山西某桥钢管拱管内核心混凝土施工技术_.doc

第四章 钢管拱管内核心混凝土施工技术第一节 问题的提出一、管内混凝土的力学性能钢管混凝土拱桥是钢管混凝土结构中的一大类。用钢管混凝土建造的结构称为钢管混凝土结构。钢管混凝土构件是钢管混凝土结构中的核心部分，它是通过在钢管内填充混凝土而组成的钢混凝土组合构件，钢管内的混凝土称为管内混凝土或核心混凝土。根据加载方式的不同，可以把钢管混凝土分为普通型钢管混凝土和约束性钢管混凝土。普通型钢管混凝土中填充的是素混凝土，钢管与混凝土同时受轴向力；约束形钢管混凝土管内一般为钢筋混凝土，荷载仅施加在核心混凝土上，钢管不参与轴向受力，仅对混凝土起约束作用，主要应用在局部构件中。钢管混凝土拱桥使用的是普通型钢管混凝土。钢材在弹性工作阶段时，其泊松比s变动很小，在0.250.30之间。混凝土泊松比c随着纵向力的增长从0.167逐渐增至0.5，接近破坏时，将超出0.5。可见，随着轴向力N的增大，管内混凝土的泊松比c迅速超过钢管的泊松比s，混凝土的径向变形受到钢管的约束处于三向受力状态，这就是钢管对核心混凝土的套箍作用。套箍作用在提高核心混凝土承载力的同时，也提高了它的塑性性能，使得混凝土，特别是高强混凝土脆性的弱点得到改善；反之，钢管内混凝土能有效阻止钢管向内变形，增强了钢管抵抗局部屈曲的能力，其整体刚度和稳定性有了很大的提高。二、管内混凝土的性能要求钢管对混凝土的套箍作用要基于一个前提，即管内混凝土要匀质、有足够的强度，且与钢管壁密贴。混凝土是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的具有一定强度的复合材料。由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积要小，以及在水化过程中水分的蒸发引起混凝土毛细孔收缩等原因，水泥在凝结硬化过程中会发生收缩，而且这种收缩是不可恢复的。另外，混凝土一般采用泵送顶升法施工，在封闭的钢管中浇灌混凝土，要保证混凝土在钢管中能密实成型。所以，管内混凝土要具备以下性能：1) 足够的强度；2) 具有微膨胀性，以补偿混凝土的收缩，避免混凝土与钢管壁分离；3) 应具有优良的工作性能，即流动度大、自密室、和易性好、早强缓凝等性能，以满足泵送要求，保证质量；4) 灌注完成混凝土永久存在于钢管内部，不易检测、维修，因此，混凝土还必须满足耐久性和经济性的要求。综上，该混凝土属于高性能混凝土范畴，即HPC。第二节 膨胀混凝土的配合比设计根据上文的讨论可知，管内混凝土除了满足强度要求外，应具有低气泡、高流动性、微膨胀补偿收缩、低水化热、缓凝和早强等工作性能；为了满足泵送要求，混凝土的坍落度要大、和易性要好、且不泌水、不离析，保证钢管混凝土符合设计施工的各项要求。这些指标中，有些构成矛盾。比如坍落度高、和易性好，一般通过增大用水量来保证，但用水量增大以后，强度下降、易离析、混凝土收缩量加大。文献混凝土外加剂中提到：掺膨胀剂的混凝土的膨胀值和自应力值随着水泥用量的增加而增大，标准还规定水泥的最低用量为300kg/m3，以保证膨胀率的最低限值；文章配制高性能钢管微膨胀混凝土应注意的几个问题中指出：混凝土中水泥用量过多会导致水化热过大、混凝土收缩过大，以致产生裂缝及孔隙，并建议设计高性能钢管微膨胀混凝土的水泥用量不宜过大。可见，配制高性能微膨胀混凝土的过程就是克服以上矛盾，使管内混凝土具有早期强度高、高流态、缓凝、自密实及可泵性好等性能，能够同时满足设计和施工的要求，其中又以钢管混凝土的微应力控制最为关键。一、混凝土的膨胀微应力控制为了发挥钢管对混凝土的套箍作用，钢管混凝土的约束效应系数0的设计值，一般不小于0.60。其中：式中：As钢管截面面积；Ac核心混凝土截面面积；fs 钢材的设计强度；fc 混凝土得抗压强度设计值。临汾钢管拱桥管内混凝土的强度设计值为C50，满足上式要求。二、钢管混凝土原材料要求选择适合的原材料是获得优质泵送混凝土的基本条件。