沙尾左江特大桥管内混凝土灌注施工技术

付柳源 周弟松 马文辉

摘要：文章以360 m公路钢管提篮拱桥沙尾左江特大桥为例，介绍了管内混凝土真空辅助灌注工艺以及现场设备布置等，并通过精心的施工组织和资源安排，优化施工工艺，解决管内混凝土脱空问题，对后续同类型桥梁施工具有参考和借鉴价值。

关键词：桥梁工程;提篮拱桥;混凝土灌注;真空辅助

0 引言

钢结构和混凝土等高强度高性能材料的发展，以及桥梁施工技术的突破，促使钢管混凝土拱桥不断向更大跨径挑战。钢管混凝土拱桥作为钢结构与管内混凝土结合的受力结构，跨径越大，施工条件越复杂，管内混凝土灌注施工难度更大，越易出现管壁脱空问题。因此本文以沙尾左江特大橋为工程背景，结合真空辅助分级泵送灌注工艺，展开对管内混凝土灌注施工的关键技术研究，为同类型桥梁施工提供借鉴。

1 工程概况

沙尾左江特大桥是南宁南过境线，吴圩机场至隆安段高速公路上跨越沙尾左江的一座重要桥梁。大桥起止桩号为K22+653.295～K23+621.795，全长968.5 m，跨径组合为：9×40 m（预应力混凝土连续小箱梁）+360 m（中承式钢管混凝土提篮拱）+6×40 m（预应力混凝土连续小箱梁）。主桥为计算跨径340 m的中承式钢管混凝土提篮拱桥，矢跨比为1/4.533，两拱肋在竖直面内向桥轴线侧倾斜10°，南岸为吴圩岸，北岸为隆安岸，建成时为世界最大跨径的公路钢管混凝土提篮拱桥。

其拱肋采用Q345qC钢材的变高度钢管混凝土四管桁式结构，拱顶截面径向高7 m，拱脚截面径向高12 m，肋宽3.2 m。单片拱肋分16个节段加工制作及安装，全桥上下游共32段。主拱肋均为1 200 mm的钢管混凝土弦管，壁厚24～32 mm，管内混凝土采用C60自密实补偿收缩混凝土。主拱肋通过缀管720 mm和竖向两根腹杆610 mm钢管连接主管而构成矩形截面（见图1）。

2 材料与设备计划

2.1 材料计划

根据混凝土灌注配合比及各原材料的规格型号，准备足够的水泥、石子、砂及外掺剂等材料，初步统计管内灌注方量为3 396.9 m3。为保证材料准备充足，原材料数量按4 000 m3管内混凝土计划，如表1所示。其中混凝土按自密实无收缩的目标进行设计，在混凝土中掺入膨胀剂和微珠等材料，抵消生成强度过程中及后期的收缩，同时满足混凝土高流动、早强、免振自密及易泵送的性能要求，最终确定配合比如表2所示。施工过程中有关人员应做好后场材料的存量跟踪并及时进场补充。

2.2 设备计划

灌注所需混凝土罐车、泵管、混凝土输送泵在拱肋合龙后全部进场完毕，并对各设备进行全面的试运行和检查维护，保证各设备性能良好，避免施工过程潜在的不良因素。其中南岸采用两套120型拌和设备，产能为120 m3/h;北岸采用两套90型拌和设备，产能为90 m3/h。

为满足两岸对称同时灌注的施工要求，综合考虑拌和站距离、运输、材料供应等因素，现场泵送效率约为40 m3/h，混凝土罐车的运输能力为10 m3/辆。南岸拌和站距现场行程约16 km，需配置混凝土罐车11台;北岸拌和站距现场行程约7.2 km，需配置混凝土罐车9台。主要设备计划如表3所示。

3 现场布置

为减少泵送压力和灌注风险，沙尾左江特大桥分二级从拱脚向拱顶泵送。施工中遵循单根拱肋两岸对称灌注以及全桥拱肋上下游交替灌注的原则，避免加载过分集中，保证全桥拱肋结构受力体系平衡，并结合现场地形条件确定泵机位置，必要时搭设泵管支撑架，以减少泵管弯头个数以及避免大幅度转角，保证整个泵送过程顺畅无堵塞。现场整体布置如下页图2所示。

3.1 进浆管布置

单根弦管半跨布置2处进浆口，分2级向拱顶泵送。第1处进浆管位于拱脚处，第2处进浆管位于5#拱肋节段，约3/5矢高处。为减小泵送阻力及对钢管壁的冲击，进浆管应顺弦管轴线（往拱顶）走向设置，且与拱肋钢管轴线夹角<45°。因此，在管内部连接一节弯管，缓解混凝土对管壁的冲击，其中第1级选用规格为45°R1 m的弯管，第2级选用规格为15°R1.5 m的弯管，如图3所示。同时为了保持管内混凝土的压力，防止管内混凝土回流，进浆管应设置止回阀。

3.2 出浆管安装

在北岸第8节段上弦距拱顶接头100 cm和下弦距拱顶接头200 cm处设置出浆管，全桥共16根。出浆管高度约1.2 m，直径为180 mm，以免排浆时粗骨料堵住出浆管，造成多余的浆液和气体排不出。出浆管应设置在隔仓板中心50 cm处（见图4）。为保证灌满出浆时焊缝处不渗浆、不脱空，出浆管应与拱肋弦管焊接牢固。出浆管高度以作业人员实际操作便利为宜，视情况可根据设计要求合理调整。

