高标号自流平混凝土在钢管混凝土拱桥中的应用

摘要：由于钢管混凝土拱桥跨度大、造型美观、受力合理，已经越来越多应用于桥梁施工中，本文结合扬州新万福路改建工程江阳大桥主跨施工，介绍了自流平混凝土在钢管混凝土系杆拱桥中的应用和注意事项，对同类工程施工有一定的指导作用。

关键词：自流平混凝土 钢管混凝土系杆拱桥 UEA微膨胀剂 施工

中图分类号：G27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

一、工程概况

扬州新万福路改建工程江阳大桥，主跨采用120m哑铃形钢管混凝土系杆拱结构，矢跨比1/5，拱高24m，桥面总宽度20.75m，采用盆式钢支座。拱脚与引桥分别设D-160及D-80伸缩缝各一道。该桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工，拱肋采用了C50自流平混凝土施工。该系杆拱的拱脚部位采用厚20mm钢板四面包封加固，仅开设直径150mm振捣孔，内植剪力钉，底板与盆式支座部位也采用钢板加固，该部位系梁钢筋、端横梁钢筋、预应力波纹管纵横交错，如采用常规混凝土施工方案，无法保证拱脚部位尤其是支座顶面混凝土密实。钢管拱肋内存在大量加固钢肋，吊索锚箱、加固弹簧钢筋，拱肋高度24m，如直接采用从拱脚压注混凝土至拱顶方法施工，极易造成堵塞和混凝土压力过大爆管等事故。

二、自流平混凝土的配制、运输、浇筑、养生

2.1 C55自流平混凝土应用于拱脚

2.1.1自流平混凝土材料配合比由有资质的实验室出具配合比试验报告，并在施工现场工况条件下进行配合比的验证工作。

2.1.2每一批次自流平混凝土生产之前均进行集料含水率测定，并据此调整施工配合比，按施工配合比在试验室进行试拌，验证拌和物坍落度、扩展度等工作性能与配合比复验时一致后方可开始生产。

2.1.3由于自流平混凝土用料组分较多，需严格计量精度，生产前对计量设备需重新进行校验，清理生产系统内残留物等。为保证自流平混凝土各组份能充分搅拌均匀，施工时适当延长混凝土搅拌时间。

2.1.4自流平混凝土拌合物的运输采用搅拌车加泵送，每罐混凝土到达现场后，均应做塌落度、扩展度试验。

2.1.5自流平混凝土在自拌和机进入混凝土泵受料斗后，需不间断地进行搅拌，严防板结，且泵送间隔时间不宜过长。

2.1.6自流平混凝土浇筑宜自最低点开始，以防骨料与浆体分离。由于自流平混凝土极易板结，因此，在浇筑时不宜频繁变换布料点位置，以利混凝土按序流动，及时排出气泡。同时浇筑速度在满足初凝前覆盖的条件下宜缓慢均衡进行。

2.1.7自流平混凝土成型模板若采用竹胶板等憎水性等模板时，仅需模板外侧采用小锤轻击帮助排出微气泡；若采用钢、木模板时宜采用钢钎贴模板面钎插并辅以小锤在模板外轻击即可获得良好的效果。

2.1.8自流平混凝土的养护。由于自流平混凝土水泥用量低，水化作用过程中产生的热量较小，因此无需洒水养护，采用塑料膜等不透水材料予以覆盖即可（冬期施工尚需采用保温措施）。

2.1.9试块制作时，在拌和物入模后只需轻轻晃动即可。

2.2 C50自流平钢管混凝土拱肋的施工

江阳大桥采用无支架法先拱后杆施工，在钢管拱肋混凝土的施工阶段，为保证钢管受力效果，采用先灌下肢钢管，后灌上肢钢管，再灌腹腔混凝土的灌注顺序。

2.2.1为保证混凝土的成型效果，目前钢管混凝土拱肋的混凝土灌注均采用在拱脚开口对称顶压方式向上压注。但是，以下几点始终较难克服：

⑴由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管空腹中，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土不能达到三轴压缩的理想效果。[1]

⑵由于钢管拱肋为薄壁结构，为防止拱肋变形，混凝土顶升时须严格进行混凝土输送泵压力的控制，针对不同矢高的钢管拱肋，必要时尚需分段顶升。但由于进料支管与拱轴线必然存在夹角，且顶升阶段混凝土必须持续具备良好的流动性并维持泵压，这就使拱肋更易变形，影响桥梁外观。[2]

