高標號自流平混凝土在鋼管混凝土拱橋中的應用

曹齊禮 夏馬喜

摘要：由于鋼管混凝土拱橋跨度大、造型美觀、受力合理，已經(jīng)越來越多應用于橋梁施工中，本文結(jié)合揚州新萬福路改建工程江陽大橋主跨施工，介紹了自流平混凝土在鋼管混凝土系桿拱橋中的應用和注意事項，對同類工程施工有一定的指導作用。

關鍵詞：自流平混凝土 鋼管混凝土系桿拱橋 UEA微膨脹劑 施工

中圖分類號：G27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

一、工程概況

揚州新萬福路改建工程江陽大橋，主跨采用120m啞鈴形鋼管混凝土系桿拱結(jié)構，矢跨比1/5，拱高24m，橋面總寬度20.75m，采用盆式鋼支座。拱腳與引橋分別設D-160及D-80伸縮縫各一道。該橋拱腳采用了C55自流平混凝土施工，拱肋采用了C50自流平混凝土施工。該系桿拱的拱腳部位采用厚20mm鋼板四面包封加固，僅開設直徑150mm振搗孔，內(nèi)植剪力釘，底板與盆式支座部位也采用鋼板加固，該部位系梁鋼筋、端橫梁鋼筋、預應力波紋管縱橫交錯，如采用常規(guī)混凝土施工方案，無法保證拱腳部位尤其是支座頂面混凝土密實。鋼管拱肋內(nèi)存在大量加固鋼肋，吊索錨箱、加固彈簧鋼筋，拱肋高度24m，如直接采用從拱腳壓注混凝土至拱頂方法施工，極易造成堵塞和混凝土壓力過大爆管等事故。

二、自流平混凝土的配制、運輸、澆筑、養(yǎng)生

2.1 C55自流平混凝土應用于拱腳

2.1.1自流平混凝土材料配合比由有資質(zhì)的實驗室出具配合比試驗報告，并在施工現(xiàn)場工況條件下進行配合比的驗證工作。

2.1.2每一批次自流平混凝土生產(chǎn)之前均進行集料含水率測定，并據(jù)此調(diào)整施工配合比，按施工配合比在試驗室進行試拌，驗證拌和物坍落度、擴展度等工作性能與配合比復驗時一致后方可開始生產(chǎn)。

2.1.3由于自流平混凝土用料組分較多，需嚴格計量精度，生產(chǎn)前對計量設備需重新進行校驗，清理生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)殘留物等。為保證自流平混凝土各組份能充分攪拌均勻，施工時適當延長混凝土攪拌時間。

2.1.4自流平混凝土拌合物的運輸采用攪拌車加泵送，每罐混凝土到達現(xiàn)場后，均應做塌落度、擴展度試驗。

2.1.5自流平混凝土在自拌和機進入混凝土泵受料斗后，需不間斷地進行攪拌，嚴防板結(jié)，且泵送間隔時間不宜過長。

2.1.6自流平混凝土澆筑宜自最低點開始，以防骨料與漿體分離。由于自流平混凝土極易板結(jié)，因此，在澆筑時不宜頻繁變換布料點位置，以利混凝土按序流動，及時排出氣泡。同時澆筑速度在滿足初凝前覆蓋的條件下宜緩慢均衡進行。

2.1.7自流平混凝土成型模板若采用竹膠板等憎水性等模板時，僅需模板外側(cè)采用小錘輕擊幫助排出微氣泡；若采用鋼、木模板時宜采用鋼釬貼模板面釬插并輔以小錘在模板外輕擊即可獲得良好的效果。

2.1.8自流平混凝土的養(yǎng)護。由于自流平混凝土水泥用量低，水化作用過程中產(chǎn)生的熱量較小，因此無需灑水養(yǎng)護，采用塑料膜等不透水材料予以覆蓋即可（冬期施工尚需采用保溫措施）。

2.1.9試塊制作時，在拌和物入模后只需輕輕晃動即可。

2.2 C50自流平鋼管混凝土拱肋的施工

江陽大橋采用無支架法先拱后桿施工，在鋼管拱肋混凝土的施工階段，為保證鋼管受力效果，采用先灌下肢鋼管，后灌上肢鋼管，再灌腹腔混凝土的灌注順序。

2.2.1為保證混凝土的成型效果，目前鋼管混凝土拱肋的混凝土灌注均采用在拱腳開口對稱頂壓方式向上壓注。但是，以下幾點始終較難克服：

⑴由于施工工藝和混凝土收縮，混凝土總是無法完全充滿鋼管空腹中，使得“緊箍效應”無法實現(xiàn)，混凝土不能達到三軸壓縮的理想效果。[1]

⑵由于鋼管拱肋為薄壁結(jié)構，為防止拱肋變形，混凝土頂升時須嚴格進行混凝土輸送泵壓力的控制，針對不同矢高的鋼管拱肋，必要時尚需分段頂升。但由于進料支管與拱軸線必然存在夾角，且頂升階段混凝土必須持續(xù)具備良好的流動性并維持泵壓，這就使拱肋更易變形，影響橋梁外觀。[2]

