钢管拱桥混凝土配合比设计与施工

孙小伟 SUN Xiao-wei

（中国路桥集团西安实业发展有限公司，西安 745000）

摘要： 西藏昌都澜沧江大桥为大跨度、薄壁钢管混凝土拱桥，其钢管混凝土施工采用泵送顶升法，施工难度大，对混凝土性能要求高。经混凝土配合比设计与优化，制备出满足设计要求的C50微膨胀钢管混凝土，并进行混凝土的拌合物性能、物理力学性能及微观结构分析研究，结果表明，所配制的混凝土不离析、不泌水，坍落度23 cm，混凝土拌和物3 h后的坍落度不小于18 cm，混凝土具有早强、高弹性模量和补偿收缩等性能，完全满足西藏昌都澜沧江大桥钢管混凝土拱桥的工程设计及施工要求。

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关键词 ： 钢管混凝土；配合比；物理力学性能

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0087-02

作者简介：孙小伟（1981-），男，陕西铜川人，技术总工，工程师，研究方向为桥梁道路设计。

0 引言

昌都澜沧江大桥是昌都市首座钢管混凝土拱桥，此桥建成后将极大缓解昌都市目前繁重的交通量，对河两岸居民出行提供很大方便。鉴于此桥承担繁重的交通量，对钢管拱内混凝土强度与密实度要求非常高，在顶升过程中容易出现问题，在国内一般都是单动力注浆地泵，容易注浆失败。为解决此问题，我们采用两台220双动力注浆地泵两边分级加压注浆，并增加多个排气孔以便混凝土顺利注浆完成。

1 工程概况

西藏昌都澜沧江大桥是跨扎曲河连接昌都市区与317国道的工程。该桥为净跨125m、矢净31.5m中承式钢管混凝土拱桥，主拱是哑铃型拱肋，上下弦各是壁厚20 mm、直径950mm的钢管，为大跨度、薄壁钢管拱桥。钢管拱肋内灌C50微膨胀混凝土，全桥钢管拱混凝土总用量约600m3。该桥钢管拱肋设有内法兰盘，所以对混凝土的弹性模量值和流动性要求很高。混凝土采用地泵送顶升施工法施工，具有泵送高度高，距离长，阻力大，施工时间长等特点。

2 对混凝土的技术性能要求

钢管混凝土拱桥的主要承重结构就是钢管混凝土拱肋，所以在设计钢管混凝土的配合比时应综合考虑很多因素，比如初凝时间、微膨胀、可泵性、早强及较低的混凝土含气体量和高弹性模量等。对混凝土的技术性能具体要求如下：

①合适的膨胀性能和自密实以及初凝时间；

②较高的弹性模量， 28d抗压弹性模量大于4.0×104 MPa；

③混凝土的早期强度高，混凝土3d抗压强度大于等于40 MPa；

④良好的可泵性：即坍落度大、不离析、不泌水、和易性好、自密实，确保各项参数都符合相关要求。

3 C50微膨胀钢管混凝土配合比设计及性能

3.1 原材料

①在制备钢管混凝土的过程中，需注意外加剂的引气体积分数，因为该因素和钢管壁与混凝土的粘结有着直接的关系。其影响主要体现在若掺入较大的外加剂引气体积分数，那么引入混凝土中的气体体积分数也会随之增大，如此一来，在施工的过程中，很容易造成钢管壁与混凝土脱粘，导致施工事故。通常钢管拱桥钢管混凝土泵送顶升施工泵送压力是6～20MPa，有资料显示，当钢管混凝土的含气体积分数为2.3%～3.0%时，在上述泵送压力和混凝土的自重作用下，约有占混凝土体积0.05%的气体富集在钢管内壁处，会造成混凝土与钢管内壁间形成宽0.11mm的圆环形间隙，面对这种形势，要想混凝土不出现脱粘现象，必须保证核心混凝土的膨胀率＞2.5×104。而在钢管拱的拱顶附近，必须十分注重混凝土重力沉降和泵送压力等，因为在这些地方很容易出现吸附富集现象，造成混凝土的脱粘，不仅影响了混凝土的力学性能，也破坏了钢管混凝土结构的整体性。另外，还有资料显示，当核心混凝土含气体积分数在1.8%时，在钢管泵送顶升施工时产生的气膜较小，混凝土的膨胀率2×104以上即可补偿形成的气膜间隙。因此，要想保证混凝土质量符合相关要求，需将外加剂的引气体积分数控制在适当范围内。

