下承式鋼管混凝土提籃拱橋混凝土配制與施工

宋小兵

1 工程背景

新建甬臺(tái)溫鐵路奉化江大橋主跨設(shè)計(jì)為1-128 m下承式尼爾森體系鋼管混凝土提籃式系桿拱橋,在客運(yùn)專線上為首次采用。鋼管拱結(jié)構(gòu)布置采用剛性系梁剛性拱,兩拱肋之間共設(shè)五道橫撐,拱頂處設(shè)X形撐,拱頂至兩拱腳間設(shè)4道K形橫撐,拱肋橫截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面。鋼管直徑為1 200 mm,由厚18 mm的鋼板卷制而成,鋼管內(nèi)采用C55無(wú)收縮混凝土填充,混凝土彈性模量:Ec=3.60×104MPa,限制膨脹率(水中14 d不小于2.5×10-4,空氣中28 d宜為2×10-4～6×10-4),施工的難度主要表現(xiàn)在:鋼管拱施工對(duì)混凝土的性能要求較高,其必須具備微膨脹、自密實(shí)、早強(qiáng)、緩凝等特性。

表1 配合比采用材料

2 混凝土配合比的確定

本工程選用的外加劑品種主要為UEA型膨脹劑、高效緩凝減水劑。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)具體檢驗(yàn)、試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行分析,并確定混凝土配合比。配合比采用材料見(jiàn)表1。

3 控制指標(biāo)

1)試配強(qiáng)度。試配強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,并滿足強(qiáng)度保證率的要求,標(biāo)準(zhǔn)差的確定按一般高性能混凝土的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算,主要控制水灰比,W/C對(duì)于鋼管混凝土的膨脹系數(shù)影響很大,W/C小,膨脹時(shí)間延長(zhǎng),不利于鋼管受力;W/C大,膨脹發(fā)揮較早,強(qiáng)度下降,對(duì)提高結(jié)構(gòu)受力不利。2)砂率。按高性能混凝土的設(shè)計(jì),測(cè)得砂、石混合最小空隙率{a=(表觀密度-體積密度)/表觀密度}進(jìn)行計(jì)算;同時(shí)考慮鋼管混凝施工中采用頂升灌注,要求混凝土保持有良好的和易性,粗骨料在頂升過(guò)程中由于自重而下落,應(yīng)適當(dāng)增大砂率,使粗骨料在流態(tài)混凝土環(huán)境中保持懸浮狀態(tài),然而提高砂率將增大水泥用量、損失強(qiáng)度、降低膨脹率。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮,保證灌注的鋼管混凝土后期無(wú)應(yīng)力或微應(yīng)力即可。3)凝結(jié)時(shí)間的確定。鋼管混凝土采用頂升灌注法,施工過(guò)程中首先要考慮混凝土從攪拌到施工完成不得出現(xiàn)初凝現(xiàn)象,可適當(dāng)調(diào)整聚羧酸中組分或增加摻量,但不宜過(guò)大,會(huì)引起泌水及降低和易性、減少膨脹率等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮。4)膨脹劑的品種與摻量。在保持坍落度、水灰比、減水劑摻量不變的情況下,隨著內(nèi)摻膨脹劑的增加,混凝土的限制膨脹率增加,混凝土強(qiáng)度下降,而坍落度損失增大,在試配時(shí)應(yīng)多摻量比較,選擇合適的摻量。

4 配合比及性能

C55鋼管微膨脹混凝土配合比中各材料用量見(jiàn)表2。配合比性能指標(biāo)見(jiàn)表3～表 5。

表2 C 55鋼管微膨脹混凝土配合比中各材料用量 kg/m3

表3 配合比性能指標(biāo)(一)

表4 配合比性能指標(biāo)(二)

表5 配合比性能指標(biāo)(三)

5 結(jié)果參數(shù)分析

通過(guò)分析可以看出,隨著UEA膨脹劑摻量的增加,混凝土的膨脹值也適當(dāng)增大,但混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量降低,坍落度損失也相應(yīng)增大。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合混凝土的和易性,選擇編號(hào)P-03配合比作為指導(dǎo)施工生產(chǎn)的理論配合比,即膠材總量488 kg/m3,水膠比0.31,砂率40%,膨脹劑摻量為膠材總量的10%。