原材料主要包括水泥，外加剂和砂石集料等。选择材料时既要考虑就地取材，便利易得，又要考虑质地优良，适宜工程要求。 1、水泥应对水泥的品种、细度、化学组成含量以及矿物组成进行严格的控制。控制C3S在4050，C2S和C3S占水泥成分的7074，C3A在59为宜。 2、细骨料配置高性能微膨胀混凝土要求使用干净的河砂。使用时必须考虑到砂中云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎指标值。四种指标对混凝土强度和对钢管的腐蚀性影响都非常大。因此，要严格按高标准控制砂中的云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎指标值，选用细度模数2.63.1的中砂为宜。不宜选用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨胀率影响非常大。 3、粗骨料骨料的品质对高性能微膨胀混凝土有很大影响，主要体现再骨料砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料的强度。为提高混凝土的和易性可以用碎石和卵石双掺的方法，也可以增大砂率用碎石单独作骨料。碎石要求无棱角，减少针片状颗粒的含量。碎石和卵石的粒径都控制在小于30mm。粗骨料中的含泥量以及本身的强度和骨料的弹性模量，在配制时，须引起重视。 4、掺和料混凝土中掺入粉煤灰可降低水泥水化热，改善混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。这里主要指出要严格控制SO3的含量，控制在0.51.5。粉煤灰为为级或磨细粉煤灰。5、外加剂配置高性能微膨胀混凝土选用的高效减水剂应具有缓凝作用或是高效减水剂与缓凝剂搭配使用，且是非引气、低气泡的减水剂。此类高效减水剂的质量应符合现行国家标准混凝土外加剂的规定。6、膨胀剂混凝土的膨胀一般通过添加外加剂实现。目前，膨胀剂的种类主要有U型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂等。膨胀剂的使用类型和掺量须通过试验确定。选用膨胀剂的类型时，须考虑其性能要符合中华人民共和国建材行业标准混凝土膨胀剂中的各项指标，应对混凝土后期强度及质量无损害，且与所用水泥适应性好。膨胀剂掺量由混凝土的限制膨胀率决定。膨胀率太小，不足以补偿混凝土的自收缩，难以保证混凝土与钢管密贴；膨胀率太大，钢管可能会把管内混凝土压坏。这是由于混凝土的膨胀一般在早期13天内完成，此时混凝土的强度善不高，不足以抵抗过大的膨胀内力。混凝土早期破坏的后果是相当严重的。三、 膨胀混凝土在进行微膨胀混凝土配合比设计时，除应遵守普通混凝土关于原材料、配合比设计等方面的要求外，尚应针对微膨胀混凝土的特点，注意下列事项：1) 微膨胀混凝土的需水量较大，所以拌和水应比相同坍落度的普通混凝土多10%15%。但是增加水量会增大水灰比，使膨胀率减少，干缩增加，所以应在操作条件允许的前提下尽量减少用水量。2) 减水剂能加快钙钒石的生成，将会减少膨胀率。但在明矾石膨胀水泥混凝土中，掺加水泥质量0.5的MF减水剂，可以降低水灰比10，而且可以改善和易性，增加早期强度和稍增加限制膨胀率，所以是可以掺用的。3) 普通混凝土的水灰比法同样适用于微膨胀混凝土。我国常用的明矾石膨胀水泥混凝土，当水灰比为0.52，水泥用量为350kg/m3时，28d抗压强度大于30MPa，后期强度还有较大增长，6个月的强度为28d强度的150。在限制条件下强度还能增加约10%。4) 进行微膨胀混凝土的配合比设计时，可以采用试配法。即首先通过34个水灰比找出强度和水灰比的关系曲线，再根据要求的强度来选定水灰比；按选定的水泥用量来计算加水量，再根据选定的砂率（可略低于普通混凝土），来计算试配用的混凝土配合比。进行试配时，要核对坍落度，并制作强度试件、自由膨胀率试件和限制膨胀率试件。