钢管拱混凝土顶升灌注工法

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钢管拱混凝土顶升灌注工法是一种先进的施工技术，广泛应用于大跨度桥梁、隧道及建筑结构中钢管混凝土拱的施工。该工法通过在钢管内部设置专用设备，将混凝土从钢管底部泵送至顶部，并依靠重力自然回流充满整个钢管，从而实现钢管混凝土的密实填充。

其主要特点是利用混凝土自身的重力作用，从钢管最低点向上顶升灌注，确保混凝土在压力下充分填满钢管内部，避免空洞和气泡的存在。此方法能够有效解决传统灌注工艺中因高度差导致的混凝土离析、泌水等问题，同时提高施工效率和工程质量。

施工过程中，首先对钢管进行精确安装与定位，确保其线形符合设计要求；其次，在钢管底部设置混凝土泵送设备和排气阀，以保证混凝土顺利灌注并排出空气；最后通过实时监测和调整，确保混凝土灌注过程平稳可控。该工法具有操作简便、安全性高、适应性强等优势地下大型建筑工程施工组织设计，特别适用于复杂地形条件下的大跨度拱桥施工。

钢管拱混凝土顶升灌注工法不仅提高了工程结构的承载能力和耐久性，还大幅降低了施工成本和时间，为现代土木工程建设提供了重要的技术支持。

本工法适用于各种结构形式的钢管拱桥以及其它钢管结构混凝土的灌注。

三、混凝土配合比选择

㈠、技术要求：

1、混凝土强度：fc4≥45Mpa,fc28≥50Mpa

混凝土凝结时间：初凝时间：≥12h，终凝时间≤16h

混凝土灌注时的坍落度：20cm～24cm，坍落度损失：4h时≤6cm

混凝土限制膨胀率：28d，0.00%～0.02%

混凝土和易性、可泵性良好，无泌水现象。

2、混凝土配合比设计

混凝土配合比采用正交试验法进行优化设计，设计控制参数：

水泥：韶峰牌PO525＃，≤550kg/m3，符合国家质量标准要求。

外掺料：Ⅰ级粉煤灰5%～10%，国家质量标准要求。

砂：中粗河砂，细度模量Mn=2.3～3.0，符合国家质量标准要求。

石：花岗岩碎石，最大粒径20mm，级配良好，符合国家质量标准要求。

含砂率：40%～45%。

混凝土配合比及混凝土各项技术性能指标如下表

表1 混凝土 配 合 比

表2 混凝土各项技术性能指标

四、混凝土灌注工艺流程如下图1：

图1 混凝土灌注工艺流程图

五、混凝土灌注施工方法

1、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，南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注。其顺序如下图2:

上弦管 上弦管 上弦管

(外弦管) (内弦管) (外弦管)

下弦管 下弦管 下弦管

(外弦管) (内弦管) (外弦管)

北拱肋 南拱肋

图2 钢管拱砼灌注顺序图

2、灌注孔安设

灌注孔孔径采用125mm，与混凝土输送管等直径，其方向向上，与钢管轴线成30。的角度。混凝土输送管与钢管灌注管用法兰盘连接，并设止浆阀。为防止从拱脚出不能一次灌注到拱顶，每根钢管

从拱顶对称各再增设3个灌注口，作为备用。其布设如下图3所示

排气孔每8m设一个，孔径50mm，露出管外200mm，方向垂直于钢管轴线，在每根钢管拱顶管内用钢板隔开，并在此钢板两侧150mm处对称安设直径φ100mm，高1800mm的排气管。为防止加强环及拱顶隔板处窝气，在加强环和隔板上设φ20mm的排气孔，加强环的排气孔尽量设在靠近拱的上方。

4、输送泵的选型及布设

根据钢管混凝土对称同时灌注的原则，每次灌注两根钢管，则两端各设两台输送泵，同时拱背上布设两组输送管作为备用。为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失，采用二级接力泵送。其输送泵的布设和型号如图4、表3

表3 混凝土输送泵型号

5、混凝土灌注过程中的监测监控

监控项目：墩顶位移、拱顶高程变化、拱轴线变化

监测仪器：NEICA—TCA1800全站仪。

测点布设：在4# 、5# 帽梁及南北拱钢管的L/2、L/4、L/8处设测点，共布设14个测点。

监测监控时间：在混凝土灌注过程跟踪进行监测监控。

（1） 所有输送泵在每次混凝土灌注前对各部件都要进行认真检查，并试运行，确保在整个混凝土灌注过程中，机况运行良好。同时备用两台输送泵，保证在输送泵有问题时，能及时顶上。

