论文部分内容阅读
摘要：钢管混凝土结构，是指在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，钢管内混凝土和钢管共同工作。钢管混凝土结构与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量和承载能力相同的前提下，能够大大减少构件的横截面面积，减轻结构自重。本文将结合某钢管混凝土拱桥工程深入探讨在桥梁工程施工中如何进行钢管混凝土的施工质量控制。
关键词：钢管混凝土、质量控制
中图分类号：TU37文章标识码：A文章编号：
一、前言
现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，因为现在的工程结构正在向大跨、高耸、重载的工程方向发展，但是传统的钢筋混凝土结构和钢结构却都受制于自身材料的局限性而在近年没有突破性的进展。钢管混凝土结构具有承载能力高、延展性好、自架设能力强和耐火性能好的优点，能够满足大跨、高耸、重载的要求并能经受恶劣环境条件的考验，因而近年来在建筑、桥梁以及地下结构中应用广泛，有着极为广阔的发展前景。
二、钢管混凝土结构的优点
钢管混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:
1、塑性、韧性、抗冲击性与抗震性好
将钢管中填充混凝土，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年发生的四川汶川大地震中，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。
2、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。
3、施工方便
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。与普通钢筋混凝土相比，钢管混凝土施工更加简便，特别是泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土先进的施工工艺采用后，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结构材料自重大和施工困难的问题。
三、钢管混凝土的施工质量探讨
新建天津至秦皇岛铁路客运专线DK249+462.3处戴河大桥为2-56m简支系杆拱桥，钢拱肋平面内矢高14m，钢拱肋为钢管拱形式，拱肋横断面采用哑铃型钢管混凝土变截面，拱顶截面高度h=2.2m，拱脚截面高度h=2.8m，钢管直径为1m，由厚度14mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用δ=14mm的腹板连接，每隔一段距离，在圆形钢管内设加劲箍，在两腹板中焊接拉筋，拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。
1、钢管混凝土配合比
（1）混凝土设计指标及参数：强度：C50坍落度：220～260mm；扩展度：550～600mm；含气量：≥2.0%；电通量：56d电通量<1000C；限制膨胀率：≤0.00015；抗渗等级：≥P20。
⑵每方混凝土的原材料用量（Kg）为：
水泥（P.O42.5）：砂（Ⅱ区中砂）：石（5～25mm连续级配）：粉煤灰（F类Ⅰ级）：矿粉（S95级）：水（地下水）：减水剂（聚羧酸系高性能）：膨胀剂（HCSA）= 370：668：1001：70：60：170：6.5：40
2、顶升施工设备
⑴混凝土输送泵4台；
⑵混凝土截止阀8个；
⑶自制两个备用变径管接头（各种规格）2个；
⑷测量仪器（全站仪等）一套；
⑸钢管架平台。
3、混凝土泵的选择：
输送泵的额定泵送能力不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍；输送泵的额定压力须满足最大泵送压力。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度，本桥要求输送泵的额定扬程大于80m。
顶升压力计算：根據流体力学能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p为各种压力损失总和。γh＝2500×9.807×59.7≈1.46MPa。功率=ΔP×s×v.综合以上因素选择SY5110HBC90型混凝土高压输送泵，分配阀为S形摆管阀，最大理论泵送垂直高度150m，最大理论输出量50m3，出口处最大压力为11.5MPa，电机功率为161kW，数量4台，两岸各一台备用。
4、钢管混凝土工艺要求
⑴管内不得出现断缝、孔洞，不得出现混凝土与管壁分离现象；
⑵单管混凝土灌注必须连续浇注，且灌注完成时间不得超过首盘混凝土初凝时间；
⑶设计要求采用C50补偿收缩混凝土。
