钢管混凝土的质量控制

2024-07-09

钢管混凝土的质量控制（精选七篇）

钢管混凝土的质量控制篇1

随着超高层建筑钢结构应用越来越广泛, 钢管混凝土的应用也逐渐增多。钢管混凝土的浇筑高度会比一般建筑的楼层层高高很多。同时普通混凝土结构可通过拆模后的表面质量来推断内部混凝土的密实度, 而钢管混凝土由于没有模板可拆, 导致人们对其内部混凝土的密实度产生怀疑。本文以厦门杏林湾营运中心12号楼钢管混凝土施工为例, 对施工方案、过程质量控制、材料成品结构的检验进行叙述和分析。

1 工程设计慨况

厦门杏林湾营运中心12号楼位于杏林园博园水域中心地带, 杏林湾路东南侧半岛, 与园博园隔水相望。本工程总建筑面积159380m2, 其中地下3层, 建筑面积43320m2;地上54层, 建筑面积116060m2, 建筑檐高262.05m。主楼为现浇钢管混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构体系, 主楼框架柱为现浇钢管混凝土框架柱。本工程钢管混凝土柱主要由14根外框筒圆形柱组成, 钢管外径分为φ1400、φ1300、φ1200、φ1100、φ1000、φ900和φ600七种, 钢管直径随着楼层高度逐渐减小, 壁厚为20~30mm, 材质均为Q345B。采用自密实混凝土, 混凝土强度等级:-3层~22层为C60, 23层~40层为C55, 41层以上为C50。坍落度设计为230~250mm, 扩展度为550~650mm。如表1所示。

其中编号GZT1、2、3、6、7、8、9、10、13、14的钢柱为一分段类型, 分为26段;编号GZT4、5、11、12的钢柱却分为29段。

依据钢管柱分节情况, 地下室钢管柱每一层为一节, 地上部分一至三层为一节。地下室单根单节钢管柱混凝土最大浇筑量为负3层的一节φ1400×30段 (长度为5.750m) , 浇筑量为8.8m3;最小浇筑量为6m3。地上单根单节钢管柱混凝土最大浇筑量为GZT1、2、3、6、7、8、9、10、13、14中17F的φ1200×30段 (长度为13m) , 单柱单节混凝土浇筑量为14m3;单次总浇筑量最大约为180m3。

2 混凝土浇筑方式的确定

一般地, 钢管内混凝土可采用泵送顶升浇筑法、立式手工浇捣法或高位抛落自密实法等三种施工工艺进行施工, 现就此三种施工工艺进行对比。

(1) 泵送顶升浇筑法:在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管, 直接与泵车的输送管相连, 由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管, 无需振捣。钢管直径宜大于或等于泵径的两倍, 对于大直径及浇筑高度较大的钢管混凝土, 一次性浇筑高度大, 混凝土的自重大, 对输送泵的压力要求较高, 而且浇筑一旦出现紧急情况而中断后将无法继续顶升, 并且必须反复接管, 耗时较多, 混凝土坍落度损失严重。

(2) 立式手工浇捣法:混凝土自钢管上口灌入, 用振捣器捣实。管径大于350mm时, 采用内部振捣器 (振捣棒或锅底形振捣器等) 每次振捣时间不超过20s, 一次浇筑高度不宜大于2m。一次浇筑的高度不应大于振捣器的有效工作范围和2~3m柱长。

(3) 立式高位抛落自密实法:利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的。若用塔吊浇筑, 一次抛落的混凝土量宜在0.7m3左右, 用料斗装填, 料斗的下口尺寸应比钢管内径小100~200mm, 确保混凝土下落时, 管内空气能够排出。适用于管径大于350mm, 高度不小于4m的情况, 对于抛落高度不足4m的区段, 应用内部振捣器铺助振实。

本工程设计钢管外径由底部1400mm变化到顶部的600mm, 分节系一至三层为一节, 钢管柱分节的高度较大, 有利于高抛自密实施工法的施工。且每楼层范围内有2~4道加劲板隔断, 中间浇筑孔径700~400mm, 无法下人操作。综合考虑到本工程实际情况, 选择立式高位抛落自密实法的方式进行钢管混凝土浇筑。

由于采用泵送时布料机无法覆盖所有柱子, 且本工程钢管柱每次 (单节) 总浇筑量均小于180m3, 浇筑方量不大, 拟采用塔吊和4m3料斗进行施工。

3 现场模拟试验

在钢管混凝土施工之前, 进行现场钢管混凝土1∶1模拟试验。

3.1 试验步骤

安装900mm管径柱脚→安装直段钢管及支撑→安装临时操作架→浇筑系统布置→混凝土浇筑→钢管混凝土柱肢解及抽芯检测→模型处理。

3.2 试验柱的制作

(1) 钢管柱的制作。钢管直径900mm, 钢管厚度20mm, 钢管高度取9.9m;钢管内壁焊接厚32mm宽度245mm的横隔板, 横隔板共8块, 横隔板间距同钢管混凝土柱加工图, 隔板中线4个对称位置各设置Φ25mm排气孔。

(2) 对钢管内壁进行除锈 (在出厂前进行喷砂除锈, 达到Sa2.5级要求, 进入现场根据需要, 局部采用角磨机磨光。) 。

(3) 钢管支撑。钢管安装时利用原支撑架并结合水平钢管箍及Φ20揽风绳加以固定。揽风绳拉点在钢管两侧对称设置4根。

(4) 搭设试验支撑平台。用钢管架搭设9m (长) ×9m (宽) ×9.2m (高) 试验支撑平台 (平台四周设1.2m高防护栏杆) , 模拟现场高抛的形式, 用吊车将混凝土提至钢管上方 (抛落高度11m, 打开阀门, 以便混凝土以自由落体方式灌注至钢管。

(5) 浇筑C60自密实混凝土 (内掺膨胀剂) 。控制混凝土坍落度为230~250mm, 扩展度为550~650mm。

3.3 模型肢解

肢解时先用气焊将钢管割开 (以加劲板为界进行分割) , 再沿长度方向每1.4m左右用截桩机将混凝土柱截断。完成后, 对混凝土进行钻芯取样, 每段混凝土短柱取1件直径为150mm高度为200mm的芯样, 取样应遵守《钻芯法检测混凝土强度技术规程》 (CECS03∶88) 的相关技术要求。取样后对芯样进行混凝土抗压强度试验。

3.4 试验结论

检测结果报告显示:桩身完整;取芯试块达到强度要求;钢管切割开后显示:钢管内部的混凝土表面平整、光滑, 不存在气孔现象, 混凝土与钢管接触面严密, 无明显的裂缝, 符合设计要求, 表明浇筑工艺试验成功。

4 混凝土的控制要点

4.1 原材料及配合比技术要求

混凝土配合比应根据混凝土强度等级计算, 并通过试验后确定, 除满足强度指标外, 尚应注意混凝土坍落度的选择。对于立式高位抛落无振捣浇筑法, 粗骨料粒径可采用5~20mm, 水灰比不大于0.45, 坍落度不小于230mm, 为满足上述坍落度的要求, 应掺适量减水剂, 为减少收缩量, 可掺入适量的混凝土微膨胀剂。

(1) 水泥:防水混凝土采用较低水化热的P.O42.5R普通硅酸盐水泥, 每立方米水泥含量353kg。

(2) 粗骨料:粗骨料应选用质地坚硬级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石, 骨料母体岩石的立方体抗压强度应比所配制的混凝土强度高20%以上, 本工程选用花岗岩碎石。

(3) 细骨料:为提高混凝土的和易性, 细骨料采用中砂, Ⅱ区级配, 细度模数为2.9, 含泥量不大于1.5%。

(4) 掺合料:掺入一定比例的粒化高炉矿渣粉和粉煤灰, 减少水泥用量, 掺量不宜大于胶结材料总量的30%。

(5) 外加剂:采用聚羧酸减水剂和膨胀剂, 高效减水剂掺量宜为胶结材料总量的1%~2%。

(6) 钢管混凝土初凝时间控制在10~12h;坍落度控制在240±10mm;扩展度控制在550~650mm, 配制高强混凝土所用的水胶比宜采用0.20~0.30。

4.2 混凝土浇注要点

在进行钢管混凝土灌注时, 需用特别定制的4m3的吊斗将混凝土吊至钢管柱上口, 然后灌入钢管柱内。施工中, 应注意以下几个方面:

(1) 现场应进行塌落度、扩展度的试验。当发现塌落度不足时, 严禁往混凝土内加水。完成塌落度测试以后, 应轻轻拍打混凝土试样, 观测混凝土的保水性。

(2) 在混凝土浇注前, 在钢管柱的四周搭设一定宽度的操作平台, 以便于施工人员操作。

(3) 每次浇筑混凝土前, 应先浇筑一层厚度为100~200mm的与混凝土等级相同的水泥砂浆, 以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。

(4) 各钢管柱分节长短不一, 不同的钢管柱超出同一楼层的高度不一, 钢梁连接好后, 浇筑至各钢管柱管口以下30cm, 以减少下节钢管柱焊接时管口处温度过高对混凝土的影响。