（2） 输送管布设时，尽量减少弯管的数量，管道固定牢固，接头连接紧密，不漏浆，不漏气。

（3） 泵送混凝土前，先泵清水和水泥砂浆润滑管道，在泵送混凝土。清水和水泥砂浆只能泵到钢管外，待泵出混凝土时，再与钢管灌注口相接，向钢管内泵送混凝土。

（4） 每车混凝土都应作坍落度、含砂率、和易性检验，保证泵送前混凝土的坍落度控制在20cm～22cm内及和易性、可泵性和自密实性良好。

（5） 对称灌注混凝土数量相差不超过2m3。

（6） 为防止钢管拱冒顶，事先做好压顶的准备工作，一但监测到拱顶冒顶接近警戒值，就立即进行压顶。

（7） 在混凝土灌注过程中，应跟踪监测4# 、5# 墩顶的位移变化，若位移接近警戒值时，应根据加载程序对水平细杆或墩顶竖向预应力加载。

（8） 当输送泵压力接近最大压力值时，而混凝土还未到拱顶，应停止泵送，换管到上一灌注孔进行泵送，但要保证此灌注孔上方混凝土至少有5m，不允许混凝土倒灌。

（9） 当出气孔冒浆时，应立即堵塞该出气孔。出气孔未冒浆不得堵塞。

（10） 混凝土应连续供应，当混凝土出现间断时，应留一车混凝土每隔5分钟泵送一次打养护，直到下车混凝土到来。输送泵料斗必须有足够的混凝土，防止无混凝土空泵而泵入空气到管中，引起堵管，或钢管内混凝土进入空气而形成空洞，影响混凝土质量，或因压缩空气产生高压造成钢管壁破裂。

（11） 当拱顶排气管冒浆时，应继续压注混凝土，直到浮浆全部排完，出现有石子的混凝土时，方可停止泵送混凝土。

（12） 混凝土泵送完后，立即关闭止浆阀门，拆除输送管，进行清洗。

（13） 混凝土灌注完24小时后，应对钢管表面淋水降温，以保证混凝土的质量。

六、质量保证措施

1、加强现场统一指挥，分工明确，相互配合。经理负责总指挥，生产副经理负责现场总指挥，钢管拱两端由两名技术人员进行指挥，各灌注口安排5名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔等。

2、灌注混凝土前，组织指挥和操作人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责和质量职责，确保技术要求的贯彻执行。

3、派人员到混凝土搅拌站监督督促混凝土的供应，与现场密切保持联系，根据现场的需用量及时进行供应。

4、在输送泵现场，派专人对混凝土运输车进行调度指挥，保证运输车进出场畅通。

七、安全保证措施

1、灌注混凝土前，进行安全教育和安全技术交底，完善安全设施。

2、严格按照安全操作规程使用机械。

3、严格遵守高空作业安全规程，安拆灌注管时，严禁从拱上掉东西。

4、所有灌注管安设牢固，不得有松动现象。

5、所有用电线路按“三相五线”制安设。

深圳彩虹桥总建筑长438m，由主桥和两端的引桥组成。主桥为钢管混凝土下承式钢架系杆拱，跨度150m，双向四车道，桥宽23.5m，飞跨深圳火车北站29股轨道。主桥下部结构形式为φ3m桩基、系梁、承台、2.8m—3.6m钢管混凝土柱及箱室钢纤维混凝土帽梁，上部结构为4肢支格构式钢管拱，钢管直径750mm，壁厚12mm，钢管内灌注C50微膨胀混凝土，共590m3；通过17对双吊杆悬吊预应力钢—混凝土叠合板组合桥面系，由于采用无推力拱体系，两端帽梁通过南北各16根12φ15.24钢绞线成品束来平衡拱对帽梁产生的推力，并通过墩柱内的竖向预应力体系克服拱对帽梁产生的弯矩。桥型布置如下图5：

图5 深圳彩虹桥布置示意图

该桥是深圳市已建桥梁中跨径最大、技术含量最高的一座，具有无铰下承格构式系杆拱目前国内跨度最大，桥面悬浮体系目前国内最新的特点。深圳北站大桥建成后，不仅能缓建深圳市的交通，而且将作为深圳城市的一个标志，与周围环境共同构成深圳市的一道亮丽景观。

深圳彩虹桥钢管拱混凝土灌注对可能发生的问题进行预测分析，并采取正确的措施，保证了混凝土得以顺利灌注，取得了较为理想的效果。钢管拱混凝土从1999年11月10日开始，至1999年11月17日结束，历时8天，分四次共灌注混凝土590m3。

1、钢管拱混凝土灌注时间

2、混凝土实测技术指标

dbj50／t-163-2021 既有公共建筑绿色改造技术标准 3、钢管拱实测技术指标

4、安全：无安全事故

5、工期：计划工期30天，实际工期为8天，节约工期22天。

6、经济效益：节约工费：22天×50人×38元/人

污水处理设备安装组织施工方案 =41800元

节约机械费：6台×22天×2000