一种钢管混凝土拱肋的施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土拱肋的施工方法。


背景技术：

2.近些年，钢管混凝土在超高层建筑和大跨桥梁中得到广泛应用，其截面以圆形为主。钢管和混凝土相辅相成，一方面钢管类似箍筋，使得混凝土三向受压，抗压能力增强，另一方面，内填混凝土又解决了钢管潜在的失稳问题。
3.随着实际工程中钢管混凝土应用的增多，发现很多内部混凝土和钢管内壁存在空隙，空隙厚度大的称为脱空，间隙厚度很小的一般称为脱粘。钢管混凝土拱桥的拱肋暴露在野外，且采用泵送混凝土灌注，一般认为，按照相关的工艺标准进行施工，混凝土的内部即可达到密实。但按常规方法施工的钢管混凝土拱桥，混凝土和钢管间的脱空不可避免。脱空的主要原因是混凝土在形成强度过程中的干缩，使用过程中温度作用下混凝土径向收缩，或钢管径向膨胀造成的二者脱离等。在建筑结构中，主要是这种界面脱离造成径向的脱粘。对于钢管混凝土拱桥，脱空和脱粘主要发生在拱顶段，因为拱顶段相对较平坦，且是整个拱肋的最高部位。脱空直接影响钢管和混凝土的共同作用，且多数设计规范目前尚未考虑脱空的影响。
4.如何避免钢管混凝土构件的脱空引起了关注。现行的方法主要是采用微膨胀混凝土、缓膨胀混凝土、以及在钢管内壁焊接防脱粘的连接件等。因较多的防脱粘连接件，会增加混凝土泵送的阻力，不能过多设置。目前主要靠混凝土的膨胀增强钢管对混凝土的紧箍力，从而防范脱粘。然而混凝土的体积膨胀量有限，高温使钢管的膨胀作用更大，因此，混凝土和钢管的脱粘不可避免。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种钢管混凝土拱肋的施工方法。
6.发明采用的技术方案：使拱肋内的混凝土在受到外加压力的状态下终凝成型，避免在随后的使用过程中脱粘，具体的施工方法包括以下步骤：
7.s1：钢管段的制作制作各钢管段；在拱肋顶部钢管段的端部焊接横隔板，横隔板中部连接圆筒状的缸体，缸体的外端临时固定有活塞体，活塞体的加载面朝外；
8.s2：安装钢管段吊装拱肋的各个钢管段，在拱顶留一间隙，间隙两侧为上一步骤中制作的顶部钢管段，横隔板靠近间隙；调整各钢管段标高，符合设计要求后，焊接相邻钢管段；拱顶间隙两侧的顶部钢管段，焊接连接钢构件；
9.s3：压注混凝土向拱顶两侧的拱肋段内压注混凝土，确保压注饱满，混凝土上表面和钢管间没有滞留空气；
10.s4：施加压力向间隙内吊放并安装加力设备，撤除缸体和活塞体间的临时固定措施，加力设备对两端的活塞体施加顶推力；靠近拱顶的钢管外表面安装有应变计，监测钢管
的环向应力，以设定的环向应力限值，控制顶推；在混凝土达到设定强度前，维持此顶推力；
11.s5：完成间隙段的混凝土灌注移除加力设备，用钢管片连接间隙两侧的拱肋段，各钢管片连接在一起，组成连接两侧拱肋段的间隙钢管段；向间隙钢管段内压注混凝土；新压注的混凝土终凝并达到设定的强度后，拆除原先跨越间隙的连接钢构件。
12.优选地，所述混凝土为微膨胀的自密实混凝土，强度等级至少为c60。
13.优选地，所述活塞体的组成包括端板、侧板、端板的加劲矩形板；侧板为圆筒状，外表面光洁。
14.优选地，所述缸体为圆筒状，内表面光洁。
15.优选地，所述活塞体的侧板的远离端板的端部，外侧面上沿圆周有密封槽，密封槽内放置有密封圈。
16.优选地，所述间隙的宽度、两个临时固定的活塞体的端板间的距离，均大于加力设备的初始长度。
17.优选地，所述加力设备为液压千斤顶。