在进行混凝土浇注之前，用塑料薄膜（或其他材料）将拱肋弦杆全部覆盖，以免混凝土污损钢管涂装。
5、顶升工艺
在各项准备工作结束，经检查合格后，即可开始泵送施工。钢管混凝土的泵送从两端拱脚开始，单幅桥四个拱脚对称灌注，一次顶升泵送到拱顶。为增强混凝土的密实性，保证混凝土的压注质量，在中拱顶位置开排浆孔，并利用钢管将φ125mm排浆口接高1m以上，为避免排出的混凝土和水污染拱肋，排浆管的位置在中拱顶的上侧面，并且该处在混凝土顶升前先在钢管拱肋上铺设好彩条布，待排出含有石子的新鲜混凝土时停止泵送，关掉拱脚处的截止阀，随后拆除泵管。
为防止泵机压力不能满足混凝土顶升要求及意外情况发生，确保混凝土泵送顺利进行，在肋间横梁与第一道吊杆之间弦管上侧面增设备用灌注孔，每道弦管需对称增设两个备用灌注孔，安装好泵管接头及截止阀，在两岸土围堰处搭设钢管脚手架，把泵管接至备用灌注孔处与截止阀连接。混凝土正常从拱脚顶升时，备用截止阀门关闭。在出现泵机压力不能满足顶升要求时，关闭拱脚处截止阀，开启备用灌注孔处截止阀，从该处继续进行混凝土顶升。
6、质量保证措施
（1）加强现场指挥，分工明确，相互配合。生产副经理任总指挥，钢管拱两端由2名技术人员进行指挥，各灌注口安排8名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔检查、检查泵管接头与弦管的各个焊缝等。
（2）灌注混凝土前，组织相关人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责，确保技术要求的贯彻执行。
（3）混凝土搅拌站由专人监督督促混凝土的供应，与现场密切联系，根据现场需要及时调配混凝土。
（4）现场安排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。
（5）在现场每个泵送口各准备一台混凝土高压输送泵备用，出现混凝土输送泵损坏、混凝土无法继续顶升等情况，立即将混凝土高压输送泵接入备用管，继续顶升，同时保证整个顶升过程在8个小时内完成。
四、结语
随着国家经济的发展，钢管混凝土正广泛应用于各种路桥工程结构中。尽管钢管混凝土在许多弊端和问题，但是它的优点远远多于缺点，随着其理论研究的深入和完善，施工工艺的提高和高性能材料的应用，必将成为一种更完善的结构形式。
参考文献：
杜琨：《钢管混凝土的施工质量控制》，《安徽建筑工业学院学报(自然科学版)》， 2010年03期
聂党旗 胡玉涛：《钢管混凝土柱施工质量控制》，《科技信息》， 2008年22期
黄建彰 田才煜 韦伟鸿 曾永明：《某工程钢管柱高抛自密实混凝土施工质量控制》，《工程质量》， 2010年05期
何汉林：《浅谈钢管柱混凝土的施工质量控制》，《广东建材》， 2008年03期
关键词：钢管混凝土、质量控制
中图分类号：TU37文章标识码：A文章编号：
一、前言
现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，因为现在的工程结构正在向大跨、高耸、重载的工程方向发展，但是传统的钢筋混凝土结构和钢结构却都受制于自身材料的局限性而在近年没有突破性的进展。钢管混凝土结构具有承载能力高、延展性好、自架设能力强和耐火性能好的优点，能够满足大跨、高耸、重载的要求并能经受恶劣环境条件的考验，因而近年来在建筑、桥梁以及地下结构中应用广泛，有着极为广阔的发展前景。
二、钢管混凝土结构的优点
钢管混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:
1、塑性、韧性、抗冲击性与抗震性好
将钢管中填充混凝土，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年发生的四川汶川大地震中，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。
2、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。
3、施工方便
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。与普通钢筋混凝土相比，钢管混凝土施工更加简便，特别是泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土先进的施工工艺采用后，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结构材料自重大和施工困难的问题。
三、钢管混凝土的施工质量探讨
新建天津至秦皇岛铁路客运专线DK249+462.3处戴河大桥为2-56m简支系杆拱桥，钢拱肋平面内矢高14m，钢拱肋为钢管拱形式，拱肋横断面采用哑铃型钢管混凝土变截面，拱顶截面高度h=2.2m，拱脚截面高度h=2.8m，钢管直径为1m，由厚度14mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用δ=14mm的腹板连接，每隔一段距离，在圆形钢管内设加劲箍，在两腹板中焊接拉筋，拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。
