钢管拱桥混凝土配合比设计探索

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20mm、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4.0×104MPa；③混凝土的早期强度高，混凝土3d抗压强度大于等于40MPa；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

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，5～25mm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%。

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。

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。輯訛輥拱肋吊装完成后，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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