⑶部分橋梁鋼管拱肋混凝土采用添加UEA微膨脹劑的辦法試圖保證緊箍效應的實現(xiàn)，但是，UEA微膨脹劑只在混凝土低齡期階段具有微膨脹效果，隨著齡期的增長，混凝土的收縮仍然不可避免，且微膨脹形成的應力若超過鋼管拱肋的允許應力，將造成不可收拾的局面。

⑷由于進料支管與拱軸線存在夾角，造成開口部位鋼管拱肋整體性受到嚴重削弱。

⑸由于混凝土前端潤管砂漿失水、管內(nèi)錨箱及加筋肋阻礙、拱高等因素影響，易在壓注過程中發(fā)生阻管或爆管現(xiàn)象。

2.2.2江陽橋拱肋采用了C50自流平自應力鋼管混凝土，采用混合澆筑方案，即先采用在拱腳開口頂壓方式灌注，后分級從2/8（6/8）、3/8（5/8）及拱頂對稱明灌法施工，較好地解決了上述問題。

⑴不采用砂漿潤管，采用少量同標號少碎石混凝土潤管，保證明灌澆筑時與先澆筑混凝土的連接，由于采用了自流平自應力鋼管混凝土，保證了混凝土的密實度；其配合比設計中在添加UEA微膨脹劑的同時又添加了聚丙烯腈纖維，使UEA微膨脹劑在混凝土低齡期階段的微膨脹應力得到內(nèi)部約束，避免了混凝土隨著齡期的增長而出現(xiàn)的收縮。

⑵由于明灌時，混凝土拌合物輸送出泵管后即自拱頂向拱腳自流，自行從下向上分層密實，因此，無須進行混凝土輸送泵壓控制，避免了拱肋鋼結(jié)構因泵壓力而出現(xiàn)變形。

⑶采用分級明灌可避免混凝土因流動距離過長而產(chǎn)生離析和板結(jié)。

2.2.3其他施工注意事項同一般自流平混凝土的施工。

2.2.4灌漿口鋼管拆除后，混凝土斷口處觀感密實無氣孔現(xiàn)象，在混凝土齡期大于28天后，采用超聲波對拱肋進行了全面檢查，尤其是對錨箱下側(cè)進行檢查，發(fā)現(xiàn)少量的空隙，即采用鉆孔壓注環(huán)氧樹脂水泥漿的方法進行補救。

三、自流平混凝土的使用效果分析

3.1由于混凝土拌和物坍落度、擴展度等工作性能極佳，且無須振搗，自流平混凝土特別適用于結(jié)構復雜、鋼筋密集的高強預應力混凝土薄壁構件。拆模后對盆式支座附近混凝土進行超聲波檢測，江陽大橋拱腳采用了C55自流平混凝土施工的構件均達到了混凝土內(nèi)實外光，且無一預應力管道堵塞的效果。

3.2由于自流平混凝土灌注時無須振搗，既減少了機械使用費，又有效地降低了施工期間的噪音，滿足了環(huán)保要求。

3.3拱肋C50自流平混凝土灌注后，經(jīng)監(jiān)控單位觀測未發(fā)現(xiàn)拱肋的變形現(xiàn)象，保證了設計外觀線形順暢。

3.4江陽大橋C55拱腳混凝土共制作試件4組，其28天抗壓強度平均值及最小值分別為83.4MPa、80.1 MPa。C50拱肋自流平混凝土施工期間共現(xiàn)場隨機取樣制備試塊14組，其28天抗壓強度平均值及最小值分別為59.7MPa、50MPa，特征值49.1MPa，標準差6.4MPa，均滿足現(xiàn)行《混凝土強度檢驗評定標準》GB50107-2010的要求。拱腳混凝土強度經(jīng)回彈檢測，其結(jié)果與試件強度較接近。

3.5由于混凝土配合比設計中摻入了適量粉煤灰，使水泥水化作用產(chǎn)生的氫氧化鈣與粉煤灰中的硅、鋁成分進行二次反應，即波索蘭（pozzolanic mateerial）反應，反應物將會使混凝土更致密，混凝土強度在28天后仍然將會有明顯的增長，并改善混凝土耐久性。[3]

3.6橋梁通車前（2015年3月），江蘇省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司對江陽大橋進行了橋梁動靜荷載試驗，結(jié)果表明，本橋在最不利荷載作用下具有很好的剛度和整體性，主要控制截面的應力、應變及撓度均滿足設計荷載等級“汽-超20，掛-120”的承載能力要求，滿足了設計要求。

參考文獻：

[1]陳寶春，鋼管混凝土拱橋的設計計算，工程力學增刊，1997

[2]付 超、況 勇、蔡金火，大跨度鋼管混凝土拱橋混凝土泵注技術，鐵道建筑技術，2000（2）

[3]顏 聰、陳冠宏、張朝順、吳秋濃，以飛灰取代水泥對高強度高性能混凝土質(zhì)流性質(zhì)之影響，新世紀海峽兩岸高性能混凝土研究與應用學術會議論文集，同濟大學出版社2002（6）