18.优选地，所述拱肋段的中部有密封的横隔板，将拱肋段分为多个压注仓；在步骤s3中，从低到高依次压注两侧对应的压注仓；
19.优选地，在压注靠近桥面的压注仓时，压注口设在该压注仓的上端，混凝土从压注仓的高端进入压注仓。
20.优选地，所述钢管片的横向中部靠近连接钢构件，从而避免连接钢构件影响相邻钢管片的焊接作业。
21.本发明的有益效果为：通过对钢管内刚压注的混凝土施加外部压力，使混凝土更密实；外部压力及混凝土的微膨胀，均使钢管的直径发生膨胀，在混凝土终凝后，钢管紧密地箍在内部的混凝土柱上，增强了两者间的粘结力，可避免脱粘；该发明中的外部作用力施加在拱顶位置，考虑到新浇筑的混凝土不同于水和液压油等常规的液体，压力的传递受到混凝土与钢管壁间粘滞阻力等因素的影响，压力的作用向拱肋底部逐渐递减，有效的范围主要在拱顶段，而这正是容易发生脱空和脱粘的部位，因此，本发明中将加力装置设置在顶部，方法效率高；该方案中采用的材料为型钢，采用的设备均为工地常用设备，增加的操作仅为焊接和液压千斤顶的操作，因此，用材料少，操作简单，只增加极少的造价。
附图说明
22.图1为实施例1中对拱肋混凝土施加顶推力期间拱顶拱肋纵剖示意图；
23.图2图1中a
‑
a的剖视示意图；
24.图3连接前的拱肋侧视示意图；
25.图4图3中过b
‑
b的剖视示意图；
26.图5制作中的缺陷体的轴向剖视示意图；
27.图6拱肋段间的连接钢梁侧视示意图；
28.图7连接后的拱肋纵剖示意图；
29.图8压注混凝土后的两拱肋段纵剖示意图；
30.图9缸体和活塞体间的初始连接示意图；
31.图10两拱肋段间焊接钢管段后的纵剖示意图；
32.图11拱肋成型后的纵剖示意图；
33.图12间隙钢管段钢片拼装示意图。
34.图中：1
‑
钢管，2
‑
混凝土，3
‑
第一阶段排气管，4
‑
t型钢梁，5
‑
千斤顶，6
‑
加劲三角板，7
‑
横隔板，8
‑
缸体，9
‑
活塞体，10
‑
缺口，11
‑
立柱，12
‑
横梁，13
‑
加劲矩形板，14
‑
端板，15
‑
侧板，16
‑
螺杆，17
‑
密封圈，18
‑
第二阶段排气管，19
‑
第二阶段进料管，20
‑
上钢管片，21
‑
下钢管片，22
‑
补浆孔。
具体实施方式
35.实施例1
36.本实施例以某钢管混凝土拱桥中的一根拱肋的成型为例。该拱肋的钢管外径为1200mm，壁厚20mm。为提高成型后钢管与内部混凝土间的抗脱粘能力，采用本发明中的施工方案。该钢管混凝土拱肋的施工方法包括以下步骤：
37.s1：钢管段的制作以拱顶为界，两侧各为一个拱肋段，两个拱肋段相对于跨中位置对称。每个拱肋段由数个钢管段组成。制作各钢管段。在拱肋顶部钢管段的端部焊接横隔板7，横隔板7中部连接圆筒状的缸体8，缸体8的外端临时固定有活塞体9，参见图1、图5和图9。横隔板7和钢管1的连接处，增加有加劲三角板6，见图4。临时固定措施包括沿圆周均匀分布的16个直径为20mm的螺杆16，螺杆16穿过缸体8上的通孔后，进入侧板15上的非贯通螺孔。活塞体9的组成包括端板14、侧板15、加劲矩形板13；侧板15为圆筒状，外表面光洁。缸体8为圆筒状，内径600mm，内表面光洁。活塞体9的侧板15的远离端板14的端部，外侧面上沿圆周有密封槽，密封槽内放置有密封圈17。横隔板7上有补浆孔22，内安有单向阀，只能流入不能流出。
