・ｌ５６・ 第３７卷第８期 ２ ０ １ １年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．８ Ｍａｒ． ２Ｏｌ１ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）０８—０１５６—０３ 钢管拱混凝土真空辅助高压泵送顶升施工工艺 赵阳晨摘胡国伟 要：为保证钢管拱混凝土的密实度和贴实度，在传统混凝土的高压泵送顶升施工中引入了真空辅助原理，论述了该技 术的工艺性试验、理论计算和现场实施，确定了合理的真空度为一０．０８ ＭＰａ～一０．０６ ＭＰａ，保证了灌注质量，提高了工效。 关键词：钢管拱，混凝土，真空辅助，泵送，施工工艺 中图分类号：Ｕ４４５．４ 文献标识码：Ａ ～１ 工程概况 随着城市社会化和区域经济化的迅速发展，铁路客运专线将 成为社会经济发展的有力保障。其中，大跨度混凝土Ｖ形连续刚 ０．００５ ６７ｘ ；上弦杆钢管欠高４０ ｍ，拱轴线方程为Ｙ＝ 一０．００６ ０４ｘ 。两榀拱肋之间共设７道横撑，靠近拱顶三个横撑 为米字形撑，其余四道为Ｋ字形撑，各横撑由 Ｏ０ ｍｍ×１２ ｍｍ， ＋３００ ｍｍ×１０ ｍｍ，６３５ｏ ｍｍ×１２ ｍｍ，，１，２ｏｏ ｍｍ×１０ ｍｍ钢管组 构一拱组合桥以其造型新颖、美观、良好的受力性能和合理的经 济技术指标，为铁路大跨桥梁结构提供了一种新的发展思路。目 成，钢管内不填混凝土。钢管拱上下弦管采用了真空辅助泵送顶 升施工技术进行灌注施工，保证了大直径、大体积、大跨度钢管拱 前国内外公路和铁路钢管拱灌注施工一般采用高压泵送顶升灌 混凝土灌注施工质量。 注施工方法，难以更好地保证钢管混凝土的密实度和贴实度。 广珠城际小榄特大桥主跨为１００ ｍ＋２２０ ｍ＋１００ ｍ的Ｖ形 ２ 工艺原理 钢管拱混凝土为Ｃ５０微膨胀混凝土，灌注时利用真空辅助原 连续刚构一拱组合桥，为国内同类型桥梁最大跨度结构，拱肋采 在单一高压泵送顶升工艺的基础上，通过工艺性试验确定真 用月牙型、Ｎ型桁架，在靠近拱脚位置采用变高度哑铃形截面。 理，在灌注过程中抽真空，保证钢管内混凝土的密实度和贴实 上、下弦杆直径为９００ ｍｍ，壁厚分２４ ｍｍ，２２ ｍｍ和２０ ｍｍ三种， 空度，同时，为保证拱肋线形，灌注过程中灌注顺序选择采用先下 为钢管混凝土结构；腹杆采用￣ｂ６００ ｍｍ×１６ ｍｍ的空钢管。拱的 度，后上弦，再进行缀板灌注。其工艺流程见图１。 计算跨径１６０ ｍ，钢管拱下弦钢管矢高３５ ｍ，拱轴线方程为Ｙ＝ 弦、表１ Ｃ５０微膨胀混凝土配合比 名称 材料用量 百分比 水泥 ３６ｏ ｌ 砂 ６６２ １．８４ 石 ９９３ ２．７６ ｝粉煤灰 ｌ９０ ｌ０．２５ 矿粉 ６０ ０．１６７ Ｉ 外加剂 ｌ ７１ ｌ ０．０１９ 水 １６４ ０．４５６ 产地品种 广州珠江 肇庆西江中砂 珠海碎石ｌ广西来宾 广东韶钢ｌ ＪＭ ＳＣＣ 自来水 上，东索塔墩选择在８１ ｍ岩石相对完整地段，使大桥东索塔基础 参考文献：避开了岩溶发育和地层破碎的区域，确保了桩基础的稳固。 ［１］晏磊，赵约颖，罗妙宣．数字成像基础及系统技术［Ｍ］．北 ５结语 程地质勘察中的地质难题，具有其他手段不可替代的明显优势， 度、岩溶溶洞发育规模、主要岩层结构面以及断裂破碎带等孑Ｌ内 京：电力工业出版社，２００７：７． 杨孑Ｌ内数字成像技术配合传统的勘探手段，能够有效地解决工 ［２］红．岩心数字成像技术及其应用［Ｍ］．北京：电力工业 出版社，２００７：７． 王川婴，葛修润，白世伟．数字式全景钻系统及应用 能够清晰地记录钻孔内岩体的节理裂隙发育程度、风化破碎程 ［３］［Ｊ］．