5.1 混凝土泵送頂升施工

1)在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作結(jié)束,經(jīng)檢查合格后,即可開(kāi)始泵送施工。用4臺(tái)混凝土泵分別從兩拱腳兩側(cè)同時(shí)灌注,泵送混凝土的速度應(yīng)協(xié)調(diào)一致,遵循對(duì)稱、均勻的原則。泵送順序?yàn)橄壬瞎?、后下管、再腹?當(dāng)上一循環(huán)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%后,才可泵送下一循環(huán)混凝土。2)為增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性,保證混凝土的壓注質(zhì)量,需在拱肋頂面隔倉(cāng)板附近開(kāi)設(shè)φ 20 mm的孔,以利于排氣,同時(shí)由φ 100 mm排氣管排出含有石子的新鮮混凝土?xí)r,插入φ 50振動(dòng)棒進(jìn)行振搗。3)按規(guī)范規(guī)定在現(xiàn)場(chǎng)抽取混凝土同養(yǎng)、標(biāo)養(yǎng)試件。

5.2 施工要點(diǎn)

1)每次泵送混凝土宜選擇在氣溫較低時(shí)進(jìn)行。泵送混凝土前,必須先泵送一盤(pán)水泥砂漿以潤(rùn)濕輸送泵機(jī)及泵管。水泥砂漿強(qiáng)度不低于混凝土的強(qiáng)度。2)混凝土的生產(chǎn)除確保各組成材料計(jì)量準(zhǔn)確外,每盤(pán)攪拌時(shí)間不得少于2 min,試驗(yàn)人員要經(jīng)常檢查各組成材料的質(zhì)量,每盤(pán)混凝土出料坍落度宜控制在20 cm～22 cm。3)開(kāi)始泵送時(shí)泵機(jī)應(yīng)處于低速壓送狀態(tài),此時(shí)應(yīng)注意觀察泵機(jī)的工作壓力和各部件的工作狀況,待泵送正常后方可提高至正常壓送速度。壓送混凝土?xí)r,泵機(jī)料斗內(nèi)應(yīng)裝滿混凝土,以免在泵送過(guò)程中吸入空氣。4)單個(gè)弦管或腹板內(nèi)的混凝土泵送宜在2 h內(nèi)連續(xù),同時(shí)兩片拱肋應(yīng)基本同步對(duì)稱頂升完畢;單片拱肋的單個(gè)弦管或腹板內(nèi)各倉(cāng)的混凝土必須在混凝土初凝時(shí)間以內(nèi)壓送完畢。5)為便于處理泵管堵塞故障和加快每倉(cāng)混凝土的泵送速度,在泵管和混凝土進(jìn)口之間加設(shè)一個(gè)截止閥(每倉(cāng)一個(gè)),在泵管發(fā)生堵塞故障時(shí),及時(shí)關(guān)閉截止閥,并務(wù)必在30 min內(nèi)處理完故障。6)頂升過(guò)程中,應(yīng)安排專人沿頂升長(zhǎng)度方向檢查頂升情況;當(dāng)頂升至隔倉(cāng)板附近時(shí),用小錘敲打排氣孔附近的拱肋弦管,以利排氣;當(dāng)混凝土沿排氣管冒出,即可停止頂升,用濕麻袋封口,關(guān)閉截止閥。7)泵送混凝土?xí)r,如天氣過(guò)熱,應(yīng)對(duì)泵管覆蓋及弦管澆水降溫,以確保混凝土的養(yǎng)生質(zhì)量。8)混凝土頂升過(guò)程中,測(cè)量人員應(yīng)隨時(shí)對(duì)鋼管拱的變形和拱座進(jìn)行測(cè)控。9)當(dāng)拱肋混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,應(yīng)用超聲波對(duì)拱內(nèi)混凝土的密實(shí)情況進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)鉆小孔作壓漿處理。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)鋼管混凝土拱橋的施工已積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn),由于膨脹混凝土的特殊性,配制和施工是兩個(gè)決定性環(huán)節(jié),即使很小的誤差都會(huì)造成混凝土強(qiáng)度波動(dòng),膨脹值增大或減小,引起結(jié)構(gòu)受力降低及鋼管混凝土飽和度下降等破壞事故。采用上述方法完成的奉化江大橋下承式尼爾森體系鋼管混凝土提籃式系桿拱橋工程混凝土灌注順利;鋼管拱混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到70.9 MPa(標(biāo)準(zhǔn)值為不小于60 MPa);混凝土填充度達(dá)到99%(標(biāo)準(zhǔn)值為不小于98%);軸線橫向偏移拱頂處為1P10 000(標(biāo)準(zhǔn)值為1P5 000);LP4拱肋處為1P15 000(標(biāo)準(zhǔn)值為1P6 000)。滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1] 吳中偉,張鴻直.膨脹混凝土[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1991.

[2] CECS 28∶90,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[3] TB 10203-2002,鐵路橋涵施工規(guī)范[S].

[4] 尹 平.混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防處理措施[J].山西建筑,2008,34(10):159-160.