当强度和膨胀率均符合设计要求时，再经过现场试拌进行调整，便可确定工程采用的配合比。在进行膨胀混泥土配合比设计时，还应考虑膨胀效果的影响因素。一般来说，不论是补偿收缩作用还是自应力作用，膨胀剂的膨胀效应都可以有膨胀能的大小表示。但是，膨胀能的测定及有效膨胀能的计算等重要问题迄今尚不能很好解决，因此，有必要了解影响膨胀效应各种因素。1) 膨胀能：膨胀能的大小与膨胀剂种类和细度有关。2) 水泥用量：掺膨胀剂的混凝土的膨胀值和自应力值随着水泥用量的增加而增大。我国有关标准规定水泥用量不应低于300 kg/m3，以保证膨胀率的最低限值。3) 水灰比：水灰比对混凝土强度的影响很大，而掺膨胀剂混凝土的强度又与混凝土膨胀之间有着密切的关系。四、HPC的配制要点基于以上讨论可知，必须选用质量优异的高效减水剂或泵送剂，必须保证此混凝土拌合物在2个小时内均能保持较大的流动性（2小时内坍落度保持在180mm以上）。钢管拱混凝土采用C50流动性微膨胀混凝土，混凝土的可泵性，和易性，坍落度直接影响着泵送混凝土时的泵送压力，泵送时间及管内混凝土的质量。临汾市十一月最低气温为-7，根据这一条件，选定配合比使用最低环境不应低于-10，强度要求f1445Mpa，f2850Mpa，混凝土应自密成型，无收缩补偿的性能。具有微膨胀性，低气泡，高流动性，骨料应微呈悬浮状态，不能下沉，而且还要防治离析，出于工期及现场施工要求混凝土有缓凝早强性能。混凝土配合比设计要点如下：1) 水灰比要小于0.4，坍落度在12cm18cm之间，以16cm最佳。2) 掺入减水剂，FDN最好，也可选用M型、YJ-2、UNF2型减水剂，掺量0.9%1.2%。3) 掺微膨胀剂，可选用钙钒石类、UEA等。掺量10%20%。4) 为了增加混凝土的和易性，降低水化热，可以加入5%的一级粉煤灰。5) 加入缓凝剂延长初凝时间。初凝时间控制在12h左右，终凝时间在14h左右。6) 配料强度应大于1.11.15倍设计强度。五、配合设计过程 1、设计要求根据JTJ0412000公路桥涵施工技术规范混凝土工程中关于使用的材料和配合比设计的要求，进行配合比设计。1.1 试配强度为了保证混凝土配合比的质量，必须考虑配制混凝土的强度有一定的保证率。混凝土的配制强度是根据标准差来确定。fcu.o = R+1.645 = 50+1.645× = 59.9MPa1.2指标控制坍落度拟控制在120180mm。 2、使用原材料2.1 水泥采用山西省新绛威顿水泥有限责任公司生产的威顿牌普通硅酸盐水泥P.O 52.5，其各项指标见表1：表1 水泥各项指标水泥品种比重(g/cm3)细度()标 准稠 度()凝结时间安定性抗压强度MPa抗折强度MPa初凝终凝3d28d3d28d威顿牌P.O 52.53.10.226.71h40min2h20min合格27.760.14.819.452.2 细骨料经过对临汾地区原材料的调查，砂主要有汾河砂和王开砂，汾河砂属中砂，但由于汾河受到污染，该砂中含泥量超标并有大量的硫化物，所以经过比较决定使用洪洞县王开砂场的王开砂。其各项指标见表2: 表2 细骨料各项指标品种细度模数表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)含泥量()泥块含量()云母含量()压碎指标()坚固性指标粗砂3.28266014802.20.20.227合格2.3 粗骨料采用山西省临汾市尧都区刘村镇杨家庄碎石，用510 mm和1631.5 mm两种单粒径碎石组合双级配混合骨料，其组成比例为510 mm碎石：1631.5 mm碎石=30：70其各项指标见表3：表3 粗骨料各项指标品种最大粒径（mm）表观密度（kg/m3）堆积密度（kg/m3）含泥量（）泥块含量（）针片状含量（）压碎指标（）碎石31.5271015100.90.12.67.02.4 减水剂良好的外加剂对混凝土的性能起着关键的作用。