(5) 在浇注混凝土前2h充分湿润混凝土的接触面。如遇雨天应及时用盖板盖住钢管柱顶, 以防钢管柱内进水。对于钢管柱内的积水, 在混凝土浇注前应排除干净。

(6) 当混凝土浇注至加劲环处时应控制浇注速度, 以便通过混凝土的流动排出加劲环下的空气, 以防加劲环下出现空隙。

(7) 当混凝土浇注高度至管口小于4m时, 由于此时高抛效果不明显, 该段范围可用普通振动棒进行辅助振捣。振捣棒垂直插入混凝土内, 应短插密振, 辅助振捣时间控制在20s内, 以防混凝土出现离析, 对加劲板位置也可用振动棒辅助振捣。

(8) 除最后一节钢管柱外, 每节钢管柱浇筑完, 应清除掉上面的浮浆, 待混凝土初凝后灌水养护, 用塑料布将管口封住, 并防止杂物掉入。当最后一节浇筑完毕后, 用塑料布将管口封住, 待管内混凝土强度达到要求后, 用与混凝土强度相等的水泥砂浆抹平, 盖上端板并焊好。

(9) 在高抛混凝土的施工过程中, 应将出料口直接对准加劲环中心, 使混凝土直接落入柱底, 以防混凝土从出料口卸料后, 撞击钢管壁, 导致出现砂石分离现象。同时防止混凝土扩散后堵塞上层加劲板上的排气孔, 造成加劲环下出现空隙。泵管出料口需伸入钢管内, 利用混凝土下落产生的动能来达到混凝土的自密实。

(10) 为了保证钢管柱内混凝土密实度, 避免出现空洞等缺陷, 浇筑速度不宜太快, 边浇筑边安排人员敲击钢管柱身, 监控混凝土的密实度。

4.3 钢管混凝土检测

本工程钢管柱混凝土施工中三次进行超声波检测混凝土密实性, 分别位于16F (避难层) 、30F (标准层) 、42F (桁架层) 三节钢管, 每次检测三根钢管柱混凝土。目前尚无钢管混凝土超声波检测标准, 所以套用灌注桩的检测标准, 检测均为I类桩, 结果良好。

5 结束语

厦门杏林湾营运中心12号楼于2014年12月封顶, 主体结构能够顺利完成主要得益于施工过程中的严格质量控制和施工工艺选择的正确性。钢管混凝土采用高位抛落自密实法, 加上立式手工浇捣法, 是保证本工程施工质量的关键, 辅以现代科技检测手段及混凝土材料配合比的控制, 最终达到了较为理想的预期成果, 为后期工程的进一步开展奠定了坚实的基础。

摘要：本文主要介绍厦门杏林湾营运中心12号楼主楼现浇钢管混凝土框架柱的结构特点、施工工艺和质量要求, 包括自密性混凝土施工、塌落度调整、高位抛落的浇筑方法及钢管混凝土的质量检查方法。在施工之前, 选择合适的混凝土配合比, 进行自密实混凝土的模型试验, 确定钢管混凝土无裂缝, 能够满足设计要求, 确保顺利施工。

关键词：钢管混凝土,自密性混凝土,模型试验,立式高位抛落自密实法

参考文献

[1]CECS03∶88钻芯法检测混凝土强度技术规程

[2]CECS2890钢管混凝土结构设计与施工规程

[3]彭伟, 汪再红.复杂钢管混凝土柱的混凝土浇筑施工技术[J].建材世界, 2010, 2 (3) :64-67.

[4]朱家荣.自应力钢管混凝土拱桥施工技术研究[D].重庆:重庆交通大学, 2010.

钢管混凝土的质量控制篇2

钢管混凝土是钢管中填入混凝土构成的一种组合,发挥出了混凝土、钢管两者的优势,提高混凝土抗压强度的同时克服了钢管易局部扭曲的缺点,承载力大大提高,在高层、超高层建筑的应用中越来越广,其特点主要表现在:承载力好、抗震性能高、防火性能好、施工便捷等。

1.1 承载力好,抗震性能高

混凝土受到钢管的束缚后,处于三向受压的状态,强度大大提高,同时可以避免钢管出现局部弯曲的问题,提高钢管的抗变形能力。钢管和混凝土两者发挥出了各自的优势,克服了彼此的弱点,大大提高了构件的承载力及抗震性能。钢管混凝土构件的承载力比单独的混凝土与钢管柱承载力之和还要大。

1.2 防火性能好

混凝土的吸热能力较强,火灾时,钢管中的混凝土会吸收表面的温度,混凝土受到钢管的保护降低了崩裂的可能性。由于钢管混凝土柱的温度分布不均,提高了柱体抗火性,延长了升温时间。在火灾中,钢管经不住高温的侵蚀后,将荷载传输给混凝土,混凝土可以承载部分荷载,延缓结构坍塌。

1.3 施工便捷,缩短工期

钢管混凝土中钢管可以当作骨架承担一定荷载,可以节约模板工程的费用,在结构组装过程中,混凝土内部没有钢筋笼,简化了施工,缩短了工期。混凝土浇筑后,钢管混凝土的温湿度较为稳定,不易蒸发水分,混凝土的养护方式也更为简单。

2 钢管混凝的质量控制要点

2.1 混凝土质量控制要点

(1)控制好原料及配比。混凝土在满足强度之外,还要重视混凝土坍落度,就立式高位无振捣浇筑方式而言,可以选择直径为5-20mm的粗骨料,坍落度大于230mm,水灰比小于0.45,为了满足上述要求,混凝土配比时可以适当掺用外加剂,如减水剂,微膨胀剂等,减少收缩量。水泥可以用水热化较低的普通硅酸盐水泥,粗骨料最好选择级配好、质地硬的花岗岩、石灰岩、辉绿岩等小碎石,为增强混凝土和易性,混凝土掺用细骨料时,可以在细骨料中适当掺杂砂。掺和料,粉煤灰、矿渣粉等要按照一定比例掺入进去,水泥用量可以适当减少,其掺量小于胶结总量的1/3。

(2)混凝土浇筑要点。浇筑钢管混凝土时,需要注意的浇筑要点有:第一,事先搭建好具有一定面积的操作平台,方便浇筑操作。由于钢管的长短不同,钢管越过同楼层的高度也不同,连接好钢梁,混凝土浇筑至管口下方30cm,降低温度对混凝土的影响。第二,混凝土接触面要事先充分湿润,但不能过分湿润,雨天施工应该做好防护措施,避免钢管进水。第三、混凝土的浇筑高度与管口小于4m时,所产生的高抛效果不佳,此范围之内的浇筑可以用振捣器进行振捣,时间控制在20s内,避免离析混凝土。第四,钢管柱浇筑完成之后,清除管柱上的符浆,待符浆初凝后才进行灌水养护。为了避免杂物进入,还要封住管口。最后一节柱浇筑结束并封口后,钢管内的混凝土强度符合要求就可以用强度相当的混凝土抹平。第五,混凝土的浇筑速度不能太快,浇筑时要敲击柱身,随时查看混凝土密实情况。第六,混凝土高抛过程中,出料口要对准中心,让混凝土落入钢管底部,避免混凝土桩基管壁,分离砂石。为了避免扩散后的混凝土堵塞排气孔,加劲环下方出现空隙,需要利用混凝土产生的动能来提高混凝土的密实性。

2.2 钢管质量控制要点

(1)通常情况下,钢管格构柱或者钢管不超过12m,若后期吊装需要,也可以进行现场拼接。钢管焊接时要需要保持管肢平整,既要控制几何尺寸也要注意形变问题给肢管带来的问题。肢管对接的缝隙可以扩大0.5mm左右,以应对收缩变形。为了保证焊接质量,在管内对接处添加衬管,厚度约3mm、宽度约20mm,衬管和管内壁控制0.5mm的膨胀间隙。缀件和肢管组装应严格按照工艺设计要求进行,连接角度与尺寸需准确。组装格构柱之后,要按照吊装平面图就位,确保在节点处使用垫木支平。在真个安装工程中,需要根据图纸反复检查,在钢管构件上标好记号;构件焊接之后要进行防腐蚀处理,

(2)钢管吊装时要减少吊装荷载情况下的形变,对钢管柱本身稳定性及承载力计算之后才能确定吊点位置,还可以根据情况进行加固措施。在吊装过程中,为了避免异物落入管内,钢管应封口。若为预制钢管混凝土结构需要混凝土强度达到50%后才能进行吊装步骤。钢管吊装就位之后,需要进行校正,为了构建稳定可以采取临时加固措施。

3 钢管混凝土质量检测

目前使用较多的钢管混凝土质量检测方法有超声波法、表面波法和钻芯法等。超声波法检测钢管混凝土的密实性、均匀程度,其原理主要是通过发射换能器的高频振动,其振动波经过钢管的圆心传递到了钢管的另一端,在此过程中超声波遇到缺陷会改变传播路径,能量衰减,接收到的声幅声时、频率等都会有相应的变化。钻芯法是一种直观性很强的方法,直接反应出混凝土完整程度,还可以准确的验证混凝土强度。在实际工程中,使用超声波法、钻芯法综合判断钢管混凝土质量,混凝土强度结果更为精确。

4 结束语

钢管混凝土具有钢管和混凝土的优势且克服了两者的劣势,构成了性能较好的结构。在高层建筑结构中的应用越来越广泛。控制钢管混凝土质量,需要控制钢管的质量,特别应重视混凝土的质量及浇筑要点和浇筑流程,并采用合理的检测方法,确保钢管混凝土密实性。

参考文献

[1]胡一峰.钢管混凝土结构工程质量控制及工程运用[D].北京建筑大学,2013.

