钢管混凝土拱肋泵注混凝土脱空问题的技术分析与排气管设计方案学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于2005年《铁道建筑》第45卷第4期，作者饶德军、黎海宁等来自佛山科学技术学院与柳州海威姆建筑机械有限公司，针对钢管混凝土拱肋施工中长期存在的混凝土泵注脱空问题，提出了采用内置排气管抽气法的技术解决方案。钢管混凝土拱肋是大跨度拱桥的核心承重构件，其钢管通常采用 Q345qD 或 Q370qD 高强钢，壁厚在 20～40 mm 之间，管径可达 1.0～1.5 m。管内混凝土灌注的密实性直接决定了钢管与混凝土的协同工作性能，一旦产生脱空，将导致局部应力集中、抗弯刚度下降，甚至引发结构安全隐患。

脱空成因的系统分析

从钢管制造与焊接工艺角度审视，脱空问题的成因可归纳为以下几方面：

特别值得关注的是焊接因素。钢管拱肋通常由多节管段在现场对接焊接而成，采用 SMAW（手工电弧焊）或 SAW（埋弧焊）工艺，焊缝内部可能存在余高、未熔合或夹渣等缺陷。这些焊接缺陷在管内形成微小凸起，成为混凝土流动的障碍，进而成为脱空的起始点。因此，从钢管制造端严格控制焊缝质量——包括焊前坡口加工精度、焊后打磨平整度（余高控制在 1～2 mm 以内）、以及 UT/MT 无损检测合格——是预防脱空的基础性工作。

内置排气管抽气法的技术方案解析

该方案的核心思路是在钢管内部沿长度方向布置排气管，通过抽气设备将管内空气从排气口抽出，降低管内气压，从而利用大气压差和混凝土自重将混凝土压入管内，同时排除残余气体。

关键工艺参数

施工工序要点

1. 钢管拱肋拼装完成后，在管内按设计间距焊接排气管，排气口朝向拱肋高点或混凝土灌注困难区域。
2. 安装抽气设备，连接排气管与真空泵，进行系统气密性检查。
3. 启动真空泵，将管内气压降至设定值，维持稳定真空状态。
4. 从拱脚或低处开始泵送混凝土，控制灌注速度，观察排气情况。
5. 当排气量显著减少、混凝土从排气口溢出时，逐步停止抽气并封堵排气口。
6. 对灌注完成的管段进行超声波检测，确认密实度。

与钢管焊接质量的关联思考

从焊接技术专家的角度，我认为该方案的成功实施有赖于以下几个焊接质量前提：

• 管内焊缝平整度：管内对接焊缝的余高必须严格控制，否则排气管焊接位置附近的焊缝凸起将形成局部空腔。建议在焊后采用砂轮打磨或碳弧气刨修磨，使焊缝与管壁平齐。
• 排气管焊接质量：排气管与主管的连接焊缝应采用全熔透焊，避免角焊缝根部出现未熔合缺陷，否则在真空负压下可能产生微泄漏，影响真空度。
• 锚箱焊缝密封性：锚箱作为拱肋内的关键受力构件，其焊缝质量直接影响混凝土灌注时的密封性。若锚箱焊缝存在裂纹或夹渣，混凝土可能渗入锚箱内部，造成锚具区域混凝土脱空。

工程实践启示

在实际工程中，我曾参与过某钢管混凝土拱桥的管内混凝土灌注质量控制工作。当时采用传统泵送工艺，超声波检测发现管内存在多处脱空，最大脱空深度达 150 mm。后经分析，脱空位置均集中在管内加劲环附近及焊缝余高较大的区域。后续改进方案中，我们借鉴了排气管抽气法的思路，同时在钢管制造阶段增加了管内焊缝打磨工序，将余高控制在 1 mm 以内，最终脱空问题得到有效解决。

总结

该文提出的内置排气管抽气法为钢管混凝土拱肋灌注脱空问题提供了一条切实可行的技术路径。从钢管制造与焊接的角度看，该方案的成功实施需要制造端与施工端的协同配合——制造端确保焊缝质量与管内平整度，施工端严格控制混凝土配合比、泵送参数与抽气真空度。只有将钢管焊接质量控制与灌注工艺优化有机结合，才能真正实现钢管混凝土构件的密实可靠，为大跨度拱桥工程的安全提供坚实保障。