⑶部分桥梁钢管拱肋混凝土采用添加UEA微膨胀剂的办法试图保证紧箍效应的实现，但是，UEA微膨胀剂只在混凝土低龄期阶段具有微膨胀效果，随着龄期的增长，混凝土的收缩仍然不可避免，且微膨胀形成的应力若超过钢管拱肋的允许应力，将造成不可收拾的局面。

⑷由于进料支管与拱轴线存在夹角，造成开口部位钢管拱肋整体性受到严重削弱。

⑸由于混凝土前端润管砂浆失水、管内锚箱及加筋肋阻碍、拱高等因素影响，易在压注过程中发生阻管或爆管现象。

2.2.2江阳桥拱肋采用了C50自流平自应力钢管混凝土，采用混合浇筑方案，即先采用在拱脚开口顶压方式灌注，后分级从2/8（6/8）、3/8（5/8）及拱顶对称明灌法施工，较好地解决了上述问题。

⑴不采用砂浆润管，采用少量同标号少碎石混凝土润管，保证明灌浇筑时与先浇筑混凝土的连接，由于采用了自流平自应力钢管混凝土，保证了混凝土的密实度；其配合比设计中在添加UEA微膨胀剂的同时又添加了聚丙烯腈纤维，使UEA微膨胀剂在混凝土低龄期阶段的微膨胀应力得到内部约束，避免了混凝土随着龄期的增长而出现的收缩。

⑵由于明灌时，混凝土拌合物输送出泵管后即自拱顶向拱脚自流，自行从下向上分层密实，因此，无须进行混凝土输送泵压控制，避免了拱肋钢结构因泵压力而出现变形。

⑶采用分级明灌可避免混凝土因流动距离过长而产生离析和板结。

2.2.3其他施工注意事项同一般自流平混凝土的施工。

2.2.4灌浆口钢管拆除后，混凝土断口处观感密实无气孔现象，在混凝土龄期大于28天后，采用超声波对拱肋进行了全面检查，尤其是对锚箱下侧进行检查，发现少量的空隙，即采用钻孔压注环氧树脂水泥浆的方法进行补救。

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、扩展度等工作性能极佳，且无须振捣，自流平混凝土特别适用于结构复杂、钢筋密集的高强预应力混凝土薄壁构件。拆模后对盆式支座附近混凝土进行超声波检测，江阳大桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工的构件均达到了混凝土内实外光，且无一预应力管道堵塞的效果。

3.2由于自流平混凝土灌注时无须振捣，既减少了机械使用费，又有效地降低了施工期间的噪音，满足了环保要求。

3.3拱肋C50自流平混凝土灌注后，经监控单位观测未发现拱肋的变形现象，保证了设计外观线形顺畅。

3.4江阳大桥C55拱脚混凝制作试件4组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为83.4MPa、80.1 MPa。C50拱肋自流平混凝土施工期间共现场随机取样制备试块14组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为59.7MPa、50MPa，特征值49.1MPa，标准差6.4MPa，均满足现行《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010的要求。拱脚混凝土强度经回弹检测，其结果与试件强度较接近。

3.5由于混凝土配合比设计中掺入了适量粉煤灰，使水泥水化作用产生的氢氧化钙与粉煤灰中的硅、铝成分进行二次反应，即波索兰（pozzolanic mateerial）反应，反应物将会使混凝土更致密，混凝土强度在28天后仍然将会有明显的增长，并改善混凝土耐久性。[3]

3.6桥梁通车前（2015年3月），江苏省交通规划设计研究院股份有限公司对江阳大桥进行了桥梁动静荷载试验，结果表明，本桥在最不利荷载作用下具有很好的刚度和整体性，主要控制截面的应力、应变及挠度均满足设计荷载等级“汽-超20，挂-120”的承载能力要求，满足了设计要求。

参考文献：

[1]陈宝春，钢管混凝土拱桥的设计计算，工程力学增刊，1997

[2]付 超、况 勇、蔡金火，大跨度钢管混凝土拱桥混凝土泵注技术，铁道建筑技术，2000（2）

[3]颜 聪、陈冠宏、张朝顺、吴秋浓，以飞灰取代水泥对高强度高性能混凝土质流性质之影响，新世纪海峡两岸高性能混凝土研究与应用学术会议论文集，同济大学出版社2002（6）