钢管混凝土的质量控制篇3

太中银铁路ZQ-VII标DK697+043.36 12-32m+1- (60+96+60) m+21-32m石中高速公路特大桥位于宁夏自治区中宁县境内, 为太中银铁路上跨石中高速公路而设。桥全长1316 m, 主梁采用 (60+96+60) 预应力混凝土连续梁和中孔钢管混凝土加筋拱组合结构体系。拱轴线采用二次抛物线, 中跨96 m, 矢高16 m, 矢跨比1/16。主梁为三向预应力结构, 边支点、中支点横梁和拱脚为钢筋混凝土结构, 梁体采用单箱单室, 直腹板界面。箱梁顶宽10.8 m。地板宽6.6 m。顶板厚度40 cm, 地板厚度35-75 cm, 腹板厚度50-75-90 cm。

2 支架设计

2.1 支架基地处理

2.1.1 普通地面处理

对于两墩之间原地面为耕地地段采用换填法处理。既有地面承载力只有40Kpa, 不能满足施工中地基承载力大于260Kpa的要求, 现场采用挖掘机对箱梁下方15m宽度范围内松软土全部挖除, 采用含石量在60%以上的砂砾石换填, 并用推土机对场地全部进行推平, 并设置横向双向横坡, 坡度控制在1%范围内, 便于及时排除雨水。再用18T振动压路机碾压6～8遍, 直至地基孔隙率达到10%, 地基承载力达到260KPa。另外, 为了增强地基整体受力效果, 基地横坡调整到位后, 在地基上浇注一层15cm厚C20混凝土。

2.1.2 高速公路路基边坡处理

桥中间所跨高速公路的路基高度约4.5m, 对于高速公路路基边坡采用在边坡砌筑M10片石作为脚手架基础。片石沿边坡砌筑成1.2m×0.6m台阶, 片石厚度0.6m。

2.1.3 高速公路路面处理

对于高速公路路面地段, 为了增加地基承载力, 在所有脚手架底托下放一个预制块, 增大地基承载力, 防止路面被破坏。预制块采用0.10m×0.25m×0.25m的C25砼预制。高速公路中间绿化带采用人工夯实, 然后浇注一层30cm厚C20混凝土。

2.2 支架布置及模板设计

2.2.1 支架布置

支架采用碗扣式脚手架。支架间距为:

(1) 梁高大于3.85m, 两侧腹板下1.2m范围内, 立杆间距采用0.3m, 底板及翼缘板下横向、纵向间距采用0.6m, 横杆步距采用0.6m及1.2m间隔布置;

(2) 梁高在3.85～3.025m范围内, 两侧腹板下1.2m范围内, 立杆间距采用0.6m, 底板及翼缘板下横向间距、纵向间距采用0.9m, 横杆步距采用1.2m;

(3) 梁高在3.025m～2.7m范围内, 两侧腹板下1.2m范围内, 立杆纵横间距采用0.6m, 底板及翼缘板下横、纵向间距采用0.9m, 横杆步距采用1.2m。

为增加支架刚度及稳定性, 纵横向用φ50mm钢管间隔1.2m设置一道剪刀撑。碗扣式脚手架顶托上顺桥向布设槽钢, 槽钢上横向布设方木, 上铺木胶板作底模。

2.2.2 模板底纵横梁布置

模板底的纵横梁布置需要经过计算确定, 不但要满足施工需要, 还要做到节约成本的要求。经过我们计算最终确定以下布置方案。底模下纵梁采用[14b型槽钢, 槽钢上横梁采用10cm×10cm方木。槽钢布置按照支架, 要求每个支架顶托必须都要顶到纵梁上。全桥横梁顺桥向按间隔0.2m布置。

因为梁底是曲线, 所以, 支架顶托与纵梁并不能全部全面垂直接触, 为了保证支架顶托全面受力, 我们在顶托与纵梁接触的间隙打入木楔。并且, 在槽钢接头处, 加入2m长[10b槽钢, 保证纵梁的整体性。

2.3 高速公路门洞设计

本铁路桥与高速公路成41.18°夹角, 且位于高速公路曲线地段。施工中为保证高速公路上车辆的畅通, 在梁下需设净距宽6.0 m (顺桥方向) 、高5.0 m的双行车道门洞。门洞经计算最终确定采用工字钢和碗口式脚手架组合搭设。

门洞立柱采用碗口式脚手架, 支架纵横间距采用0.3 m, 横杆步距采用0.6 m。纵横向均用φ50 mm钢管设置剪刀撑。支架顶顶托上横向用25b工字钢作分配梁及支座, 纵梁采用40b工字钢按间距0.6 m搭设, 其中腹板下按照间距0.3 m搭设。高速公路绿化带两支架横向用φ50 mm钢管间隔1 m设置横拉杆。

3 支架预压

为了保证施工中梁的质量, 在支架搭设完成后, 绑扎钢筋前要对整个支架体系进行静载预压。支架预压不但可以检查支架设计以及地基处理是否符合要求, 减少支架的非弹性变形和地基的沉降, 而且是确定支模标高的关键步骤。

预压可采用沙袋, 也可采用水袋。本工程采用沙袋做预压荷载。预压总荷载包括梁体钢筋混凝土本身重量、施工时梁上活载 (主要包括人员) 、施工机械、模板以及施工中振捣混凝土产生的荷载等。

预压分别按整个荷载的50%、100%和120%三阶段进行。在支架预压过程中要对整个支架体系进行不间断观测, 根据设计要求, 要求支架连续3 d的沉降小于3 mm且预压时间不少于7 d, 才可进行下道工序。

预压完成后根据实际观测的沉降数据, 对原来支模标高进行调整, 作为最准的模板标高。

4 钢筋绑扎

钢筋工程是连续梁最费工的工序, 也是要求最严的工序之一。该工程要求全部主筋采用对焊, 对一般较短主筋采用钢筋加工厂对焊完成, 运到梁上绑扎。对于整个梁通长的主筋, 首先在加工厂焊接成小于30m的小段, 然后把对焊机搬到梁模板上, 在梁上面再焊接。这样就解决了由于钢筋太长无法运到梁上的问题。连续梁对钢筋的保护层及垫块要求也非常严。要求保护层垫块必须与梁体同强度, 以往所用砂浆垫块已不能满足要求, 本工程采用C55预制混凝土垫块。

由于模板采用木胶板, 极易被钢筋划伤表面, 且易燃。在施工时先用方木把钢筋垫高, 绑扎完成后再换成混凝土垫块。使用电焊时, 要把焊接部位与模板用板子隔开, 防止发生火灾。

5 混凝土施工

5.1 混凝土配合比及供应要求

满堂支架浇注连续梁施工中, 每段梁浇注混凝土量比较大, 单次最小量为200m3, 而且每次浇注时间要求非常紧, 梁本身设计的钢筋又非常密, 因此要求混凝土必须达到缓凝、骨料直径小、水化热小、易泵送等特点。

梁在浇筑时不能留施工缝, 要求混凝土拌合站不间断供应合格混凝土, 最好有备用搅拌站。施工现场有应急预案, 配有备用电源, 备用混凝土泵和备用混凝土运输车等。

5.2 混凝土浇注前重点检查

(1) 模板中线、高程进行检查;

(2) 对所有支架以及模板进行检查, 各个支撑杆件受力检查, 保证没有损坏现象;

(3) 预应力钢筋预留管道检查, 保证位置合适、无破损;

(4) 所有需要的预埋件是否到位。

5.3 混凝土浇注

混凝土浇筑采用纵向分段、斜向分层, 横桥向全断面推进式从一联的低端向高端连续浇筑。根据混凝土的初凝时间和浇筑速度, 分段长度不大于10 m, 上下层水平距离保持在1.5 m以上, 分层厚度为20-30cm。

由于连续梁截面大, 钢筋密, 为保证混凝土振捣密实, 混凝土振捣采用插入式振捣棒和平板振动器相结合的办法。插入式振捣器在梁内振捣, 平板振捣器挂在内外两侧模板上。使用插入式振捣棒应注意避免碰撞模板、钢筋、预应力管道、芯模。浇筑时应避免混凝土长距离流动, 引起混凝土离析, 影响混凝土强度。

5.4 混凝土养护

大体积混凝土浇筑完成后, 水化热较大, 为防止产生温缩、干缩裂缝, 需及时进行养护。混凝土初凝后立即在表面覆盖塑料薄膜, 覆盖麻袋片洒水进行养护。混凝土强度未达到设计要求之前, 派专人养护, 应始终保持混凝土表面湿润。

另外, 采取以下降温措施: (1) 通过大吹风机往预留的波纹管内吹风, 使热量通过流动空气带出梁体内部。 (2) 对波纹管不能通风部分, 采用混凝土内预埋降温管, 通过循环水降低梁内水化热。

