G4216仁沐高速犍為岷江特大橋457.6m鋼管混凝土拱橋砼配合比設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)

張維福

（四川路橋華東建設(shè)有限責(zé)任公司， 四川 雙流 610041）

1 工程概述

1.1 工程概述

G4216 仁沐高速犍為岷江特大橋457.6m 鋼管混凝土拱橋（以下簡稱：岷江特大橋鋼管拱橋）位于犍為縣縣城下游，采用中承式鋼管混凝土拱橋，拱橋長457.6 m，主跨400 m，該拱橋橋位呈E～W 向展布，與岷江正交。

圖1 拱橋總體效果圖

1.2 主要構(gòu)造設(shè)計(jì)

1.2.1 主拱圈設(shè)計(jì)

主孔跨度457.6m 中承式鋼管混凝土拱橋，拱頂截面徑向高7.0m，拱腳截面徑向高13.0m，凈跨徑為400.0m，矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)為1.45。肋寬為4.0m，拱肋中距為30.6m。每肋為上、下各兩根φ1320×22（26、30、36）mm 弦管，通過橫聯(lián)鋼管φ762×16mm 和豎向兩根腹桿φ660×12（16、22）mm 鋼管連接而構(gòu)成。

1.2.2 拱肋橫隔

吊桿間距為16m，拱上立柱和肋間橫梁間距15m。

1.2.3 肋間橫撐

拱肋中距為30.6m。橋面以上的拱肋之間，吊桿處間隔設(shè)置豎向“I”型鋼管桁架橫撐，上弦平面設(shè)置“△”形鋼管橫撐。橋面以下的拱腳段設(shè)置徑向“I”鋼管混凝土桁架橫撐，“I”型撐之間上弦平面內(nèi)設(shè)置“K”形斜撐聯(lián)結(jié)。

1.2.4 吊桿

1.2.5 橋面梁

橋面梁由兩道主縱梁（吊桿處）、三道次縱梁、吊桿處主橫梁、主橫梁間設(shè)置的三道次橫梁組成格子橋面梁；縱橫梁均采用“工”形截面。格子梁上橋面板采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，橋面板標(biāo)準(zhǔn)厚度為20cm，橋面板承托處厚度為28cm。

1.2.6 拱座與基礎(chǔ)

（1）犍為岸拱座。犍為岸采用分離式重力型拱座，拱座基礎(chǔ)采用分離式擴(kuò)大基礎(chǔ)，其縱向放坡成梯型結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)尺寸為35m（順橋向）×11m（橫橋向）。

圖2 仁壽岸拱座設(shè)計(jì)圖

圖3 沐川岸拱座設(shè)計(jì)圖

（2）沐川岸拱座。沐川岸采用分離式重力型拱座，頂部寬7m，底部寬10m，拱座基礎(chǔ)為整體式擴(kuò)大基礎(chǔ)， 50m（順橋向）×50.6m（橫橋向） ，基礎(chǔ)底面須置于穩(wěn)定的、完整的弱風(fēng)化基巖上。

2 拱座大體積砼配合比設(shè)計(jì)及澆筑

2.1 工程概況。

沐川岸基礎(chǔ)采用C30 混凝土、拱座采用C40 混凝土，仁壽岸基礎(chǔ)及拱座均采用C30 混凝土，均為大體積混凝土。

2.2 砼配合比設(shè)計(jì)

大體積混凝土配合比制定在滿足相應(yīng)的力學(xué)性能的同時需兼顧抗裂性能，配制原則如下：

（1）采用新型膠材體系，降低水泥用量以降低水化熱。在滿足混凝土工作性和強(qiáng)度條件下，最大限度地減少膠凝材料用量及漿體率，這是提高混凝土體積穩(wěn)定性和抗裂性的一條重要措施。

（2）選擇適宜的水膠比，控制最大用水量。將拌和水最大用量作為控制混凝土耐久性的重要指標(biāo)，比控制最大水膠比更為有利。

（3）采用礦物摻和料與高效減水劑雙摻

礦物摻和料與高效減水劑的疊加效應(yīng)可達(dá)到減少水泥用量和用水量、密實(shí)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的，使混凝土強(qiáng)度、耐久性得以改善。

（4）優(yōu)化后的配合比

大體積混凝土配合比（kg/m3）

2.3 大體積混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)