38.s2：安装钢管段吊装拱肋的各个钢管段，参见图3。在拱顶留一间隙，间隙两侧为上一步骤中制作的顶部钢管段，横隔板7靠近间隙；间隙的宽度为800mm，端板14的外表面距离间隙100mm。调整各钢管段标高，符合设计要求后，焊接相邻钢管段；拱顶间隙两侧的顶部钢管段，焊接t型钢梁4作为连接钢构件。沿间隙的一周均匀设置有5根t型钢梁4，见图2。t型钢梁4采用常规的t型钢，t型钢高294mm宽300mm腹板厚12mm，翼板厚20mm；在t型钢翼缘上加焊一与翼缘同宽度，厚度为18mm的钢板，确保所有t型钢梁4的截面面积之和大于钢管1的截面面积。拱肋段间的t型钢梁4的侧视示意图如图6所示，为方便后续施工，t型钢梁4中部有一长度为1000mm的缺口10，缺口10的深度为40mm。在此阶段，安装由立柱11和横梁12组成的吊架，见图7。
39.s3：压注混凝土所述混凝土2为微膨胀的自密实混凝土，强度等级为c60。每侧的拱肋段为一个压注仓，有多个第一阶段排气管3。有多个进料口，最低处的进料口位于拱肋高度的中部。两侧同步地从低到高向两拱肋段内压注混凝土2；在最低处的进料口压注时，开始阶段，混凝土2依靠自身重力，从高端流入低端；后续压注时，比直接从桥面端压注所需的压力小。压注过程中，从低到高，及时关闭出浆的第一阶段排气管3.完成两个拱肋段的混凝土2的泵送施工，压注混凝土后的两拱肋段纵剖示意图见图8。拱肋段内已压注饱满，混凝土2上表面和钢管1间没有滞留空气。
40.s4：施加压力混凝土2的泵送施工完成后，立即向拱顶的间隙内吊放并安装千斤顶5，采用手动葫芦调整千斤顶5的位置。顶伸杆完全回缩后，千斤顶5的初始长度为700mm，外
径为600mm，内径为400mm。卸除临时固定缸体8和活塞体9间的螺杆16。千斤顶5对两端的活塞体9施加顶推力；拱肋段拱顶端钢管1外表面安装应变计，监测钢管1的环向应力。设定的环向应力限值150mpa，以此控制顶推；在混凝土2达到设计强度80％前，维持顶推力。
41.靠近拱顶处的混凝土2，可以近似按常规液体中的方法分析压强的传递，以此估算所需的千斤顶顶推力。根据缸体8内径与千斤顶5内径的尺寸，在混凝土2内产生1mpa的压强增量，至少对应千斤顶5内油压2.25mpa的油压增量；再考虑到钢管1的尺寸，混凝土内1mpa的压强增量，对应钢管1环向29mpa的应力增量。因此，若设定使拱肋段拱顶端钢管1内产生150mpa的应力增量，对应地混凝土内的压强增量大于5mpa，千斤顶5内的油压增量约为11.3mpa，对应千斤顶5的顶推力为165tonf。因此，在选择千斤顶5时，可选择额定顶推力为250tonf或300tonf的。在施加力过程中，观测钢管1上的应变计，监控拱顶附近钢管1的环向应力。若在环向应力达到限值前，千斤顶5的行程将达到最大值，可通过补浆孔22向拱肋段内压注不含粗集料的混凝土2的浆液，同时，千斤顶5回程；千斤顶5回程结束后，停止通过补浆孔22的压注，继续开始操作千斤顶5，使其伸长。如此循环，直到环向应力达到限值。
42.s5：完成间隙段的混凝土灌注移除千斤顶5，用上钢管片20和下钢管片21连接间隙两侧的拱肋段，两个钢管片间也焊接，组成连接两侧拱肋段的间隙钢管段，见图10和图12；间隙钢管段的底部和顶部分别设置有第二阶段进料管19和第二阶段排气管18。间隙钢管段上包裹电热毯，对该段钢管加热，促使钢管膨胀。向间隙钢管段内压注混凝土2；新压注的混凝土2终凝并达到设定的强度后，拆除电热毯；拆除原先跨越间隙的t型钢梁4，以及吊架等，修正拱肋表面，拱肋成型后的纵剖示意图见图11。
43.至此，按本发明的方案，完成了该拱肋的成型施工。