5.5 钢管混凝土顶升施工

钢管混凝土顶升施工也是本工程的难点之一。拱内混凝土为C50微膨胀混凝土, 采用从拱两侧低端顶升技术进行灌注。钢管拱混凝土顶升施工工艺:清理管内杂物→焊接混凝土入口管→安装入口止流阀→连接泵顶升水润管、试注→放水→顶升混凝土→关上止流装置, 拆泵→拆除注口→清理注口、焊接注口。

设备选择上为满足设计要求, 防止由于单侧灌注混凝土造成拱受力不均, 我们采用2台托泵对同一个拱腔从两侧同时灌注的方法。另外, 混凝土配合比以及其中外加剂都必须完全符合设计要求。混凝土必须具有良好的流动性, 通过实践证明, 到现场混凝土的塌落度必须控制在160-200 mm。

钢管拱进料口和排气孔设计:单片拱肋拱脚处设三个顶升口, 顶升口设在拱肋拱脚处, 采用加强型泵管, 与拱轴线夹角为30°。每个拱肋腔设一个排气孔, 排气孔设于拱肋的最高点, 采用普通钢管。顶升口及排气孔均为Ф125 mm, 排气管长1.5 m左右。 (见图1)

顶升顺序:考虑灌注时钢管拱的变形和受力, 采用对称灌注, 桥跨均匀受力。对于圆形或圆端形截面的钢管拱, 混凝土采用一次顶升;哑铃形钢管拱混凝土的顶升顺序为:下圆钢管 (下仓) →上圆钢管 (上仓) →中间矩形 (中仓) , 间隔时间为7d, 混凝土强度应达到设计强度的80%-90%。

顶升速度:混凝土采用匀速对称、慢速低压的原则, 确保两对称段混凝土同时顶升, 其顶升高差不大于1m, 顶升速度以15～20 m3/h为宜, 尽量压缩停顿时间, 保持压送畅通及连续性。

哑铃型系杆拱中仓混凝土顶升控制钢板变形施工措施:由于哑铃型系杆拱中仓空间本身较小, 两侧直板与上下钢管焊接, 直板受压极易发生变形, 加上吊杆锚孔的影响, 混凝土顶升阻力增大, 常采用以下施工措施:

(1) 利用型钢对缀板侧面进行环形加固, 在拱肋外侧每50cm用角钢对拱肋进行包箍, 缀板与角钢之间用方木顶紧;

(2) 在缀板之间加焊横向连接钢筋, 加强缀板抗压能力;

(3) 严格控制顶升速度, 低速间歇顶升, 减小拱内压力。

混凝土强度达到设计强度80%后, 应将导管外露部分切除, 并将从该处切割下来的圆板再焊回原位置 (去掉热力影响范围2～3mm) , 打磨平顺。

6 预应力施工

6.1 预应力管道及排气孔预埋

(1) 预应力管道采用金属波纹管。在底、腹板钢筋绑扎成型后, 应按预应力钢筋束坐标定位预应力管道。波纹管布设完后要设置定位架进行固定, 定位与钢筋骨架焊牢, 防止管道移动。波纹管直线段每隔0.6 m设置一道定位架, 曲线地段每隔0.3 m设置一个定位架。

(2) 波纹管连接时, 接头波纹管的规格可比孔道波纹管的规格大一级, 其长度为20～30 cm, 接头处用宽胶带包缠, 以免漏浆。

(3) 对于预应力钢筋束较长, 曲线较多钢绞线采用先穿法施工。管道固定完成后立即穿束。穿束后, 用医用胶带严密缠裹钢绞线端头并绑上导向装置, 由人工从另一头拉动或使用穿束机配合完成穿束。

(4) 穿束完成后检查波纹管有无损坏之处, 损坏处应及时修补。在每根波纹管的最高点埋设PVC管做排气管, 要求露出梁顶面, 利于压浆作业。

(5) 对于工期紧, 来不及穿钢绞线的波纹管, 首先穿入相同直径的塑料管 (壁厚>4mm) , 保证在混凝土施工中波纹管的完好。施工中要不断抽动塑料管, 浇注完后及时抽出, 可以重复利用。

6.2 纵横向预应力筋张拉施工

梁体强度达到设计强度的95%以上时, 即可进行预应力张拉。

预应力体系。本桥采用OVM群锚体系, 钢绞线采用Фj15.24、1860 MPa高强度低松弛钢绞线, 波纹管采用Ф100 mm金属螺旋管。

预应力张拉程序。张拉控制应力σcon=0.72R yb=0.72×1860=1339.2 MPa。张拉程序为:0→初应力 (10%σcon) →分级张拉至100%σcon→持荷2 min, 锚固。

预应力张拉应两端对称进行, 以应力控制为主, 伸长值进行校核。张拉前对千斤顶、压力表配套标定, 张拉时配套使用, 不得混用。夹片安装应做到随拉随装, 防止锈蚀。张拉时, 先拉至初应力 (一般取10%σcon) 。记录伸长值初读数a1;张拉至20%σcon, 记录伸长值读数a2;然后分级张拉至40%σcon、60%σcon、80%σcon、100%σcon, 分别记录伸长值读数a4、a6、a8、a10。计算实际伸长值l=f-2 (a2-a1) + (a4-a2) + (a6-a4) + (a8-a6) + (a10-a8) =a10+a2-2a1, 将实际伸长值与理论伸长值比较, 如果两者差值大于6%, 应暂停张拉, 查明原因采取措施后方可继续张拉。张拉完成后应检查是否有断丝、滑丝现象, 当断丝、滑丝数量超过规范规定时, 应抽换钢丝束后重新张拉。

6.3 注浆

张拉后应立即进行管道注浆, 注浆前应用石灰水对孔道进行清洁处理, 同时检查孔道是否通畅。水泥浆中需加入膨胀剂、减水剂, 拌和后3 h泌水率不大于2%。注浆顺序按照张拉顺序进行, 同一孔道应一次完成, 不得中断, 并应将所有排气孔依次放开和关闭, 当出浆口冒出与规定稠度相同的水泥浆为止。为保证管道中水泥浆饱满, 关闭出浆口后, 应使注浆泵保持2min的稳压期, 压力不得小于0.5 MPa。

预应力管道注浆施工全部采用“真空辅助法”施工。施工的关键在于管道的密封和注浆施工的连续。施工时提前5min开启真空泵, 确保排除波纹管内的积水后, 开始注浆施工。当真空泵显示出浆后立即关闭真空泵控制阀门2, 打开排气孔阀门5, 关闭临时封口阀门1, 继续注浆, 当确定孔内污水排完, 有纯浆排出后关闭临时封口阀门1, 持压2min, 进行注浆孔封口。松开螺丝对接口3后及时清洗真空泵。 (图2)

为确保压浆工序顺利进行, 浆体自搅拌至压入孔道的时间为30～45min, 压浆须在预应力筋穿入孔道24h内完成。对曲线和竖向压浆孔道应从低点压入, 高点出浆。

7 连续梁施工安全防护措施

(1) 坚持“安全第一、预防为主”的方针, 给予安全员“安全一票否决”的权利, 加强对职工进行经常性安全教育, 使安全工作做到制度化、经常化。在开工前进行全面的安全教育和安全技术交底工作, 提高职工的自我防范意识。

(2) 脚手架使用中, 应定期检查杆件设置的连接, 支撑、门洞桁架等的构造是否符合要求, 地基是否有积水, 底座是否有松动, 立杆是否悬空, 扣件是否松动, 脚手架的垂直度偏差, 安全防护措施是否符合要求, 是否超载。

(3) 支架的架设和日常管理及拆除工作必须安排专业人员进行操作, 支架拆除应由上到下依次拆除, 先横杆, 后立杆, 禁止上下层 (阶梯形) 同时拆除。当有六级和六级以上大风和雾、雨雪天气时应停止脚手架搭设与拆除作业。开始支架上部施工时, 采用安全防护网对支架底部及四周进行封闭。支架四周开挖排水沟, 以防雨水渗泡地基造成沉降。

(4) 支架的拆除必须保证桥梁上部结构达到设计要求后方可拆卸。在脚手架的使用期间严禁拆除主节点处的纵、横向水平杆、扫地杆及连墙件, 不得在脚手架基础及相邻处进行挖掘作业。在脚手架上进行电、气焊作业时, 必须有防火措施和专人看守。搭拆支架时, 地面应设围栏和警戒标志, 并派专人看守, 严禁非操作人员入内。

(5) 做好高速公路安全防护, 指示牌设置明显, 带反光标志, 派专人防护。在高速公路的上空施工, 必须保证行车的安全, 在满堂支架的门洞和四周全部安装安全防护网。

(6) 对新进场的工人进行安全生产的教育和培训, 考核合格后, 方可进入操作岗位。在采用新工艺、新方法、新设备或调换工作岗位时, 对工人进行新操作方法和新工作岗位的安全教育。

(7) 进入施工现场, 必须戴好安全帽, 高处作业必须系安全带, 高空脚手架四周设扶手, 并布好安全网。

(8) 施工用电设置安全用电保护装置, 机电工经常检查机械电气设备, 确保安全无事故。

(9) 各种机械设备及运输车辆实行统一管理和调度, 严禁违章操作, 确保交通运行安全。

(10) 钢管脚手架设铁板支座, 地基要平整、夯实, 钢管脚手搭设要横平竖直, 设剪刀撑, 横杆接头要用扣件联结, 脚手板不能放探头板。

(11) 夜间施工必须配备照明设施, 专人指挥, 做好安全防护工作。

8 结束语

采用以上施工工艺和方法施工的太中银铁路ZQ-VII标DK697+043.36 1- (60+96+60) m石中高速公路特大桥连续梁工程已于2008年9月竣工, 并评为“优质样板工程”。实践证明, 以上施工工艺及质量控制措施是可行和成功的, 在类似支架法施工连续梁工程中具有一定的借鉴价值。

参考文献

【1】JGJ130-2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范

【2】TB10201-2005铁路混凝土与砌体工程施工规范

【3】JGJ/T10-95混凝土泵送施工技术规程

【4】赵巨海等.钢管混凝土柱泵送顶升混凝土施工技术.建筑技术, 2001 (2) :89.