常規(guī)的質(zhì)量控制方法不再贅述，針對本項(xiàng)目的具體情況總結(jié)如下質(zhì)量控制點(diǎn)。

（1）水泥、粉煤灰溫度控制。本項(xiàng)目水泥、粉煤灰生產(chǎn)受多種外部環(huán)境影響，供應(yīng)量銳減，為搶占資源，運(yùn)至現(xiàn)場的膠材不可避免的存在溫度超標(biāo)，在大體積混凝土澆筑前，測定水泥、粉煤灰溫度，水泥溫度≤60℃、粉煤灰溫度≤40℃后才能拌合。

（2）優(yōu)化砼布料方式?；炷烈瞬捎谜w式水平分層連續(xù)澆筑?；炷翝仓r，由四周往中心布料，邊部可采用天泵布料桿布料、緊靠模板，并加強(qiáng)邊角處振搗，保證混凝土較好的勻質(zhì)性和密實(shí)性，以避免膠凝材料漿體發(fā)生過長距離流動并堆積在拱座四周而產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力而增大混凝土側(cè)面和邊角開裂風(fēng)險。

（3）優(yōu)化分層澆筑厚度，加快澆筑速度。大體積混凝土的分層澆筑厚度可控制在30cm～50cm 范圍。

（4）大體積砼采取內(nèi)降外覆的養(yǎng)護(hù)方式。外部覆蓋采用薄膜+土工布覆蓋，內(nèi)部通水根據(jù)埋設(shè)的溫控原件測試的溫度確定。

3 鋼管砼的配合比設(shè)計(jì)及灌注施工

3.1 針對項(xiàng)目的施工特點(diǎn)分析

（1)管內(nèi)混凝土分布在上下弦管、立柱、吊桿橫聯(lián)、立柱橫梁、橫梁、鉸軸等部位，各部位結(jié)構(gòu)不同，澆筑方式也有所差異，需根據(jù)具體每種鋼管的結(jié)構(gòu)確定灌注方式。

（2)弦管單根管內(nèi)混凝土方量大，要求一次泵送完成。

（3)管內(nèi)C60 為高性能混凝土，配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求高，管內(nèi)混凝土質(zhì)量控制難度大。

3.2 砼配合比設(shè)計(jì)

（1）結(jié)合已成功施工的橋梁先例，參照類似高強(qiáng)混凝土應(yīng)用的先例，項(xiàng)目部展開了混凝土的配合比、泵送性能等各項(xiàng)試驗(yàn)。

（2）鋼管混凝土配合比的設(shè)計(jì)要求。

①混凝土要滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范強(qiáng)度要求（C60)；

②通過在混凝土中加入適量的膨脹劑，以使混凝土達(dá)到收縮補(bǔ)償?shù)哪康模?/p>

③拌和料的塌落度要求為180～250mm，同時也要保證混凝土在大塌落度狀態(tài)下的和易性，防止離析；

④初時間為大于10h，并且灌注過程中塌落度的損失要小。

⑤混凝土具有一定的早強(qiáng)性能。

⑥為保證混凝土凝固后的內(nèi)部質(zhì)量，防止開裂，要求混凝土水化熱的峰值低、峰期長。

（3）C60 經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證最終采用的配合比

C60混凝土配合比

3.3 砼灌注工藝

管內(nèi)混凝土采用輸送泵泵送頂升、真空輔助法灌注。灌注自拱腳向拱頂，按設(shè)計(jì)的橫橋向灌注順序和縱橋向“三級接力灌注法”進(jìn)行。

圖4 三級泵送劃分段落圖

3.4 砼灌注工藝試驗(yàn)

本項(xiàng)目灌注工藝試驗(yàn)做了三次，通過三次的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，驗(yàn)證了砼配比的泵送性能、鍛煉了隊(duì)伍、積累了經(jīng)驗(yàn)。

3.4.1 試驗(yàn)鋼管現(xiàn)場布置

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮脱芯績?nèi)容，為模擬實(shí)橋第三級主拱鋼管（直徑Φ1.32m）的泵送阻力和管內(nèi)混凝土灌注狀態(tài)，綜合考慮現(xiàn)場試驗(yàn)條件，本次試驗(yàn)采用 3 根試驗(yàn)鋼管，針對不同的試驗(yàn)工況開展試驗(yàn)。