山西路桥集团新型建材有限公司外加剂厂产品质量稳定、价格便宜、便于运输经过综合比较选用该厂生产的GQ-3A缓凝高效减水剂其各项指标见表4：表4 外加剂各项指标品种减水量（）含气量（）收缩率比（）GQ-3A缓凝高效减水剂181.8982.5 粉煤灰 太原一电厂一级粉煤灰。 3、配合比计算（重量法）3.1 试配强度fcu.o= 59.9MPa。3.2 水泥实测强度fce=57.8MPa。3.3 水灰比的确定W/C =(aa×fce)/(fcu.o+ aa×ab ×fce) =(0.46×57.8)/(59.9+0.46×0.07×57.8) = 0.43根据我国混凝土泵送技术规程（JGJ/T10-95）中规定，泵送混凝土的水灰比宜为0.400.60。根据计算选择基准水灰比为0.43，符合混凝土泵送技术规程的要求。用水量的确定：泵送混凝土的坍落度，是指混凝土在施工现场入泵泵送前的坍落度。泵送混凝土的坍落度，除要考虑捣实方法外还要考虑其可泵性能。试配时要求的坍落度值应按该式计算：T1TV+T式中：T1 试配时混凝土要求的坍落度；TV 混凝土入泵时要求的坍落度；T 试验时间内的坍落度损失。临汾大桥现浇边跨拱肋高度小于30m，查表得坍落度的要求为100140mm。我项目部在浇筑C50泵送混凝土时，正处于夏季高温期，考虑到工序衔接以及搅拌站的搅拌能力等问题，最终将试拌坍落度确定为160 mm。碎石最大粒径31.5 mm ，以查表中坍落度最大为90 mm的用水量为基础，以坍落度每增大20 mm，用水量增加5 kg/m3的方式 确定用水量为：Mco=223kg/m3。根据砼标号和水泥的强度等级，结合外加剂厂家的推荐掺量，分别进行了外加剂掺量为2%和2.5%（水泥用量的）的试拌，通过试验GQ-3A缓凝高效减水剂2%掺量减水率为1=18%，2.5%掺量减水率为2=20%，因此掺加外加剂后的实际用水量为：由Mwa=Mwo（1-）可得：Mwa1=223×（1-18%）=183（掺量为2%）Mwa2=223×（1-20%）=178（掺量为2.5%）式中：Mwa掺外加剂混凝土中用水量（kg/m3）Mwo未掺外加剂混凝土中用水量（kg/m3） 外加剂的减水率（）1.4 水泥用量的确定以0.43水灰比为基础上下浮动0.03，则水灰比采用0.40、0.43、0.46三种。表5 水泥用量表外加剂掺量（）水灰比用水量（kg/m3）水泥用量（kg/m3）00.42235580.432235190.4622348520.41834570.431834260.461833982.50.41784450.431784140.46178384在泵送混凝土施工中水泥用量除满足混凝土强度要求外，还必须满足混凝土的可泵性要求。因为泵送混凝土是用水泥浆或灰浆润滑管壁的。为了克服输送管道内的摩擦阻力，必须有足够的水泥浆包裹骨料表面和润滑管壁，我国规定泵送混凝土最小的水泥用量不小于300kg/m3。经过计算以上三组水泥用量均符合泵送需要。1.5 砂率的确定在泵送混凝土配合比中除单位水泥用量外，砂率对于泵送混凝土泵送性能也非常重要，由于泵送混凝土拌和物经过输送管道的锥形管、弯管和软管等部位时，混凝土之间的相对位置将会发生一定变化，如果水泥砂浆体量不足，就会容易堵塞。为了保证混凝土的泵送性能，当坍落度为160 mm时，将砂率确定为：SP39%。1.6 砂石的用量表6 砂石用量外加剂掺量（）水灰比用水量（kg/m3）水泥用量（kg/m3）砂用量（kg/m3）碎石用量（kg/m3）00.42235586319880.4322351964710110.46223485660103220.418345768610740.4318342669910920.4618339870911102.50.417844569310840.4317841470511030.461783847171121采用重量法，假定每立方米混凝土的重量为Mcp=2400kg，则：MCOMgoMsoMwo=McpSP= Mso/MgoMso×100% 4、配合比的试拌4.1试拌混凝土试拌采用机械搅拌、标准养护室养护。