岩石力学，２００ｌ（４）：２０．２２． 穆树怀，关晓坤，宫爽，等．综合物探方法在岩溶区勘察中 真实情况，通过对不良地质现象分析与数理统计，分析评价大桥 ［４］的运用［Ｊ］．石油工程勘察技术，２００５（２）：３０—３２． 基础下岩体结构以及风化特征。实践证明，孔内数字成像技术在 中国科学院武汉力学岩土所．坝陵河大桥施工图设计悬索 特大型桥梁勘察中，尤其是构造破碎带、岩溶地区勘察中效果显 ［５］桥方案工程地质勘察数字钻报告［Ｒ］。２００４：１１． 著，为大桥基础设计提供了更为全面、直观的基础资料，有效地提 高了勘察成果质量。 ［６］ 中国科学院武汉力学岩土所．青岛海湾大桥一期工程详勘 阶段数字全景钻报告［Ｒ］．２００６：３． Ｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ＬＩ Ｙｏｕ。ｌｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ Ｈａｉｗａｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｑｉｎｇｄ— ｇｏ ａｎｄ Ｂａｌｉｎｇｈｅ Ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｒｉｄｇｅ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 收稿日期：２０１０—１ １—２１ 作者简介：赵阳晨（１９６８一），男，高级工程师，中铁三局集团有限公司，山西太原胡国伟（１９８０一），男，硕士，工程师，中铁三局集团有限公司，山西太原０３０００１ ０３０００１ 荦 背 ３微膨胀混凝土配合比设计 赵阳展等：钢管拱混凝土真空辅助高压泵送顶升施工工艺 ・１５７・ Ｍ１２５截止阀自加工而成。将１．８ Ｉｎ的１２５ ｍｍ高压泵管一 将２ ｃｍ厚钢板分别焊接在管部端头，中间插入２ ｃｍ的截 钢管拱拱肋灌注采用设计强度Ｃ５０微膨胀混凝土，既要满足 分为二，止钢板，外部采用加强板焊接。 设计和规范要求，又要满足施工方面的要求。 通过正交试验优化配合比，最终确定各项技术｝生能指标见表１。 钢管拱合龙 完成拱脚混凝土 ４．３输送泵的布设和选型 １）根据钢管混凝土对称同时灌注的原则，每次灌注一根钢 管，则两端各设一台输送泵，同时随时根据灌注情况计划好备用 车泵。为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失，连接输送管时 尽可能的考虑减少弯管。 ２）输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际混凝土 供应量的２倍。输送泵的额定压力须满足最大泵送压力，即静压 拱顶出混凝土 ＩＩ．一 ｊ［．．．．．． ．．．一 安装输送泵 二二二］ 二二 布置输送管 灌注过程中 真空辅助 停止泵送混凝土 ：Ｉ：．．．． ．一 关闭灌注阀门 ｊ！．．．．．．．．．．．．．．一 ！：ｌ．．．．．．．．．．．．一一 安装灌注阀门 二二二］＝二二 ———拆除输送管 ——————±———————一 泥浆清洗钢管 清洗输送管 二二二］二二 堵塞出气孔 和输送泵 。。。 。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一 对称泵送下弦管 ’Ｉ’． ．．．．．．．．．一 养护 力和泵送压力叠加之和。输送泵的额定扬程应大于１．５倍的灌 对称泵送上弦｛ （用水湿润钢管） 注顶面高度，本桥要求输送泵的额定扬程大于１００ ｉｎ。 ——————————— ——————一 对称泵送缀板 监测 切割排气 和灌注管 ３）根据流体力学能量方程△Ｐ＝讪＋∑Ｐ，∑Ｐ为各种压力 检测混凝土 损失总和，可知，输送泵采用ＳＡＮＹ—ＳＹ５１２２ＴＨＢ９０—１８泵送混凝土 密实度 压力１８ ＭＰａ，水平输送距离１ ２００ ｍ，高程３２０ ｍ。 结束 ４．４真空泵选择 图１施工工艺流程图 钢管拱灌注单根管弦最大容积１２０ ｉｎ ，一台真空设备同时对 ４工艺实施 于南北两岸拱肋进行抽真空，因此选择设备考虑实际情况选择 ４．１ 排气孔、压注头和出渣孔设置 ＳＺ一２型水环式真空泵，排气速率２ ｍ ／ｍｉｎ，配用功率４ ｋＷ，极限 骨架合龙后在拱顶处每根钢管的顶部开一个孔，外焊钢管作 真空度０．０４ ＭＰａ。 排气出浆孔。加劲板焊接骨架钢管采用周边焊，焊缝高１２ ｍｍ， ４．５真空辅助钢管混凝土灌注 灌注孔孔径采用１２５ ｍｍ。 钢管混凝土拱桥钢管内的混凝土采用真空辅助高压泵送顶 上下弦管分别设置压注头，下弦管压注头设在离拱脚约７．５ ｍ 升法，采用混凝土输送泵将混凝土从低处往高处顶升，钢管内混 处的钢管侧面，与钢管轴线呈３Ｏ。一５０。夹角，上弦管压注头设在 凝土的灌注采用泵送顶升压注法，利用输送泵的压力，在拱脚开 离拱脚约２．５ ＩＴＩ处的钢管顶部，与轴线的角度同下弦管，压注头 压注口，在拱顶开出浆孔，将沿钢管从下往上一次压注完成，保证 安装Ｍ１２５截止阀，出渣孔设在拱座上钢管最低点，采用Ｍ７０截 连续和均匀。同时在泵送过程中顶部排气孔抽真空，详见图２。 止阀连接封闭。 南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注。灌注下一批量混凝土时， ４．２截止阀制作 前一批混凝土强度要求达到９０％。 图２真空辅助钢管混凝土灌注工艺流程图 施工控制要点：１）为润滑管壁，减少泵送过程中混凝土和管 混凝土不能与管壁分离、脱粘。３）单条（上弦管或下弦管）钢管拱 壁的摩擦力，应在泵送混凝土之前，先用水泥浆冲洗钢管内壁。 的混凝土灌注完成时间，不得超过第一盘钢管混凝土的初凝时 ２）真空泵拱顶抽真空，使真空度达到一０．０８ ＭＰａ～一０．０６ ＭＰａ， 间，混凝土必须连续灌注。４）同一拱圈必须待下弦的钢管拱混凝 并保持稳定。３）启动灌注混凝土泵，进行混凝土泵送顶升灌注， 土达到设计强度的９０％以上后，方可灌注上弦钢管混凝土。 在灌注过程中严格控制泵送混凝土对称性和连续性。４）泵送顶 ５结语 升灌注混凝土过程中，真空泵保持连续工作。５）待泵送混凝土快 １）通过工艺性试验表明：Ｃ５０微膨胀混凝土具有低气泡，大流 达到钢管出浆口顶部时，撤离真空辅助设备。６）灌注泵继续工作， 动．陛，收缩补偿密实性良好等工作性能，真空度控制在一０．０８ ＭＰａ～ 待混凝土在出浆口冒浆１．５ Ｉｎ，维持２ ｍｉｎ。７）先灌注端阀门后关 一０．０６ ＭＰａ之间，真空辅助泵送顶升工艺能保证微膨胀混凝土的 闭灌注泵，完成混凝土顶升真空辅助灌注。８）拆卸外接管路、附 灌注质量。２）在实际施工中采用真空度一０．０８ ＭＰａ一一０．０６ ＭＰａ 件、清洗设备及阀泵；完成灌注后，必须将所有水泥浆、混凝土的设 的真空辅助高压泵送顶升施工工艺，对大直径、大体积钢管进行 备清洗干净。９）灌注完毕后，用孔眼的水管进行钢管管壁养护。 抽真空灌注混凝土施工，保证了大体积、大直径、大跨度钢管拱的 ４．６混凝土灌注过程中的监控 密实度和密贴度。３）采用真空辅助工艺，极大的降低了钢管混凝 拱肋混凝土灌注过程中进行全过程监测监控，悬在钢管拱的 土泵送的阻力，提高了工效，整个施工过程比传统单一高压泵送 Ｌ／２，Ｌ／４，Ｌ／８处设测点，共布设９个测点，监控拱轴线形变化和拱 施工节约时间５０％。 