②粉煤灰选择Ⅰ级粉煤灰，需水体积分数小于95%。

③水泥选择P.O52.5普通硅酸盐水泥。

④膨胀剂选择高能延迟膨胀剂。

⑤细集料选择中砂，要求其含泥量＜1.2%，细度模数2.6～3.0。

⑥粗集料碎石，5～25 mm连续级配，压碎值＜10%，含针片状质量分数＜10%，含泥质量分数＜1.0%。

3.2 钢管混凝土的配合比通过大量的混凝土试配实验

4 C50钢管混凝土的现场施工

①原材料准备：为确保混凝土质量，所有原材料包括级配添加剂等，必须满足设计要求及配合比要求，且一次性准备到位，中途不得停料或换料，保证能一次性浇筑。

②机械检查：混凝土泵送前搅拌站输送泵等设备全面检修，确保混凝土连续浇筑。

③计算泵送压力大小：用两台高压混凝土泵在两端拱脚同时浇筑，混凝土泵功率≥75kW，泵送压力≥16Mpb（双主动力90泵）为确保混凝土一次性浇筑，各种设备均备用一套，泵送导管须固定牢固，可靠。

④天气选择：夏季施工考虑到昌都日夜温差对钢管拱线形影响，高温不利于混凝土顶升，施工时间应在上午十点前完成，并且应无雨，无风。

⑤做好避免由于受力不均有可能会出现的横向位移的应对措施，即在钢管拱拱桥方向上下游各设两道风缆绳，调整到拱轴线位置，锁死凤缆。

⑥在拱肋两个拱脚，拱顶，小里程拱脚至拱顶约2分之一处，大里程拱脚至拱顶2分之一处各设测量点，观察混凝土顶升过程中的纵向及侧向变化。

⑦检查导管及泵车各个部位接头密封圈是否漏浆，漏气。

⑧清除所有与施工无关的异物，不仅可保证施工现场清洁，还可确保混凝土质量密实。

⑨图纸设计只有拱脚一个注浆口，顶部一个排气口，为保连续顶升，为防止导管堵塞，外加1个备用注浆孔，一个排渣口，15m一道的小排气孔。

如图1。

⑩泵送顺序：第一次泵送顶升中两边顶升的混凝土高度不能高于一米。泵送钢管拱上弦混凝土后需等到混凝土强度达到80%后方可泵送下弦，确保拱的受力均匀。

拱肋吊装完成后，钢管拱自密实混凝土的工作顺序：搭建工作平台→安装泵压设备→安装手动截止阀门→压清水→断开手动截止阀门→—排污→打开排气孔→压砂浆→泵混凝土→超过浇筑口1m以后打开排渣口→排出正常混凝土后关闭排渣口→泵送混凝土且到3分之一时测量钢管拱的变化量—泵混凝土→泵满后加压出均匀的混凝土→3分钟后补压两次→关闭手动截止阀门→泵机减压→拆除导管→清洗钢管拱→钢管拱的降温保护→割除注浆孔用铁板补上。

注意：混凝土过法兰盘和吊杆的时候安排人敲击。

5 结束语

西藏昌都澜沧江大桥跨度大，哑铃型拱肋、管壁厚度小，中间有法兰盘。所以对混凝土的各项性能要求很高，而要想满足施工对混凝土的工作性能和物理力学性能的各项要求，无形中对施工提出了更高的要求，施工中应科学调整混凝土配合比，合理布置泵送路线，采取适当的施工工艺，如此可有效保证施工的安全性和完整性。施工完毕3个月后,应采用有效方式对钢管混凝土的密实度进行检测，结果表明，钢管内混凝土密实，并且混凝土与钢管之间无缝隙。

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