钢管混凝土的质量控制篇4

厦门杏林湾营运中心12号楼位于厦门园博园水域中心地带。本工程结构体系为:主楼为现浇钢管混凝土框架———钢筋混凝土筒体混合结构体系;为提高结构抗侧能力, 在42层和屋顶层分别设置伸臂桁架、帽桁架及带状环桁架;主楼框架柱为现浇钢管混凝土框架柱, 现浇钢筋混凝土筒体结构内布置型钢, 核心筒外楼面布置钢结构梁, 钢梁上铺设钢筋桁架楼板, 核心筒内为现浇混凝土梁板结构。-3~22层采用C60高抛自密实膨胀钢管混凝土, 解决了钢管混凝土浇筑中出现的振捣难题, 同时也避免了燥音的产生。

该工程部位钢管混凝土的技术难点在于:自密实、微膨胀 (补偿收缩) 、高强 (高性能) 、高层泵送、高粘结性能 (与钢管) 。

高抛自密实高强钢管混凝土力学性能等的要求如下:钢管混凝土设计强度C60, 28d抗压强度达72MPa, 60d抗压强度达77MPa。限制膨胀率≥0.020%, 匀质性应满足硬化混凝土上表面砂浆层的厚度小于15mm的要求。混凝土填充性满足SF2要求, 间隙通过性满足PA1要求, 抗离析性满足SR2要求。钢管内混凝土密实良好, 无孔洞、缺陷;混凝土与钢管粘结良好, 无可见缝隙。

2 原材料及配合比设计

2.1 原材料品种及要求

(1) 水泥:选用福建闽福水泥股份有限公司生产P.O42.5R普通硅酸盐水泥, 该水泥28d抗压强度控制在52±2MPa, 强度变异系数小, 适宜配置高强混凝土。其性能指标必须符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的有关规定。

(2) 砂:细度模数为2.8~3.0的II区中砂, 氯离子含量≤0.01%, 含泥量≤2.0%, 泥块含量≤0.5%, 表观密度为2640kg/m3, 非碱活性骨料。

(3) 碎石:漳州产花岗岩反击破碎石, 分别为5~10mm连续粒级、10~20mm单粒级;针片状含量≤5.0%、压碎指标≤10%、含泥量≤0.5%、泥块含量≤0.2%, 非碱活性骨料。

(4) 减水剂:科之杰新材料集团生产的Point-S系列缓凝高性能减水剂, 每车检验混凝土减水率p H值、抗压强度比和1h经时损失。外加剂掺量为1.0%, 减水率为28%~30%, 1h经时损失为10mm。

(5) 粉煤灰采用漳州后石电厂生产的F类I级粉煤灰, 每车检验细度、需水量比和烧失量。烧失量≤1.0%, 其它的技术指标符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005要求。

(6) 磨细矿渣粉采用三明钢铁厂生产的“钢松”牌S95。比表面积≥450m2/kg, 烧失量≤0.5%, 其它的技术指标符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2008的有关规定。

(7) 膨胀剂采用厦门帝翔实业有限公司生产的JYQ-A II型膨胀剂。符合《混凝土膨胀剂》GB23439-2009的标准要求以及《补偿收缩混凝土应用技术规范》JGJ/T 178-2009的要求。

(8) 水:全部采用饮用水。

2.2 自密实混凝土配合比设计

自密实混凝土具有高流动性、均匀性和稳定性, 浇筑时无需外力振捣, 能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土。与普通混凝土相比, 自密实混凝土工作性的显著特征是非常小的屈服剪应力, 屈服剪应力的最大影响因素是集料的粒径。集料粒径越大, 配制出的混凝土的屈服剪应力也越大。另一方面, 集料的粒径越小, 它在混凝土中的沉降速度也越慢, 有利于保持混凝土的稳定性。因此在设计时采用5~10mm和10~20mm的两种粒径的石子进行搭配。自密实混凝土的流动性取决于混凝土中砂浆的数量和黏度。在保证混凝土流动性的前提下, 砂浆黏度越大, 需要的砂浆量越多。砂浆的黏度对混凝土的稳定性有较大的影响。砂浆的黏度越大, 集料运动的阻力则越大, 因而不容易离析。反之, 减小砂浆的黏度将使得集料在混凝土中的运动阻力减小, 容易产生离析。

因此自密实混凝土配合比设计的思想是:以水泥浆的黏稠性来保证混凝土的稳定性, 以水泥浆的体积含量来保证混凝土的流动性, 根据《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012和该工程的技术要求, 假设每立方米混凝土中粗骨料的体积分别为0.30, 0.32和0.34, 砂浆中的砂的体积分数取0.42~0.45, 分别进行计算及试配、验证, 具体情况如表1和表2:

综合以上数据进行总结分析, 编号为5、6、10符合工程要求, 根据配合比设计原则:既经济又合理, 选择编号5的配合比为该工程C60钢管自密实混凝土的配合比。

我司与该工程项目部经过讨论, 编号5的配合比进行生产验证, 并模拟现场钢管柱进行自密实混凝土生产与现场浇筑试验, 具体情况见表3。

编号5的配合比经生产与现场浇筑验证, 其混凝土坍落度、扩展度、J环扩展度、T500、混凝土28d抗压强度均符合设计要求, 混凝土实体芯样经检测为82.4MPa、符合设计要求, 钢管混凝土割开后, 混凝土密度性好, 外观无大气孔、钢管与混凝土粘结性好, 钢管顶部无砂浆层, 顶部可见石子, 抗离析性好。

3 自密实混凝土的生产质量控制

(1) 搅拌楼计量精度符合要求。由于自密实混凝土配合比对用水量很敏感, 集料含水量±0.3%对混凝土的扩展度影响很大, 因此在生产前应对搅拌楼的重新进行计量标定。由于自密实混凝土对用原材料含水率的敏感, 在生产前才能加集料到主机下料仓。避免由于下料仓砂含水量的变化对混凝土和易性的影响。

(2) C60钢管高抛自密实膨胀混凝土搅拌时间≥120s。采用双卧轴强制式搅拌机。清洁过的搅拌机搅拌第一盘高强混凝土时, 宜分别增加10%水泥用量、10%砂子用量和适量减水剂, 相应调整用水量, 保持水胶比不变, 补偿搅拌机容器挂浆造成的混凝土拌合物中的砂浆损失;未清洁过的搅拌高水胶比混凝土的搅拌机用来搅拌高强混凝土时, 该盘混凝土宜增加适量水泥和减水剂, 且水胶比不应增大。正式生产前必须对自密实混凝土拌合物进行开盘鉴定, 检测其工作性。

4 施工质量控制

(1) 自密实混凝土不宜采取振捣措施, 特别要禁止采用强振捣措施。强力振捣不仅不能提高混凝土的性能, 而且还会引起混凝土的离析, 影响混凝土的均匀性, 使混凝土的强度降低。同时, 还会由于各部位混凝土变形不一致性, 使得构件产生变形, 或引发附加的应力。

(2) 钢管内混凝土一般项目: (1) 施工缝的设置应符合设计要求, 当设计无要求时, 应在专项施工方案中作出规定, 且钢管柱对接焊口的钢管应高出混凝土浇筑施工缝面500mm以上, 以防钢管焊接时高温影响混凝土质量。施工缝处理应按专项施工方案进行。 (2) 浇筑方法及浇灌孔、顶升孔、排气孔的留置应符合专项施工方案要求。排气孔孔径宜为20mm。 (3) 浇筑前, 应对钢管安装质量检查确认, 并应清理钢管内壁污物;混凝土浇筑后对管口进行临时封闭。 (4) 浇筑倾落高度不宜大于9m, 当不能满足规定时, 应加设串筒、溜管、溜槽等装置。 (5) 混凝土浇筑完毕, 应采取蓄水养护至少14d。 (6) 浇筑后, 浇灌孔、顶升孔、排气孔应按设计要求封堵, 表面应平整, 并进行表面清理和防腐处理。