按计算出的配合比选择掺加外加剂的进行试拌，并测定拌和物的和易性及其容重，通过比较分析，最后选用外加剂掺量为2%、水灰比为0.43的配合比，并在此基准配合比的前提下增减0.02，并拌制了三个不同水灰比的混凝土，共成型不同水灰比的试件共9组，其结果见表7：表7 试拌配合比成果序号W/CSP(%)W(kg)C(kg)S(kg)G(kg)GQ-3A砼和易性坍落度(mm)抗压强度(MPa)3d7d28d10.433918342669810938.52好16038.256.063.120.413918344669110808.92好15040.159.067.530.453918340770611048.14好17036.951.259.74.2 调整上述三个配合比经过比较分析W/C=0.43的配合比更能符合施工现场的要求，所以决定采用该项配合比。又因为砼表观密度经实测为2490kg/m3，与计算不同，所以每立方米砼材料用量需要调整，乘以2490/24001.0375每立方米材料用量为：Mwo=1.0375×183=190 kg/m3Mco=1.0375×426=442kg/m3Mso=1.0375×698=724 kg/m3Mgo=1.0375×1093=1134 kg/m34.3 验证此配合比提出后，我们又进行了多次重复性试验，均与原配合比相吻合。一次性通过了总监办中心试验室的验证。我项目从2006年6月15日2006年7月14日对78及34边跨拱肋及其横撑进行了浇筑，共进行了32组强度试验，经统计分析，结果如下：平均强度为55.1Mpa，标准差为2.118，达到了试配的目的。边跨拱肋在本桥中是比较难施工的一部分，它采用二次抛物线形状将横梁与拱座连成一体，单肋的混凝土方量达155m3，重量大，对地基的承载力要求高。在施工前对地基进行处理，防止其在重力作用下产生变形，影响拱肋浇注的质量。又因为混凝土浇注后下步工序的要求（横梁及拱肋混凝土强度达到设计混凝土强度的90以上时，进行钢绞线的张拉、孔道压浆、封端工作）所以要求配合比有较高的早期强度，经过对试块抗压强度的检验，用该配比生产的泵送混凝土满足了后步工序的施工要求。4.4、选定的配合比表8 配合比名称水水泥砂石子外加剂掺合料水灰比材料用量（/ m3）1904758228906.352.83.6比例0.411.731.871.3%11%表9 砼各项技术性能指标项目砼强度Mpa凝结时间砼坍落度cm限制膨胀率%和易性可泵性4d28d初凝终凝0h2h4h7d14d28d指标47688h10h2019180.060.020.01良好良好配合比选定后，项目部请专家论证，确定其可泵性，和易性，坍落度，均满足钢管拱灌注的要求。在实际施工时发现泵送控制压力达到设计压力2.5Mpa，而泵送压力偏高，试验发现坍落度偏小，流动性差，造成泵送压力大，将坍落度调整为200±20mm后，泵送压力稳定。六、小结 C50泵送混凝土属高强混凝土，它的配制具有特殊要求，需要仔细选用砼材料。如水泥标号、外加剂、混合材料、粗细集料及粗细集料的最大粒径、品种等，慎重选择混凝土配合比。边跨拱肋属大体积混凝土，在混凝土浇筑时由于水泥水化产生大量的水化热使混凝土内外产生温度差，造成温度裂缝为了解决温度裂缝决定采用以下办法，采用高标号水泥降低水泥量，在配比中加入缓凝高效减水剂用来延缓水化峰值出现时间，严格控制砂石料的含泥量在高温时间用冷水进行冷却，现结合实际试验情况，总结该混凝土配合比设计过程及体会。 1、获得优质泵送混凝土的基本条件1) 选择适合的原材料，原材料主要包括水泥，外加剂和砂石集料等。选择材料时既要考虑就地取材，便利易得，又要考虑质地优良，适宜工程要求。2) 选择适宜的配合比，要正确处理保证工程与节约水泥的关系，使用混凝土具有适宜的工作性，强度和耐久性等性能，充分满足工程设计和施工中提出的要求，同时还要通过试验优化设计，达到较优的经济效果。