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計及施工關鍵技術

張維福

（四川路橋華東建設有限責任公司， 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 主要構造設計

1.2.1 主拱圈設計

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，通過橫聯鋼管φ762×16mm 和豎向兩根腹桿φ660×12（16、22）mm 鋼管連接而構成。

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，吊桿處間隔設置豎向“I”型鋼管桁架橫撐，上弦平面設置“△”形鋼管橫撐。橋面以下的拱腳段設置徑向“I”鋼管混凝土桁架橫撐，“I”型撐之間上弦平面內設置“K”形斜撐聯結。

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—混凝土組合結構，橋面板標準厚度為20cm，橋面板承托處厚度為28cm。

1.2.6 拱座與基礎

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

圖2 仁壽岸拱座設計圖

圖3 沐川岸拱座設計圖

（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，拱座基礎為整體式擴大基礎， 50m（順橋向）×50.6m（橫橋向） ，基礎底面須置于穩定的、完整的弱風化基巖上。

2 拱座大體積砼配合比設計及澆筑

2.1 工程概況。

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

2.2 砼配合比設計

大體積混凝土配合比制定在滿足相應的力學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，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可達到減少水泥用量和用水量、密實混凝土內部結構的目的，使混凝土強度、耐久性得以改善。

（4）優化后的配合比

大體積混凝土配合比（kg/m3）

2.3 大體積混凝土質量控制重點

常規的質量控制方法不再贅述，針對本項目的具體情況總結如下質量控制點。

（1）水泥、粉煤灰溫度控制。本項目水泥、粉煤灰生產受多種外部環境影響，供應量銳減，為搶占資源，運至現場的膠材不可避免的存在溫度超標，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）優化砼布料方式。混凝土宜采用整體式水平分層連續澆筑。混凝土澆筑時，由四周往中心布料，邊部可采用天泵布料桿布料、緊靠模板，并加強邊角處振搗，保證混凝土較好的勻質性和密實性，以避免膠凝材料漿體發生過長距離流動并堆積在拱座四周而產生較大溫度應力及收縮應力而增大混凝土側面和邊角開裂風險。

（3）優化分層澆筑厚度，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）大體積砼采取內降外覆的養護方式。外部覆蓋采用薄膜+土工布覆蓋，內部通水根據埋設的溫控原件測試的溫度確定。

3 鋼管砼的配合比設計及灌注施工

3.1 針對項目的施工特點分析

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

（2)弦管單根管內混凝土方量大，要求一次泵送完成。

（3)管內C60 為高性能混凝土，配合比設計技術要求高，管內混凝土質量控制難度大。

3.2 砼配合比設計

（1）結合已成功施工的橋梁先例，參照類似高強混凝土應用的先例，項目部展開了混凝土的配合比、泵送性能等各項試驗。

（2）鋼管混凝土配合比的設計要求。

①混凝土要滿足設計及規范強度要求（C60)；

②通過在混凝土中加入適量的膨脹劑，以使混凝土達到收縮補償的目的；

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性能。

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

（3）C60 經過反復驗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，按設計的橫橋向灌注順序和縱橋向“三級接力灌注法”進行。

圖4 三級泵送劃分段落圖

3.4 砼灌注工藝試驗

本項目灌注工藝試驗做了三次，通過三次的經驗總結，驗證了砼配比的泵送性能、鍛煉了隊伍、積累了經驗。

3.4.1 試驗鋼管現場布置

根據試驗目的和研究內容，為模擬實橋第三級主拱鋼管（直徑Φ1.32m）的泵送阻力和管內混凝土灌注狀態，綜合考慮現場試驗條件，本次試驗采用 3 根試驗鋼管，針對不同的試驗工況開展試驗。

圖5 試驗鋼管布置圖

3.4.2 試驗總結成果

①鋼管砼灌注是一個系統性工作，需要前場及后場的聯系暢通，需要各相關部門的全力配合，不能疏忽任何一個細節；

②做好各項準備工作，砼灌注前，應確保砼拌合樓的拌和能力、砼罐車的運輸能力，保證主拱管內砼的連續供應；

③盡可能保證材料的穩定，尤其是砂石材料，含水量變化太大需要反復調整配合比，不利于砼的連續澆筑；

④砼拌合時，砂、石、粉料、外加劑的投放順序和計量應確保準確；

⑤砼罐車安排專人監督罐車內的積水和廢渣排除，在輸送砼期間不得用水沖洗罐車內部；

⑥泵送壓力應安排專人記錄，有助于提前預判堵管。

3.4.3 鋼管砼灌注控制要點

①輸送管管徑選擇及布置。灌注混凝土時選用內徑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°。輸送管轉向處彎頭應盡量采用45°彎頭。

②主弦管上下游共計8 根，砼灌注后要既要保證80%的強度，又要滿足工期要求對8 根鋼管砼的灌注順序進行了優化。

圖6 鋼管砼灌注順序圖

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

④每一車砼在后前場均要進行坍落度及擴展度的檢測，不滿足要求的一律不準使用。

⑤進出漿口的合理布置。進出漿口的布置位置直接關系管內砼的連續性及密實程度，經過多方案比選，最終確定單側布置4 處進出漿口：第一級布置一個進漿口、第二級的進漿口兼作第一級的出漿口、第三極的進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 結語

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

（1）拱座大體積混凝土的質量控制所涉及的人機料法環須按技術要求嚴格控制，采用“內通外覆”的養護方式需根據監測的內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）鋼管內管混凝土的質量控制程序甚為嚴格，不容半點疏忽，不僅要做好配合比，還需留足夠的時間進行工藝驗證，確保砼（灌）澆筑順利進行，除管內混凝土的基本要求外，需著重優化鋼管預埋段混凝土的灌注時間、進出漿口的設置位置等，這對管內混凝土的成功灌注都將起著至關重要的作用；

隨著交通路網不斷延伸，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的進步提供有益的參考！