3.3 真空辅助系统布置

将水环式真空泵及储浆桶（容量≥3 m3）吊至拱顶作业平台位置固定，上下游各2套，并用高压软管连接真空泵、储浆桶和排浆口，连接布置如图5所示。同时在拱肋钢管L/8、L/4、拱顶处和储浆筒上设置带有气体阀门的真空表，施工过程中实时记录真空表的读数并及时做出反应，保证外界与弦管的连接位置密封性良好，维持管内所需要的真空状态。

3.4 泵管布置

全桥共配置8套泵管，南北岸上下游各2套。泵管采用125×5 mm（9 mm）的高压泵管并布置在拱肋上弦管处（见图6）。整个施工过程中不移动泵管位置，浇筑下弦管时通过加长泵管接入下弦管的进浆管。为避免泵送管内混凝土时泵管晃动过大导致接头松动以致于漏浆，泵管使用手拉葫芦与拱肋固定，且不可悬空布置。

4 施工工艺

4.1 灌注顺序

沙尾左江特大桥采用真空辅助灌注工艺，全桥共分为8次灌注，每次南北岸对称浇筑1根主弦管。先下弦后上弦、先内侧后外侧。每次单根弦管混凝土灌注施工完成后，其混凝土强度须达到设计要求的80%才能进行下一根灌注施工，龄期≥3 d且≤5 d。灌注顺序如图7所示。

4.2 施工流程

步骤一：冲洗钢管内壁。在拱脚钢管下缘开设A150 mm的排渣孔，根据全桥矢高选择合适高扬程的抽水机，将抽水机放置在拱顶作业平台上，其出水口与拱顶出浆管连接，开始抽水作业。通过大量注入的水流，将钢管内壁的铁锈、焊渣及其余加工安装过程中存在的细小杂物排出管外。待水流中无管内杂物排出后停止抽水，补焊排渣孔，焊接要求及补焊材料同拱肋主体结构。

步骤二：先后泵送清水、砂浆润滑1级泵管。

（1）断开1级泵机的泵管与进浆管止回阀的连接，先用罐车运水放入泵机内，启动泵机，将水一直泵到管外，使泵管全部湿润。

（2）1级泵机泵送2 m3同标号水泥砂浆，充分润滑管壁，减小混凝土泵送阻力。

（3）泵出的砂浆泄入导排漏斗中，排出拱肋结构以外，避免污染拱肋油漆;被污染的油漆面应及时冲洗干净。

（4）砂浆泵送完成后，连接1级泵机的泵管与进浆管阀门，做好1级泵送准备。

步骤三：泵送第1级管内混凝土。

（1）待每岸2辆C60混凝土罐车运送至现场，每车待料30 min，混凝土充分熟化，排出大气泡，现场试验人员测定混凝土坍落度及扩展度等各项性能指标均合格后，开始进行管内混凝土灌注作业。

（2）启动1级泵机，泵送1级管内混凝土。灌注过程中采用敲击法判别混凝土界面，待超出1级进浆口3 m高左右的位置时，启动真空系统，泵机暂停。管内真空度合格后，继续泵送1级管内混凝土。

（3）泵送过程中维持管内真空度在-0.08～-0.06 MPa范围内。

步骤四：泵送第2级管内混凝土。

（1）同理采用敲击法，判别1级泵机泵送混凝土直到混凝土面高于2级进浆管3 m左右时，关闭1级进浆管阀门，完成1级泵机泵送工作。

（2）启动2级泵机，先后用清水和同标号砂浆润滑2级进浆管，操作与1级进浆管相同。

（3）润管完成后启动真空系统，观测真空表读数达到要求后，2级泵机继续泵送混凝土。泵送过程中维持管内真空度在-0.08～-0.06 MPa范围内。

步骤五：真空系统退出工作。

（1）当2级管内混凝土泵送至拱顶位置并开始出浆时，将混凝土泵送至储浆桶内至少1.0 m3后，暂停2级泵机，缓慢打开空气阀门，断开真空系统与拱顶出浆管的连接，此时真空辅助系统退出工作。

（2）卸除负压时，人工用铁锤敲击出浆管，靠声音辨识混凝土面在出浆管内的位置，检查混凝土是否有回落，当发现混凝土面下降后，立即通知泵机再泵进混凝土，使混凝土重新填满出浆管，确保排浆管内混凝土面不回落至钢管内，以防止空气回流至钢管。

（3）反复进行上述操作，直至负压卸载完毕。

步骤六：完成单根管内混凝土灌注。

真空辅助系统退出工作后，2级泵机继续泵送混凝土，以便将管内浮浆从拱顶出浆管排出。待持续排出的混凝土颗粒均匀，浮浆已完全排尽后，暂停泵送，静置10 min。然后泵送两次，再静置10 min。当管内混凝土无明显的下沉、气泡等现象，关闭2级进浆管阀门，完成单根管内混凝土灌注。

步骤七：清洗设备，准备下一根拱肋混凝土灌注。

拆除泵管，将泵机及泵管等灌注设备冲洗干净。待管内混凝土达到施工要求，开始开展下一根主弦管灌注的工作。施工要求参照上一轮步骤进行。

5 结语

管内混凝土灌注是形成钢管混凝土结构的关键环节，其施工质量优劣直接影响到成桥的质量和安全，因此务必引起高度重视。本文采用真空辅助施工工艺，分2级由两岸拱脚同时向拱顶接力泵送，速度快、质量好，能有效解决管内混凝土脱空问题，大大节约了时间和人工成本，值得同类型桥梁施工借鉴。

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