肋截面应力。钢管拱混凝土灌注过程中用体外敲击法检测，灌注 参考文献： 完成后用超声波进行检测。 ［１］ 颜东煌，刘雪锋，田仲初，等．组合体系拱桥的发展与应用综 ４．７质量控制 述［Ｊ］．世界桥梁，２００７（２）：６５—６７． １）加强测量的精度控制与复核，确保钢管拱拱肋线形符合设 ［２］ 张建民．大跨度钢管混凝土拱桥承载能力与施工控制研究 计要求，混凝土灌注完毕后，拱肋线形的标高偏位±３ ｍｍ。２）真 ［Ｄ］．广州：华南理工大学博士学位论文，２００１． 空泵要连续稳定抽真空，待微膨胀混凝土快到拱顶部时（敲击法 ［３］ 罗世东．铁路桥梁大跨度组合桥式结构的应用研究［Ｊ］．铁 确定），撤除真空设备，确保管内混凝土不能出现断缝、空洞，管内 道标准设计，２００５（１１）：１—４． ・１５８・ 第３７卷第８期 ２ ０ １ １年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３７ Ｎｏ．８ Ｍａｒ． ２０ＩＩ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）０８—０１ ５８—０２ 某铁路大跨度斜交预应力框构桥设计体会 薛 锐 摘要：对某铁路大跨度斜交预应力框构进行了分析，利用ＭＩＤＡＳ空间分析程序建模，从结构力学模型简化、预应力模 拟等方面对这个特殊框构进行计算分析，得出其安全可靠及值得推广的结论。 关键词：铁路，预应力，框构桥，设计 中图分类号：Ｕ４４８．１ 文献标识码：Ａ 随着铁路建设的大发展，框构桥被大量采用。框构桥作为下 压力标准值计算参照《公路桥涵设计通用规范》，即： 穿铁路的立交形式具有比较明显的优点，其外形轻巧，整体性好， 不受道岔。对于穿越已建成的铁路路基段，框构桥采用顶进 法施工，线路加固后具有不中断行车，不修便线的优点。由于材 １ Ｅ ＝÷ｓ’ ； ＝１一ｓｉｎ 。 二 本项目考虑到静止土压力是沿着墙高成线性分布的，所以使 压力垂直于结构物表 料性能和现场灌注条件的，通常工程中采用的框构孔径为 用软件提供的流体压力加载，软件中计算，如图１所示。 ８ ｍ一２０ ｍ，为普通钢筋混凝土结构。本次设计的框构跨径２３ ｍ， 面作用于结构，荷载分布使用线性荷载，与被交路斜交３Ｏ。，跨径大，斜交，顶板实际长度２６．７１５ ｍ，因此考 虑采用预应力结构。 其中，压力荷载分布规律为： Ｐ＝Ｐｏ＋ｇ×（Ｈ—ｈ）。 １ 尺寸拟定及模型建立 框构桥横截面尺寸拟定是一个试算过程，根据以往经验，本 次设计顶板拟厚１．７ ｍ；底板的厚度根据地基情况一般比顶板厚， 本次设计底板拟厚１．９ １１１，侧墙的厚度可略小于顶板厚度，本次设 计侧墙拟厚１．６ ｍ。 本次设计分析采用大型有限元ＭＩＤＡＳ分析软件，按照拟定尺 寸输入空间结构：１）采用厚板单元离散框构结构，即ＤＫＭＥ（Ｄｉｓ— ｃｒｅｔｅ Ｋｉｒｅｈｈｏｆ－Ｍｉｎｄｌｉｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）；２）采用桁架单元模拟预应力钢筋 对结构受力性能的影响，预应力钢筋的张拉通过赋予桁架单元初 图１荷载分布示意图 将软件中荷载分布规律计算公式与《公路桥涵设计通用规 始拉力荷载方式模拟；３）采用梁单元模拟加劲肋对结构刚度的贡献。 范》中静止土压力标准值计算公式相对比，则： 与框构结构埋 置深度有关，即： Ｐｏ＝ｅ＇ｇｈ０； ２结构力学模型简化 对于边界条件的选择，即土与结构相互作用应根据本次工程 的地质报告提供的地质资料，参照规范进行选取及模拟。 