(3) 当采用立式高位抛落无振动法施工时, 利用混凝土从高位顺钢管下落时产生的动能达到振实混凝土的目的, 抛落高度不应小于4m;抛落高度不足4m的区段, 仍需采用内部振动器振实。一次抛落的混凝土宜在0.7m3左右。下料口的下口尺寸应比钢管内径小200mm, 以便下料时管内空气的排出。混凝土浇灌的每一次间歇后 (包括施工缝) , 再浇灌混凝土时, 应先铺垫一层厚度为100~200mm与混凝土强度等级相同的水泥砂浆, 以免自由下落的混凝土骨料发生弹跳现象。

摘要：厦门杏林湾营运中心12#楼C60钢管混凝土采用高抛自密实混凝土浇筑施工。自密实混凝土由于无须振动、最大限度地减少了燥音, 与钢结构和装配式结构结合可加快施工速度、减少现场工人的劳动强度。本文介绍了高抛自密实混凝土原材料的选用、配合比设计、投料计量、搅拌及运输, 并对施工方的混凝土浇筑、养护等也提出相关建议和要求。

关键词：高抛自密实,高强混凝土,钢管混凝土

参考文献

[1]JGJ/T283-2012自密实混凝土应用技术规程

[2]CCES 02-2004自密实混凝土设计与施工指南

[3]JGJ/T 178-2009补偿收缩混凝土应用技术规程

[4]GB50496-2009大体积混凝土施工规范

对钢管混凝土拱桥施工控制的探究篇5

一、钢管混凝土的特点

钢管棍凝土是以螺旋配筋钢筋混凝土结构、劲性钢筋混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构。在钢管混凝土的拱桥的施工过程中, 通过向钢管内部填充混凝土, 使混凝土径向被钢管约束, 利用这两种材料在受力的过程中相互作用, 从而提高使钢管中核心混凝土的强度、塑性和韧性。同时, 混凝土的存在可以延缓钢管发生局部屈曲, 增强钢管的承重, 从而保证钢管的材料性能充分发挥出来。钢管混凝土主要有以下优点:

(一) 塑性、韧性、抗冲击性与抗震性好

将钢管中填充混凝土中, 钢管不但改善了混凝土的弹性, 而且使自身产生了很大的塑性变形。在2008年发生的四川汉川大地震中, 钢管混凝土拱桥在大地震中表现出了优越的抗冲击性与抗震性和良好的塑性和韧性, 经受住了考验, 没有发生损坏和破坏。

(二) 抗剪和抗压性能好, 承载能力高

混凝土灌入钢管中, 可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲。同时, 钢管使混凝土处于三向受压的状态, 约束和改善了混凝土受压时的纵向开裂。这两种材料充分发挥了各自的长处, 弥补了各自的弱点, 形成的承载力大于钢管和混凝土单独使用之和。

(三) 施工方便

与预制钢筋混凝土构件相比钢管混凝土构件不需要预制场地。与钢结构构件相比, 钢管混凝土构件焊缝少, 易于制造, 钢管壁厚都较小, 重量轻, 完全可以工厂化生产。与钢筋混凝土柱相比, 钢管混凝土柱施工更加简便, 混凝土浇筑时更容易振捣密实。特别是泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土先进的混凝土施工工艺采用后, 加速了钢管混凝土构件的施工进度。在桥梁中架设的空钢管拱肋可以作为浇筑管内混凝土的模板, 很好地解决了大跨度发展的材料自重大和施工困难的问题。

(四) 经济效益好

钢管混凝土能够有效的地发挥混凝土和钢材两种材料的性能, 使其得到更为合理和充分地利用。与普通钢筋混凝土钢材相比, 钢管混凝土的钢材用量略高或相同, 但可以节省一半的混凝土和约减轻结构一半的自重, 而与钢结构相比, 可节约一半左右钢材。因此, 采用钢管混凝土结构具有良好的经济效益。

二、钢管混凝土运用在拱桥上的优点

(一) 钢管具有很好耐侧压性能的模板, 又可以作为钢筋受力, 因此, 在钢管混凝土构件中, 钢管可适应先进的泵送混凝土工艺, 且兼有纵向筋和横向筋的双重作用。

(二) 在钢管混凝土拱桥施工时, 首先架设钢管再浇混凝土, 钢管混凝土结构与钢筋混凝土拱肋相比, 架设钢管时重量轻, 架设方便, 施工快捷, 拱肋运输和吊装重量也要小的多, 安装也简单, 综合经济效益高, 同时促进了拱桥向更大跨度的方向发展。

(三) 与常用的钢筋棍凝土拱桥相比钢管混凝土拱桥能够解决混凝土的开裂的问题。

(四) 钢管混凝土结构通过往薄壁钢管内填混凝土, 增强了钢管壁的稳定性, 同时钢管侧向约束对混凝土有套箍作用, 从而使混凝土具有更高的抗压和抗变形的能力。

(五) 与钢筋混凝土结构相比, 钢管混凝土拱桥的拱肋自重小, 架设费用和材料费用相对较低, 施工快, 工期短, 综合经济效益高。

三、钢管混凝土拱桥的施工控制

采用钢管混凝土在大跨度拱桥的实际施工中, 各施工阶段的位移值、挠度、预抛高值虽然可采用各种施工计算方法算出来, 但在实际施工中, 会出现测量误差、观测误差、安装误差等, 使这些理论值与结构的变形不一定相同。或者是由于设计时所采用的设计参数与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的。随着钢管混凝土拱桥拱肋施工长度的增加, 这种偏差会逐渐累积, 如果不采取有效的控制和必要的调整, 钢管混凝土拱桥的拱肋标高将偏离控制目标, 影响成桥后的线形和桥面行车等使用。据统计, 拱桥的垮塌事故大多发生在施工过程中, 因此, 在施工过程中拱桥的安全是十分重要, 必须进行施工监控大跨度拱桥中钢管混凝土拱桥在施工过程中的变形及受力, 避免因失稳或过大的应力而造成事故。施工控制技术是大跨径钢管混凝土拱桥建设的关键之一, 桥梁在施工过程中必须加强现场施工控制工作。

(一) 施工控制的基本原则

在钢管拱肋吊装施工阶段, 拱轴线型与设计应当相符合, 而在成拱后泵送钢管内混凝土时, 要保证结构的整体内力和变形的合理安全, 施工桥面系时应以高程控制为主, 吊索、扣索张拉时应以索力控制为主, 这样才能确保成桥后桥面平顺, 行车舒适。同时, 为保证施工过程中的安全, 满足结构稳定性的要求, 应密切关注控制拱肋截面的应力发展。而高程控制为主除控制吊点高程外, 还需要注意控制拉索的索力偏差。线型的控制、高程的控制主要是在浇注混凝土施工前来调整, 因此, 应根据施工方法和结构本身的特性的不同, 在钢管混凝土拱桥的施工过程中, 采用相应的控制方法。

(二) 施工控制的基本要求

确保施工中结构的安全和保证结构的线形和内力在允许的误差范围之内是施工控制的基本要求。只有能够精确的、完整的控制系统来测量应力、索力和挠度等, 才能达到这一基本的要求。需要建立钢管混凝土拱桥的现场施工控制系统, 除具有常规的结构分析等基本的计算功能外, 而且在施工现场该系统还要能够具备消除结构设计与实际情况不一致的能力, 并建立仿真模型来实现施工现场对施工的快速反映和控制。

(三) 施工控制

1、闭环反馈控制

闭环反馈控制是指被控的输出返回到输入端, 并对其施加控制影响的一种控制关系, 它是控制论的一个基本概念。对于较复杂桥型, 模型的参数等状态和施工状态之间存在差异, 误差的累积会随着桥梁跨度的增大和结构复杂程度而增加, 以至不可忽略。因此, 在施工中必须及时识别和纠正每个阶段出现误差, 然后经反馈计算所确定控制量的大小和纠正的措施, 这就形成了一个闭环反馈控制过程。

2、自适应控制

在闭环反馈控制的基础上, 加上一个系统辨识的过程就是形成了自适应控制。当结构模型计算结果与测量到的受力状态不同时, 就需要调节计算模型的参数, 在参数辨识算法中输入误差使模型使实际测量到的结果与输出结果相一致, 然后根据新的计算模型参数对各施工阶段的理想状态重新计算, 并进行控制反馈控制, 经过几个工况的反复辨识后, 在此基础上就可以对施工状态进行更好的控制, 该方法目前并认为是较合理的施工控制方法之一。

3、开环控制

开环控制使用于结构和施工较简单的桥梁, 按照设计施工图进行施工基本上能达到设计和规范所要求。这种控制方法与闭环控制相比没有反馈, 控制是单向的, 就是一个开环的施工控制过程, 不需要根据结构的反应来改变施工中的内力和变形。这种方法没有控制误差和修正误差的能力, 适用于者结构安装和制造误差的影响不大, 或在各构件的安装和制造精度高时进行施工控制。

4、综合方法

除上述几种方法之外, 还有专家系统控制、模糊控制、最优控制等其他的一些控制方法。施工控制的方法随桥梁施工特点、结构形式的不同特点不一样。大多数的大跨度桥梁施工控制方法一般需采用多种施工控制方法并行。具体来说, 就是通过参数修正识别, 并结合实际情况预测控制每一施工阶段的状态, 确定最大容许误差。在采用预测控制法进行桥梁施工控制时, 通过预测每一施工阶段的变形和内力, 以控制目标的基础上, 使施工朝着预定结构状态发展。实际状态与预定状态之间存在的差别可以再后续若干施工阶段的预测中予以修正, 通过借助现场测试体系进行识别、参数估计、修正, 使两者基本相吻合。

