及自动配料机、混凝土输送罐车6台，混凝土通过混凝土罐车运至垂直投料口，通过垂直投料装置和