ｇ与土的容重和静土压力系数有关，即： ＝ｙ（１一ｓｉ“ ）； ２．１ 支撑条件 现取用：土的重力密度为２０ ｋＮ／ｍ ，内摩擦角取７０。。 将框构结构与地基之间的相互作用根据温克尔地基模型进 ３预应力模拟 行简化。根据地勘资料表明，地表下４０多米范围内置于砂岩层， 框构桥顶板跨度为２６．７１５ ｍ，将在顶板上均匀布置预应力钢 框构结构埋深在１．２ ｍ一１４．３ ｍ，根据经验法值，中等密室土砂 束。分析中将预应力钢筋使用采用具有初始张力的桁架单元模 土，本项目中取用基床反力系数取为２００ ０００ ｋＮ／ｍ。 拟，为模拟预应力钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用，将桁 架单元与板单元使用在节点处具有相同的自由度来模拟，以将预 应力效应表现到结构中。 ２．２周围土体与结构的相互作用简化 将框构结构侧墙所受周围的土体作用简化为土侧压力，静土 ［４］ 张治成．大跨度钢管混凝土拱桥施工控制研究［Ｄ］．杭州： ［５］ 陈宝春，钢管混凝土拱桥设计与施工［Ｍ］．北京：人民交通 浙江大学博士学位论文，２００４． 出版社，１９９９． Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｈｉｇｈ．ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｕｍｐｌｎｇ ＿ ｍｍｐｉｎＲ ｆｏｒ ｔｈｑｒ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ， ｔｕｂｅ ａｒｃｈｅｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｃｈｅｓ ｔｅＺＨＡＯ Ｙａｎｇ・ｅｈｅｎ ＨＵ Ｇｕｏ－ｗｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｌｉｎｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈｅｓ，ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎ— ａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｕｍｐｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｅｓｔ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ，ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｖａｃｕｕｍ ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｒ一０．０８ ＭＰａ～一０．０６ ＭＰａ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｅｎｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈｅｓ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｖａｃｕｕｍ ａｕｘｉｌｉａｒｙ，ｐｕｍｐｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 收稿日期：２０１０—１２—０４ 作者简介：薛 锐（１９８１一），男，工程师，中铁上海设计院集团有限公司天津分院，天津３０００７３
