鋼管補償收縮自密實混凝土在萊榮高鐵跨S209省道特大橋上的應用

王飛、張?zhí)炝?/p>

（1.中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西秦海檢測科技有限公司，陜西 咸陽 712000；3.廣信檢測認證集團有限公司，山東 濟南 250100）

0 引言

鋼管混凝土拱橋?qū)儆阡?混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種。鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)填充混凝土，由于鋼管的徑向約束而限制受壓混凝土的膨脹，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而顯著提高混凝土的抗壓強度。同時，鋼管兼有縱向主筋和橫向套箍的作用，可作為施工模板，方便混凝土澆筑，如圖1所示。

圖1 鋼管混凝土拱橋

鋼管混凝土拱橋具有結(jié)構(gòu)美觀、負載能力強等優(yōu)點，同時還能節(jié)約大量鋼材，在工程中得到廣泛的應用。本文以萊榮高鐵中的跨S209 省道的鋼管拱橋為例，闡述鋼管補償收縮自密實混凝土的應用。

1 工程概況

萊榮高速鐵路跨S209 省道特大橋112m 系桿拱橋鋼管拱肋截面采用啞鈴型鋼管混凝土截面，截面高度3.0m，鋼管直徑1200mm，由厚18mm 的鋼板卷制而成。上下鋼管拱之間用厚16mm 的腹板連接。鋼管及腹腔內(nèi)填充C50 補償收縮自密實混凝土（橫撐鋼管內(nèi)不填充混凝土）。系梁中心線處梁長114.2m，計算跨長為112m，鋼管拱平面內(nèi)矢高22.4m，拱肋最高點距離地面35m（拱肋最高點距離梁面24m，梁面距離地面11m），如圖2所示。

圖2 鋼管拱結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

2 鋼管混凝土制備

鋼管拱內(nèi)采用C50 補償收縮自密實混凝土，若采用傳統(tǒng)混凝土配制技術，首先，混凝土水膠比低、黏聚性大、流動性差，泵送堵管的風險將顯著增大。其次，混凝土強度等級高、單次澆筑體量大，鋼管內(nèi)混凝土水化溫升高、后期收縮大、脫空風險大。

為降低鋼管混凝土拌和物離析泌水風險，改善鋼管自密實混凝土拌和物黏度，提高鋼管自密實混凝土可泵性和體積穩(wěn)定性。項目部試驗室開展鋼管補償收縮自密實混凝土配合比的優(yōu)化設計及性能試驗，在此基礎上提出了“鋼管補償收縮自密實混凝土技術”。鋼管補償收縮自密實混凝土主要控制要點包括以下三點：第一，控制混凝土膠材用量和砂率，確保石子處于懸浮狀態(tài)；第二，摻加黏度改性材料，改善混凝土拌和物的黏聚性和泵送穩(wěn)定性；第三，摻入UEA 膨脹劑，確保硬化混凝土的體積穩(wěn)定性。

鋼管補償收縮自密實混凝土的技術指標根據(jù)現(xiàn)場材料和施工情況隨時進行調(diào)整，應確保以下幾點滿足要求：第一，初始坍落擴展度及2h 經(jīng)時損失；第二，初始擴展時間（T）及2h 經(jīng)時損失；第三，初始倒置坍落度筒排空時間及2h 經(jīng)時損失；第四，初凝結(jié)時間不得少于12h。

2.1 原材料

2.1.1 水泥：P·O52.5

水泥性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

2.1.2 粉煤灰：I 級

粉煤灰性能指標見表2。

表2 粉煤灰性能指標

2.1.3 砂子：河砂

河砂性能指標見表3。

表3 河砂性能指標

2.1.4 碎石：5～20mm

碎石性能指標見表4。

表4 碎石性能指標

2.1.5 水：飲用水

飲用水性能指標見表5。

表5 飲用水性能指標

2.1.6 減水劑：聚羧酸減水劑，減水率≥25%。符合《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）的規(guī)范要求。

2.1.7 膨脹劑：UEA 系列膨脹劑。限制膨脹率等質(zhì)量指標符合《混凝土膨脹劑》（GB/T 23439—2017）的要求。

2.2 C50 補償收縮自密實混凝土配合比

C50 補償收縮自密實混凝土配合比見表6。

表6 C50 補償收縮自密實混凝土配合比

3 施工工藝

鋼管混凝土澆筑是鋼管拱橋施工的關鍵工序，保證鋼管混凝土的灌注質(zhì)量是保證鋼管混凝土拱肋安全受力的關鍵環(huán)節(jié)。鋼管混凝土用輸送泵泵送頂升法灌注，要保證順利進行，一泵到頂。為使鋼管混凝土在灌注后達到密實，并具有補償收縮性，混凝土強度應滿足設計要求，必須在混凝土的試配、制作、鋼管混凝土的灌注等方面，精心組織，科學施工。

根據(jù)對稱與均衡泵送施工原則，以拱頂為對稱中心組織鋼管混凝土的灌注施工。為保證拱肋混凝土的密實性，采用在拱肋兩端泵送頂升壓注的方法澆筑，灌注時使用輸送泵將混凝土連續(xù)不斷地自下而上壓入鋼管拱內(nèi)，不需振搗，直至管頂冒出混凝土（排出混凝土的量建議不少于1m），直至管內(nèi)混凝土密實為止。