摘要：钢管混凝土拱桥最近几年在我国发展很快, 在桥梁发展史上是比较重要和有突破的, 而且结构是较为新颖的桥梁方式。在工程实践中修建的数目逐渐增多, 其自重比较轻、承载也比较大、抗变形的能力强的特点, 使其占据了很好的竞争地位, 已经逐步得到了广泛地应用。随着桥梁修建跨度的不断增大, 就应当提高对拱桥施工技术、施工控制的要求, 使整个桥梁在施工过程中都需要处于一个理想的状态。

关键词：钢管混凝土,拱桥,施工控制

参考文献

[1]叶梅新, 许润锋, 谢晓慧.确定系杆拱桥吊杆索力张拉值的方法[J].交通科学与工程

[2]陈蕴智, 朱婷, 张正健.大跨径钢管混凝土拱桥成桥荷载试验[J].土工基础, 2011 (01)

钢管混凝土的质量控制篇6

近年来, 钢管混凝土拱桥在我国得到了广泛应用。它是一种自架设体系结构, 最显著的特点是先用无支架缆索吊装架设成桁架式空钢管拱桥, 在此基础上浇筑缀板、弦杆混凝土, 安装桥面系, 浇筑桥面铺装, 形成钢管混凝土拱桥。开展对大跨径钢管混凝土拱桥主拱肋合理拱轴线型研究以及预拱度设置值计算是十分必要的[1,2]。大跨径钢管混凝土拱桥的缆索吊装法是最近几年才大量使用的, 关于此类大跨径桥型的施工方法研究不多;尤其是对合理拱轴线型、拱肋施工预拱度设置涉及更少。本文针对近年来才推广使用的无支架缆索吊装法, 提出前进迭代法来解决大跨钢管混凝土拱桥的施工控制分析。

1算法

1.1 倒退分析

倒退分析的实质, 是以成桥的应力和线型作为施工控制直接依据的。即首先保证竣工成桥时桥梁的应力和线型满足设计要求以便能够使之正常运营。然后由此反向推算各施工阶段的控制参数, 以确保桥梁在该参数控制下的施工在成桥竣工时能够达到倒拆初始状态, 即设计要求[3]。

倒退分析优点:从理论上说, 只要拟定好成桥状态就可以反推出与之相对应的各施工状态。

倒退分析缺点:1) 混凝土徐变应变不仅与混凝土的龄期有关, 而且与作用在混凝土构件上的应力演变过程相关。因而结构在进行倒退分析计算的时候, 一般是很难直接地进行徐变计算。2) 从成拱状态开始倒退计算, 第一步就是要恢复合龙工序中拆除的扣索, 这些扣索的索力应满足的必要条件是:使拱顶合龙处内力为0, 这相当于回到合龙成拱前的悬臂状态。但是, 由于结构是高次超静定的, 根据拱顶处内力为0的条件逆解索力不能得到确定的解。在众多可能的索力解中确定符合线型要求的解, 实际上是不可能的。

1.2 前进分析

前进分析是以施工应力作为控制直接依据的。即通过调控参数首先保证每个阶段的施工都能安全顺利进行, 那么施工的最后一个阶段即为成桥竣工状态, 其应力也自然会满足要求[4]。

前进分析不存在倒退分析中面临的混凝土收缩徐变、初始状态确定等问题。

但其缺点有:前进分析计算模型中的应力和挠度, 是由设计标高出发的。但为了保证成桥线型能达到设计标高, 实际结构是按施工立模标高而不是按设计标高进行施工的, 因此实际结构的应力和挠度与模型理论计算值有差别。即模型与实际桥梁的状态不一致。

1.3 前进迭代算法

在前进算法中, 依次把拱肋的各个节段按设计的要求拼装到结构上来, 从计算上来说就是依次把一个一个节段迭加到结构上, 每迭加一节就进行一次结构计算, 求出各控制点的标高增量{Di}和各扣索的索力增量{fi}, 然后再迭加下一节即第i+1节, 直至求出拼装最后一节即第n节时的标高增量{Dn}和索力增量{fn}。任意一个j节段吊装时的标高值{δj}和索力值{Fj}为:

${\begin{cases} {δ^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {D^{i}} \\ {F^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {f^{i}} \end{cases}$

(1)

当j=n时, 就得到合龙前的标高{δn}和扣索索力{Fn}。这里的“标高”是指控制点实际高程对设计高程的高差。理想的目标是{δn}={0}, 这对于通常的前进算法是不可能的, 为了达到这个目标, 将前进算法纳入到一定规则的迭代过程中, 通过迭代逐渐趋向理想目标, 这就是前进迭代算法。为了便于识别, 把上述各向量分别都加上下标“r”, 代表是第r轮计算, 即:

${\begin{cases} {δ_{r}^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {D_{r}^{i}} \\ {F_{r}^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {f_{r}^{i}} \end{cases}$

(2)

当j=n时, 就得到{δ $_{r}^{j}$ }和{F $_{r}^{j}$ }。前进迭代算法的基本思路:首先取一组预抬标高初值{Z1}, 其中任何一个分量Z1K代表第K节段吊装时的预抬标高。在全部节段模拟吊装完毕, 设该节段控制标高将达到δ $_{1 Κ}^{n}$ (为{δ $_{1}^{n}$ }中的一个分量) 。一般来说预抬标高初值{Z1}不可能设得恰好合适, 因此δ $_{1 Κ}^{n}$ 不会等于0, {δ $_{1}^{n}$ }不会等于{0}, 而且很可能超过允许误差, 为此要对预抬标高进行修正。修正的方法是以{Z2}={Z1}-{δ $_{1}^{n}$ }为第二轮计算的预抬标高初值, 重新进行前进计算, 得到{δ $_{2}^{n}$ }, 如果误差仍然偏大, 就仿照上述方法再进行修正, 直至误差减小到允许水准[7]。

在经过若干轮 (设为m轮) 的迭代之后, 标高误差将减小到允许的范围, 则最后一轮迭代所用的预抬标高初值{Zm}就是确定的预抬标高, 所得到的最终合龙标高值{δ $_{m}^{n}$ }可以反映最终拱肋线型的精度[8,9]。

在最后一轮迭代中, 代表各节段依次吊装的各个计算阶段的结果提供了具有重要价值的数据。例如, ${δ_{m}^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {D_{m}^{i}}$ 代表第j节段吊装时各个控制点的标高, ${F_{m}^{j}} = \sum_{i = 1}^{j} {f_{m}^{i}}$ 代表此节段各个扣索的索力状态, 这些数据是施工过程监控的重要依据。

整个计算流程见图1。

2算例

一座拱肋线型为悬链线的钢管混凝土拱桥, 计算跨径L=191.775 m, 矢高f=31.950 m, 矢跨比1/6.002, 拱轴系数m=1.543。主拱圈为四弦管桁架式结构, 截面宽度为1.8 m, 高度为3 m。每片主拱肋由4根外径为750 mm的钢管用2片平连板A和2片平连板B相连, 弦杆壁厚10 mm。

按照上述方法, 进行前进迭代分析。经过两轮迭代, 各扣段控制节点误差已经小于1 cm的工程容许误差。各控制节点施工预抬高值见表1。

取拱肋的L/8, L/4, L/2进行各影响因素对拱肋挠度的敏感性分析, 具体数值见表2。

从表2可见:1) 自重对竖向挠度的影响由拱脚向跨中逐渐增大, 在L/4处已达到42.89%, 可见, 自重对拱肋竖向挠度的影响是主要的;2) 混凝土收缩影响在拱脚附近的钢筋混凝土肋间横梁处最大, L/4至跨中节段其影响迅速减小, 可见, 肋间横梁对拱肋挠度有一定影响。对于不设置横梁的钢管混凝土拱桥在L/8附近混凝土收缩的影响有待进一步研究;3) 混凝土徐变影响在拱脚附近较小, 然后逐渐增加, 在拱顶附近增加到最大, 超过15%, 施工中要根据具体情况 (如混凝土的组成成分、水泥品种、骨料种类和粒径、水灰比、密实度、试件尺寸、环境温度和湿度、龄期、持荷应力大小以及时间等) 对其进行计算;4) 活载对竖向挠度的影响在各控制点均大于10%, 其对拱肋挠度的影响不容忽视;5) 温度的影响程度稍小, 在10%以下, 但是针对具体的钢管混凝土拱桥, 其施工现场温度变化根据地理位置差异很大, 导致温度的影响程度不一, 对具体的钢管混凝土拱桥要做符合实际温度变化的计算;6) 扣索初始拉力在自重最大的第二扣段影响最大, 当吊装重量增大时, 应对其进行精确的分析计算。

3结语

本文在分析现有施工控制方法的基础上, 提出前进迭代法, 有效解决了采用斜拉扣挂施工的钢管混凝土拱桥的施工控制问题。最后对拱肋竖向挠度的各种影响因素进行敏感性分析, 为同类型桥梁的施工控制提供了可靠经验。

参考文献

[1]Scott A.Burns.Recent Advances in Optimal Structural Design[J].By the Technical Committee on Optimal Structural Designof the Technical Administrative Committee on Analysis andComputation of the Technical Activities Division of The Struc-tural Engineering Institute of the American Society of Civil En-gineers, 2002 (3) :40.