1、钢管混凝土配合比
（1）混凝土设计指标及参数：强度：C50坍落度：220～260mm；扩展度：550～600mm；含气量：≥2.0%；电通量：56d电通量<1000C；限制膨胀率：≤0.00015；抗渗等级：≥P20。
⑵每方混凝土的原材料用量（Kg）为：
水泥（P.O42.5）：砂（Ⅱ区中砂）：石（5～25mm连续级配）：粉煤灰（F类Ⅰ级）：矿粉（S95级）：水（地下水）：减水剂（聚羧酸系高性能）：膨胀剂（HCSA）= 370：668：1001：70：60：170：6.5：40
2、顶升施工设备
⑴混凝土输送泵4台；
⑵混凝土截止阀8个；
⑶自制两个备用变径管接头（各种规格）2个；
⑷测量仪器（全站仪等）一套；
⑸钢管架平台。
3、混凝土泵的选择：
输送泵的额定泵送能力不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍；输送泵的额定压力须满足最大泵送压力。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度，本桥要求输送泵的额定扬程大于80m。
顶升压力计算：根據流体力学能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p为各种压力损失总和。γh＝2500×9.807×59.7≈1.46MPa。功率=ΔP×s×v.综合以上因素选择SY5110HBC90型混凝土高压输送泵，分配阀为S形摆管阀，最大理论泵送垂直高度150m，最大理论输出量50m3，出口处最大压力为11.5MPa，电机功率为161kW，数量4台，两岸各一台备用。
4、钢管混凝土工艺要求
⑴管内不得出现断缝、孔洞，不得出现混凝土与管壁分离现象；
⑵单管混凝土灌注必须连续浇注，且灌注完成时间不得超过首盘混凝土初凝时间；
⑶设计要求采用C50补偿收缩混凝土。
在进行混凝土浇注之前，用塑料薄膜（或其他材料）将拱肋弦杆全部覆盖，以免混凝土污损钢管涂装。
5、顶升工艺
在各项准备工作结束，经检查合格后，即可开始泵送施工。钢管混凝土的泵送从两端拱脚开始，单幅桥四个拱脚对称灌注，一次顶升泵送到拱顶。为增强混凝土的密实性，保证混凝土的压注质量，在中拱顶位置开排浆孔，并利用钢管将φ125mm排浆口接高1m以上，为避免排出的混凝土和水污染拱肋，排浆管的位置在中拱顶的上侧面，并且该处在混凝土顶升前先在钢管拱肋上铺设好彩条布，待排出含有石子的新鲜混凝土时停止泵送，关掉拱脚处的截止阀，随后拆除泵管。
为防止泵机压力不能满足混凝土顶升要求及意外情况发生，确保混凝土泵送顺利进行，在肋间横梁与第一道吊杆之间弦管上侧面增设备用灌注孔，每道弦管需对称增设两个备用灌注孔，安装好泵管接头及截止阀，在两岸土围堰处搭设钢管脚手架，把泵管接至备用灌注孔处与截止阀连接。混凝土正常从拱脚顶升时，备用截止阀门关闭。在出现泵机压力不能满足顶升要求时，关闭拱脚处截止阀，开启备用灌注孔处截止阀，从该处继续进行混凝土顶升。
6、质量保证措施
（1）加强现场指挥，分工明确，相互配合。生产副经理任总指挥，钢管拱两端由2名技术人员进行指挥，各灌注口安排8名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔检查、检查泵管接头与弦管的各个焊缝等。
（2）灌注混凝土前，组织相关人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责，确保技术要求的贯彻执行。
（3）混凝土搅拌站由专人监督督促混凝土的供应，与现场密切联系，根据现场需要及时调配混凝土。
（4）现场安排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。
（5）在现场每个泵送口各准备一台混凝土高压输送泵备用，出现混凝土输送泵损坏、混凝土无法继续顶升等情况，立即将混凝土高压输送泵接入备用管，继续顶升，同时保证整个顶升过程在8个小时内完成。
四、结语
随着国家经济的发展，钢管混凝土正广泛应用于各种路桥工程结构中。尽管钢管混凝土在许多弊端和问题，但是它的优点远远多于缺点，随着其理论研究的深入和完善，施工工艺的提高和高性能材料的应用，必将成为一种更完善的结构形式。
参考文献：
杜琨：《钢管混凝土的施工质量控制》，《安徽建筑工业学院学报(自然科学版)》， 2010年03期
聂党旗 胡玉涛：《钢管混凝土柱施工质量控制》，《科技信息》， 2008年22期
黄建彰 田才煜 韦伟鸿 曾永明：《某工程钢管柱高抛自密实混凝土施工质量控制》，《工程质量》， 2010年05期
何汉林：《浅谈钢管柱混凝土的施工质量控制》，《广东建材》， 2008年03期