3) 加强搅拌站的工作过程控制，骨料按先粗骨料后细骨料的顺序投放，每盘搅拌量不应超过该搅拌机最大工作量的80%，严格控制搅拌时间保证生产出的混凝土有良好的工作性能。4) 加强施工控制，保证施工质量。优质经济的混凝土能否在工程中充分实现。在很大程度上取决于施工原材料的质量，施工现场浇筑和振捣质量及施工养护等方面。许多工程事故往往由于施工不良造成的，因此必须高度重视施工质量，加强施工监控与管理。 2、体会和认识1) 在配合比设计过程中由于试验设备与工程机械的差异，试验室的条件与施工现场有差异，要获得实际工程满意的和易性，就要多做工地试验，根据试验结果对配合比再进行调整。2) 在配合比设计中要考虑所设计的配合比是否经济合理，选择各项材料时，除考虑技术上符合要求外材料还要进行比较，每种材料要有两个以上的来源，如果技术上认为几种材料均适合，就应当选择最低廉的材料，这样选择的配合比才比较经济合理。3) 外加剂要选用性能稳定的高效减水剂，高效减水剂减少拌合用水量增加强度以增加流动性，只有这样才能得到水灰比小，和易性好的混凝土。4) 水泥的选用要注意水泥和外加剂的相适应性，同时水泥宜采用P.O 52.5 的水泥，用P.O 42.5R的水泥用量大，水化热大，生产的混凝土易开裂。5) 砂必须选用含泥量小、泥块含量少符合要求的砂，才能配制出和易性好的混凝土。6) 泵送混凝土的水灰比在施工时一般比理想水灰比大，水灰比大在通常情况下有利于泵送但水灰比过大对混凝土后期的强度和耐久性有重大影响。7) 粗集料除满足各项技术要求外，最大粒径应符合泵送施工设备的要求，建议不大于管径的1/5，石子应尽量选择颗粒较圆、表面较平滑的石子。8) C50泵送混凝土，砂率一般较大，虽然增大砂率可以改善混凝土的可泵性，但砂率过大不仅使用水量增大，而且影响混凝土的技术性能。应必免于由砂率过大而影响混凝土强度。9) 严格控制搅拌站的计量，如果计量不准确就会影响混凝土的各项指标10) 由于采用大型搅拌站拌合混凝土，高水泥用量和小颗粒组料，拌合时间宜适当延长。11) 由于临汾大桥在施工期属于雨季应在施工中注意每天的天气变化情况，控制好原材料的含水量。第三节 膨胀混凝土的泵送施工钢管拱结构在吊装安装完毕后，用泵送顶升法进行管内混凝土的灌注施工。泵送顶升法是在钢管拱脚部接近地面适当位置处开压注孔并将设有闸阀的钢管进料口与泵管相连，延拱轴线在钢管顶部设若干个排气孔，混凝土在泵压力作用下，由下而上顶升，靠自重挤压密实充填管腔，与钢管共同工作。内注混凝土的质量直接影响主拱结构的受力性能，其强度、性能与施工质量将会直接影响整个拱结构的受力性能。钢管内部混凝土质量对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就会出现质量事故，造成泵送困难，内有空气，不饱满，混凝土和钢管间有收缩空隙及承载能力下降等问题。为了保证混凝土泵送质量，对泵送施工工艺的研究也很必要，主要考虑以下主要内容：1) 泵送顺序的确定2) 泵送机械的选择，主要包括机械的功率、最大扬程、泵送管径的大小、3) 泵送工艺的确定等等下面分别介绍。一、 输送泵及配套设备的选择 1、输送泵在泵送混凝土前，首先应进行混凝土输送泵的选型。根据所需泵送的高度、距离、速度等计算输送泵的最大输送压力及泵送功率，确定选用输送泵的规格型号，以及与之相配套设备。混凝土输送泵应当满足性能可靠、能连续灌注，其额定扬程应大于1.5倍灌注顶面高度，其出口泵压不超过规范要求，以免压裂钢管。输送泵的额定速度应满足：v1.2Q/t式中：v 输送泵的额定速度，m3/h；t 混凝土的终凝时间，h；Q 混凝土的灌注方量，m3。 通过论证，确定选用HBT60型输送泵，其性能指标如下：1）HBT60额定扬程200m，泵送最大高度为105m主拱，其高度最大为45m，满足输送泵额定扬程大于1.5倍灌注顶面高度的要求。2）输送泵的额定速度为60 m3/h，同一循序3根管砼量最大140m3，两台泵灌注，单泵灌注量70 m3，砼终凝时间按8h计算，HBT60额定速度满足：60 m3/h>1.2×70 m3/8h满足v1.2Q/t要求。 