[2]段瑞芳.钢管混凝土拱桥拱肋缆索吊装施工预拱度设置研究[D].西安:长安大学, 2006.

[3]戴鹏.钢管混凝土拱桥拱肋无支架缆索吊装合理扣索力的优化设计方法研究[D].西安:长安大学, 2006.

[4]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[5]牛润明.大跨度钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程线形控制[D].石家庄:石家庄铁道学院硕士学位论文, 2004.

[6]刘建梅, 姚庆, 臧斌.大跨度拱桥施工控制分析[J].山西建筑, 2008, 34 (16) :325-326.

[7]杨文爽.大跨度钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装系统研究[D].长沙:长沙理工大学硕士学位论文, 2004.

[8]黄志诚, 刘建明.样条函数曲线作为拱轴线的相对合理性[J].公路, 1998 (2) :36.

钢管混凝土系杆拱桥施工控制篇7

1.1 施工控制的必要性

桥梁结构理想的几何线型与合理的内力状态不仅与设计有关, 而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过施工时的浇筑过程的控制以及主梁标高调整来获得预先设计的应力状态和几何线型, 是大跨桥梁施工中非常关键的问题。

尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况, 但是由于施工中出现的诸多因素, 事先难以精确估计, 而且在实际施工过程中由于施工误差, 会使实际结构与原设计不符。所以在施工中对桥梁结构进行实时监测, 并根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应调整是十分重要的。已建成的桥梁中就出现过施工控制不好, 造成桥梁内力分配不合理、主梁线形不和顺的情况, 影响了桥梁的使用。

根据以往桥梁施工及控制经验, 并根据该桥的具体情况, 在施工过程中影响桥梁结构内力和线形的因素主要有以下几方面:

(1) 桥梁施工临时荷载; (2) 支架变形、基础沉降; (3) 日照影响; (4) 混凝土浇筑方量的控制; (5) 预应力束张拉及预应力损失; (6) 混凝土弹性模量确定; (7) 混凝土徐变

当上述因素与估计不符, 而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时, 必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施, 引起误差累积。所以施工监测和控制是大跨桥梁施工过程中不可缺少的工序。

1.2 施工控制的原理和方法

桥梁施工控制包括主动控制和被动控制, 所谓主动控制, 是在预先分析各种风险因素及其导致目标偏离的可能性和程度的基础上, 拟定和采取有针对性地预防措施;所谓被动控制是一种面对未来的控制, 通过对产生偏差原因的分析, 研究制定纠偏措施, 以使偏差得以纠正, 工程实施恢复到原来的计划状态, 或虽然不能恢复到计划状态但可以减少偏差的严重程度。

在现实的桥梁控制中, 仅仅采取被动控制措施, 出现偏差是不可避免的, 而且偏差可能有累积效应, 即虽然采取了纠偏措施, 但偏差可能越来越大, 从而难以实现预定的目标。另一方面, 主动控制的效果虽然比被动控制好, 但仅仅采取主动控制措施却是不现实的, 或者说是不可能的。因为施工过程中有相当多的风险因素是不可预见的, 或者是无法定量和确认。因此, 对于桥梁施工控制来说, 主动控制和被动控制两者缺一不可, 必须紧密结合。

对于桥梁施工监控的具体实施来说, 主动控制表现为施工程序的制定, 结构参数的确定等等。

被动控制则表现为一个施工~量测~判断~修正~预告~施工的循环过程, 为了能够控制桥梁的外型尺寸和内力, 首先必须安排一些基本的和必要的量测项目, 其内容包括主梁各施工工况的标高、主梁部分控制断面的应力、结构温度场、气温以及对混凝土材料的一些常规试验。在每一工况返回结构的量测数据之后, 要对这些数据进行综合分析和判断, 以了解已存在的误差, 并同时进行误差原因分析。在这一基础上, 将产生误差的原因予以尽量消除, 给出下一个工况的施工控制指令, 在现场施工形成良性循环。

1.3 施工控制的工作内容

1.3.1 施工过程中整体结构安全性验算;

1.3.2 施工过程中相关数据的测试;

1.3.3 施工过程中下阶段施工预告;

1.3.4 施工过程中施工误差分析及成桥内力状态分析;

1.3.5 参加施工过程中重大技术会议;

1.3.6 撰写施工监控报告

1.4 施工控制计算

施工控制计算是施工监控的一个重要部分, 是施工监控的前提。由于整个计算过程工作量较大, 所以详细计算结果及分析将在施工监控实施方案中讨论, 本大纲仅简单说明计算方法。

⑴恒载计算参数取值及修正。施工监控是个循环过程, 必须根据测量、分析结果反复计算, 这就牵涉到计算参数的不断修正, 使计算模型更接近实际结构。在计算初期, 我们一般采用设计参数或经验参数。

⑵支架变形计算参数取值及修正。支架变形主要包括支架的弹性变形和非弹性变形, 其中非弹性变形相对难以控制, 主要原因是支架安装误差和连接处变形所产生的。从结构安全和施工监控的角度考虑, 支架使用前必须进行加载试验, 在支架上作用相当于混凝土重量的荷载, 以检验支架的受力性能和变形性能, 同时也消除了一部分的支架非弹性变形。

1.5 施工控制误差分析

误差分析是施工监控的难点, 也是施工监控三大系统中相对最不成熟的部分, 主要原因是测试数据较少而影响因素较多的矛盾引起的。例如, 引起主梁标高较低的因素较多, 诸如混凝土超方、支架变形较大、预应力张拉力不够、临时荷载引起、日照影响等等, 在诸多的因素中, 仅仅通过标高测量或者应变测量是很难判断出原因的。所以, 为了得到更准确的分析, 必须增加测点, 增加测试工况, 增加测试内容, 这无形中就增加了监控的成本。在目前情况下, 如何在保证结构安全、内力合理、保证线形和顺的前提下节约成本是我们追求的目标。这就要求我们在监控过程中善于抓主要矛盾, 忽略次要矛盾。既要满足设计要求, 又要节约费用, 我们以往桥梁的监控经验将是我们进行施工监控的宝贵财富。

2 桥梁施工监控的要点

桥梁在施工过程中, 会有很多影响因素, 这些影响因素对不同的结构、不同的施工方法, 产生的施工误差也不同。实际施工中必须抓住主要矛盾, 只有解决了主要矛盾, 才能做到经济有效。因此, 监控计算与监测手段也是要针对不同情况而分别对待, 将有限的资源投入到对主要误差的控制中。

2.1 主拱制作、架设与浇筑钢管混凝土监控

主拱钢管在制作时, 需考虑预拱度。

对于柔拱刚梁结构, 拱肋架设难度并不大, 因为梁已经完成, 在桥面上搭设支架即可。这一阶段主要控制拱轴线的成形, 拱肋坐标可以通过千斤顶调整, 全站仪观测获得。拱轴线坐标获得后, 应将数据迅速反馈给设计单位, 判断是否对吊杆的长度进行调整。

钢管混凝土浇筑须两侧对称进行, 混凝土达到强度后, 须进行密实度测量。

主要控制:设置主拱预拱度、主拱合龙定位观测、主拱应力。

2.2 吊杆张拉

对于柔拱刚梁结构, 吊杆张拉非常关键。因为柔拱刚梁加吊杆形成的内部多次超静定结构, 主梁的受力是否合理将很大程度上取决于吊杆力的大小。但是, 与柔梁结构相比, 刚梁结构的吊杆力往往不容易控制。这是因为吊杆在张拉过程中, 会产生吊杆力的耦合, 即张拉某根吊杆, 其余吊杆力会迅速降低, 并且其降低程度是计算所很难把握的。因此, 对吊杆力的监测将是关键。

一般设计文件要求吊杆张拉分5次进行, 不过最终应由监控单位根据测试结果确定张拉次数, 这其中既取决于张拉千斤顶的数量, 也取决于每次张拉吊杆力的数值。监控单位建议, 为了更好地保证吊杆力的准确性, 最终一次吊杆力调整须放在桥面铺装后进行。

主要控制:吊杆张拉监测、主拱应力、主梁标高变化。

次要控制:主梁应力、预应力张拉。

3 施工监测的方法

施工监测是施工监控中一部分, , 所进行的测试内容也是围绕施工控制进行的。为了保证整个施工控制的顺利进行, 需要进行如下测试内容:

3.1 主拱轴线测试

3.1.1 测点布置:主拱在四分点、跨中、四分之三断面上布置6个测点。

3.1.2 测试方法:采用全站仪, 测量精度5″/2+3ppm。

3.1.3 测试周期:测试工况为全桥合龙时、张拉吊杆过程及铺装完成后。

3.2 主拱断面应变测试

3.2.1 测点布置:

主拱在拱脚、四分点、跨中等五个断面布置测点, 每个断面布置4个测点, 共20个测点。