根據(jù)設計圖紙要求，按照“先下管、后上管和腹腔”的順序進行施工，分別從兩拱腳向拱頂同時壓注、連續(xù)頂升。下管混凝土強度達到設計強度的90%以上時，依次頂升上管和腹腔混凝土。上管、腹腔混凝土強度達到設計強度90%以上時，對拱肋混凝土密實度進行超聲波檢測，符合要求后方可進行拱肋臨時支架拆除。

下管、上管采用一級泵送、一次到頂，拱頂設一個隔艙板，將上管、下管分為兩個艙室，每個艙室的最頂部設一個直徑150mm 的出漿排氣孔，排氣孔上焊接直徑150mm、管口向上的出漿管。拱腳處設一個直徑125mm 的灌注孔，灌注孔上焊接與拱肋呈45的灌注鋼管，灌注鋼管直徑125mm，與輸送泵配套泵管直徑大小相同。

腹腔由于內(nèi)部設有對拉桿，頂升阻力大，設計按兩級頂升，在拱頂、1/4、3/4 拱肋處各設一個隔艙板，3 道隔艙板將整個腹腔分成4 個艙室，每個艙室的最頂部設一個直徑150mm 的出漿排氣孔，每個艙室的底部設一個直徑125mm 的灌注孔。第一級從拱腳灌注孔壓入混凝土，從1/4、3/4 拱肋處出漿、排氣，第二級從1/4、3/4 拱肋處壓入混凝土，從拱頂出漿、排氣。

4 施工控制要點

第一，拱肋混凝土灌注必須連續(xù)進行，不得中斷。

第二，灌注混凝土時要求縱向嚴格對稱進行。泵壓過程中注意泵的壓力和揚程，泵的壓力一般控制在6～10MPa 或以下，超大跨度可控制在10MPa 以上，建議不超過16MPa。泵機初始排量控制在40%～60%（單個泵機每小時泵送30m混凝土），后續(xù)根據(jù)現(xiàn)場混凝土實際供應情況可提高排量。

第三，鋼管拱內(nèi)混凝土強度達到50% 以上（設計有要求時按照設計要求）時，即可拆除鋼管拱肋上的灌注孔、排氣孔，所有的孔都應用原切割下來的鋼板焊接封閉。切割、焊接時，需做好降溫處理，避免燒傷混凝土?？追忾]焊接應平整光滑，不得凸出和漏焊。

第四，待拱肋混凝土強度均達到設計強度的80%后（設計有要求時按照設計要求），檢查拱肋混凝土是否密實及管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量，采用超聲波檢測，檢測波速一般不低于4500m/s。

第五，在主橋墩兩側(cè)面做好測量標志，用全站儀觀察每一個階段的墩頂水平位移情況。

5 混凝土灌注技術要求

第一，混凝土頂升必須連續(xù)進行，每根拱肋鋼管頂升完畢，經(jīng)全面敲擊檢查確認密實后，再進行下一根拱肋施工。

第二，泵送過程中，由質(zhì)量部質(zhì)檢員、現(xiàn)場技術員采用敲擊法判斷管內(nèi)混凝土填充情況，如有空隙應及時采用振搗棒體外加震方法解決。灌注完成后用超聲波探查管內(nèi)混凝土密實度。不符合規(guī)范要求的壓漿處理方案應根據(jù)檢測部位和脫空情況進行針對性的另行編制。

壓注完成后的鋼管內(nèi)混凝土飽滿、密實，鋼管混凝土脫空率不大于0.6%或脫空高度小于5mm。在澆筑7d 后、28d 前進行超聲波檢測，選取拱腳、拱頂、1/4跨和3/4 跨等主要斷面，每個斷面對稱檢測8 點，每個點不少于3 次。

現(xiàn)場試驗人員按規(guī)范留置混凝土標養(yǎng)和同養(yǎng)試塊，壓注下管時同養(yǎng)試塊應多留幾組，以便確定拱肋混凝土強度增長情況。

6 應用效果

累計施工鋼管補償收縮自密實混凝土308m，順利完成了鋼管拱橋的灌注施工。施工完畢后，經(jīng)現(xiàn)場檢測，鋼管內(nèi)混凝土應填充飽滿、密實，混凝土與鋼管黏結(jié)良好。

7 結(jié)語

鋼管補償收縮自密實混凝土是一種高性能的混凝土，兼有普通混凝土的抗壓強度和自密實混凝土的自密實性；同時由于內(nèi)部沒有鋼筋，降低了混凝土的自重，節(jié)省了工程造價。

相對于傳統(tǒng)混凝土制備技術，鋼管補償收縮自密實混凝土可顯著降低鋼管自密實混凝土離析、泌水風險，大幅提升混凝土穩(wěn)定性能、可泵性能和抗脫空性能，有效保障了現(xiàn)場鋼管拱橋混凝土的施工質(zhì)量。

通過鋼管補償收縮自密實混凝土在萊榮高鐵跨S209 省道特大橋上的施工實踐，對鋼管補償收縮自密實混凝土有了深層次的了解，為在新工程中的應用積累了認識和經(jīng)驗。