圖5 試驗(yàn)鋼管布置圖

3.4.2 試驗(yàn)總結(jié)成果

①鋼管砼灌注是一個系統(tǒng)性工作，需要前場及后場的聯(lián)系暢通，需要各相關(guān)部門的全力配合，不能疏忽任何一個細(xì)節(jié)；

②做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，砼灌注前，應(yīng)確保砼拌合樓的拌和能力、砼罐車的運(yùn)輸能力，保證主拱管內(nèi)砼的連續(xù)供應(yīng)；

③盡可能保證材料的穩(wěn)定，尤其是砂石材料，含水量變化太大需要反復(fù)調(diào)整配合比，不利于砼的連續(xù)澆筑；

④砼拌合時，砂、石、粉料、外加劑的投放順序和計(jì)量應(yīng)確保準(zhǔn)確；

⑤砼罐車安排專人監(jiān)督罐車內(nèi)的積水和廢渣排除，在輸送砼期間不得用水沖洗罐車內(nèi)部；

⑥泵送壓力應(yīng)安排專人記錄，有助于提前預(yù)判堵管。

3.4.3 鋼管砼灌注控制要點(diǎn)

①輸送管管徑選擇及布置。灌注混凝土?xí)r選用內(nèi)徑φ150mm，外徑φ168的高壓泵管。輸送管與拱肋交角越小，則泵送的阻力越小，對鋼管的沖擊力越小，要求與主弦管夾角不大于45°。輸送管轉(zhuǎn)向處彎頭應(yīng)盡量采用45°彎頭。

②主弦管上下游共計(jì)8 根，砼灌注后要既要保證80%的強(qiáng)度，又要滿足工期要求對8 根鋼管砼的灌注順序進(jìn)行了優(yōu)化。

圖6 鋼管砼灌注順序圖

③預(yù)埋在拱座砼內(nèi)的鋼管在安裝拱肋首節(jié)段前完成管內(nèi)砼澆筑，若待拱肋安裝完成后最后灌注，存在管內(nèi)清洗的垃圾全部沉積在預(yù)埋管位置不易清除的問題。

④每一車砼在后前場均要進(jìn)行坍落度及擴(kuò)展度的檢測，不滿足要求的一律不準(zhǔn)使用。

⑤進(jìn)出漿口的合理布置。進(jìn)出漿口的布置位置直接關(guān)系管內(nèi)砼的連續(xù)性及密實(shí)程度，經(jīng)過多方案比選，最終確定單側(cè)布置4 處進(jìn)出漿口：第一級布置一個進(jìn)漿口、第二級的進(jìn)漿口兼作第一級的出漿口、第三極的進(jìn)漿口兼作第二級的出漿口、最后一處為第三級的出漿口。

⑥潤滑管壁首先打清水，緊接著打水泥凈漿，打水泥凈漿避免了砂漿長時間易沉底的弊端。

4 結(jié)語

得益于對大體積混凝土及內(nèi)管混凝土配合比工作的高度重視，混凝土施工進(jìn)展較為順利。

（1）拱座大體積混凝土的質(zhì)量控制所涉及的人機(jī)料法環(huán)須按技術(shù)要求嚴(yán)格控制，采用“內(nèi)通外覆”的養(yǎng)護(hù)方式需根據(jù)監(jiān)測的內(nèi)部溫度確定開始通水的時間，分層澆筑上下層澆筑的時間間隔不超過7 天；

（2）鋼管內(nèi)管混凝土的質(zhì)量控制程序甚為嚴(yán)格，不容半點(diǎn)疏忽，不僅要做好配合比，還需留足夠的時間進(jìn)行工藝驗(yàn)證，確保砼（灌）澆筑順利進(jìn)行，除管內(nèi)混凝土的基本要求外，需著重優(yōu)化鋼管預(yù)埋段混凝土的灌注時間、進(jìn)出漿口的設(shè)置位置等，這對管內(nèi)混凝土的成功灌注都將起著至關(guān)重要的作用；

隨著交通路網(wǎng)不斷延伸，鋼管混凝土拱橋的跨徑也在不斷增加，對混凝土工程的要求將會越來越高，希望犍為岷江特大橋在混凝土方面所做的探索能對鋼管混凝土拱橋的混凝土技術(shù)的進(jìn)步提供有益的參考！