2、配套设备运输车辆配备：共配备4辆混凝土运输罐车，每台泵配备2辆罐车，如发生意外，随时根据施工实际情况作出调整，以保证拱肋钢管混凝土连续浇筑。混凝土搅拌设备：施工现场现有一座拌和站，每盘搅拌1.2 m3，每盘搅拌时间按2min计算，每小时最多可搅拌36 m3砼，完全可满足施工要求。其他施工机械配置见表10。表10 施工机械配置序号设备名称吨位或容量数量备注1高压固定泵60 m3/h4台二台备用2砼运输车7 m34辆 /拱/3吊车25吨1台/4对讲机/6个/5榔头/4把敲击钢管6照明灯/10满足照明需要为佳7装载机501机械倒运二 、工序的组织钢管拱每条拱肋由4个弦管和2个平联组成，共需36次灌注混凝土。灌注顺序遵循先上弦管，后下弦管；先外弦管，后内弦管的原则。其顺序如图1所示：下游拱肋 上游拱肋图1 钢管拱混凝土灌注顺序按先下游，后上游，先东80m，再西80m，后105m的顺序进行。在灌注下游1后，待砼强度达到70%后，灌注上游1，待上游1达到70%后，按顺序对称连续灌注2、3、4、上下平联板。管内混凝土的灌注是一项工序要求比较复杂和严格的工程，通过专家分析论证，将上述工序进一步优化，共分为四个步骤，具体如下：1) 支架搭设；2) 泵管架设，机械转场，泵管加固；3) 泵送混凝土；4) 拆除泵管，清洗泵车及泵管。这四个环节，项目部派专人专职负责，同时由生产经理统一协调指挥。管内混凝土的灌注工艺见图2。图2：管内混凝土的灌注工艺三、 泵送混凝土前的准备工作 1、泵送管道的安装在施工方案确定的位置焊接泵送管道，为了减小泵送压力，泵送管与拱形钢管侧壁必须成不大于30°角进行焊接，焊接前应事先在钢管侧壁选定的开口位置进行开口，开口处事先应画好形状与尺寸，保证与泵送管焊接时尺寸相符、密封良好。泵管采用内径为125mm钢管，经理部派专职技术人员进行排定，在压注孔的位置及管道线路上，搭设支架专门用于架设混凝土输送泵管，保证管道的稳固性，并尽量减少弯头。在泵管对接前，仔细检查管内壁是否清洁，接头和密封圈是否完好，确保不会在泵送过程中发生堵塞、爆裂和泄露现象。对接好后，对输送管还要逐节检查，确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。另外，防止意外发生，在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用，对备用管道的更换要先行试验，熟练掌握。泵管安装好后，禁止人员在管道上行走。在混凝土浇注前，在灌注管上设置防回流截止阀(法兰盘)，并对压浆管与拱肋钢管及法兰盘接口的焊缝作加劲处理。 2、泵送管道上阀门的设置本方案确定使用阀板式阀门，阀板洞口的尺寸应不小于泵送管道的内径，以避免增加泵送压力。加工阀板时两面应平整并涂以黄油以保证阀门处的密封。 3、排气口的设置排气口的位置位于拱顶正上方，直径150mm，在排气口处焊接一直径150mm的钢管（状如烟囱），在排出浮浆层后可保证排气口处混凝土的密实度。 4、搅拌设备检查搅拌站除了提前备齐所有的生产原材料外，搅拌设备也提前做了检查。考虑到连续泵送，检查混凝土运输车，确保泵送时是连续泵送。试验室人员对生产过程进行全程监控，随时反馈现场情况。六、 钢管内C50微膨胀混凝土灌注 1、混凝土灌注工艺流程1) 压注水泥砂浆润湿内壁安设压注头和闸阀压注管内混凝土关闭压注口处闸阀稳定拆除闸阀完成压注。2) 钢管混凝土压注前，螺栓先用生胶带缠绕，再拧紧法兰螺栓，防止栅栏阀泄气，导致压力损失。连接法兰与输送泵管相同，用泵卡上紧。 2、混凝土灌注1) 先泵入两盘高标号水泥砂浆，润滑泵管，然后压入C50微膨胀混凝土，从每跨两拱脚处对称灌注混凝土，在灌注过程中通过计算压入混凝土数量和人工敲击观测灌注来控制两边压注的速度，两端进度相差不大于3m，达到两边相同高度排气孔几乎同时出浆，最后到顶部排气孔同时排出混凝土，拧紧法兰螺栓，拆除输送泵管，接入同一步骤的下一拱肋对应灌注。2) 严格按照钢管混凝土灌注顺序对称施工。3) 灌注平联板内混凝土前，采用塑料薄膜将拱肋弦杆（含平联板）出浆管处覆盖，以免混凝土污损钢管涂装；平联钢板内混凝土灌注时严格检查，防止管壁爆裂。 3、检测结果管内砼灌注后的检测结果见表11。表11 砼实测技术指标砼强度砼限制膨胀率砼凝结时间砼坍落度n =18Mfcu=68.5MpaSfcu=3.5MpaCv=5.1%fcu，min=58Mpafcu，max=72Mpa7d=0.0035%14d=0.0026%28d=0.0018%初凝：14h30min终凝：15h50minn=120msl=21cmSsl=1.1cmCv=5.0%slmin=19cmslmax=22cm七、拱肋线形的控制在泵送混凝土的过程中，应高度重视拱肋线形的变化情况，并采取措施加以控制。 1、线形产生变化的原因线形产生变化的原因主要有下述几点：1) 重力变成水平推力，造成墩身变形；2) 混凝土水化热的热胀造成钢管拱的温度变形；3) 气温变化造成的变形；4) 混凝土在灌注过程中不对称灌注产生重力不平衡造成的变形。 2、控制措施拱肋线形的控制主要是高程和轴线左右的偏移变形的控制。在灌注过程中，针对上述可能出现的变形，采取了如下措施：1) 第一个灌注循环结束后，待钢管拱混凝土强度达到设计70%以上时，张拉系杆，平衡水平推力；2) 调整配合比中的水泥用量，降低水化热；3) 采用仰索预先固定在拱肋1/3处，交叉固定，防止混凝土在灌注过程中冒顶。同时，为防止轴线偏位，采用风缆预先将拱肋固定；4) 严格控制混凝土的泵送数量，确保混凝土上升速度一致；5) 选择相同气温条件下进行监控测量，使测量数据统一；6) 灌注过程中，利用全站仪和拱肋轴线上缘贴反光膜进行拱肋轴线偏位及标高测量。 3、控制效果经测量，采用以上控制措施，效果显著。测量按照4个工况进行，即每根钢管在灌注混凝土前、灌注至混凝土量1/2时、完成时、完成24个小时。测量结果见表12：表12 测量结果砼密实度钢管壁与砼结合程度拱轴线高程变化拱轴线横向偏位拱对称点高程差4# 、5#、6# 、7#墩顶位移变化实测值良好密贴15mm10mm25mm4#:3mm5#:4mm6#:2mm7#:3mm标准值良好密贴25mm25mm30mm8mm评定良好良好合符要求合符要求合符要求合符要求八、冬季施工临汾市十一月最低气温为-7，混凝土泵送施工恰逢冬季，且河道气温较周遭较低。根据这一条件，为防止管内混凝土在低温情况下发生早期冻涨破坏，影响后期强度的增长，需采取必要措施防止混凝土冻害的发生。混凝土冬季施工防止冻害一般有两种方法：一是通过掺加防冻外加剂改变混凝土的凝结硬化条件，使混凝土在负温下能继续水化；二是采用辅助方法，改变混凝土的凝结硬化环境，通过保温，为拌合料提前加热等措施，使混凝土的水化反应不受外界恶劣环境影响。这两种措施也可以叠加使用。由于该混凝土掺加外加剂较多（膨胀剂、减水剂、泵送剂），再加入另一种外加剂，可能会对混凝土的膨胀性造成不利影响（关于掺加防冻剂的膨胀混凝土配合比设计有待进一步研究）。因此，决定采用电热毯及棉被对钢管拱蓄热以保证混凝土正常凝结硬化，抵制低温影响。保温示意图见图3。具体操作方法如下：1) 混凝土灌注前，对电热毯进行通电加热，通电时间不少于2h，且测量温度大于5时，进行灌注，防止管壁过冷引起与钢管接触面发生受冻现象，影响混凝土的质量。2) 拌合用水进行加温处理，保证混凝土的出仓温度。拌制用砂、石料覆盖严密，防止雨 水及冰雪浸入。 图3 拱肋保温示意 3) 混凝土运输采用汽车运输泵车，外面包裹防寒罩，顶升用地泵搭棚进行保暖围护。4) 混凝土灌注时间选在气温较高的上午10:00下午4：00时段进行。5) 出浆、进浆口处覆盖物品，以防止钢管拱被混凝土浸渍，外侧棉被覆盖一层防水布并设置引流通道，将弃液引出拱肋范围，以防污染拱肋包裹材料。6) 灌注后，定时对棉被内侧进行温度测量，当温度30时，断开电热毯电源，当温