鋼管補償收縮自密實混凝土在萊榮高鐵跨S209省道特大橋上的應用

王飛、張天亮

（1.中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西秦海檢測科技有限公司，陜西 咸陽 712000；3.廣信檢測認證集團有限公司，山東 濟南 250100）

0 引言

鋼管混凝土拱橋屬于鋼-混凝土組合結構中的一種。鋼管混凝土是在鋼管內填充混凝土，由于鋼管的徑向約束而限制受壓混凝土的膨脹，使混凝土處于三向受壓狀態，從而顯著提高混凝土的抗壓強度。同時，鋼管兼有縱向主筋和橫向套箍的作用，可作為施工模板，方便混凝土澆筑，如圖1所示。

圖1 鋼管混凝土拱橋

鋼管混凝土拱橋具有結構美觀、負載能力強等優點，同時還能節約大量鋼材，在工程中得到廣泛的應用。本文以萊榮高鐵中的跨S209 省道的鋼管拱橋為例，闡述鋼管補償收縮自密實混凝土的應用。

1 工程概況

萊榮高速鐵路跨S209 省道特大橋112m 系桿拱橋鋼管拱肋截面采用啞鈴型鋼管混凝土截面，截面高度3.0m，鋼管直徑1200mm，由厚18mm 的鋼板卷制而成。上下鋼管拱之間用厚16mm 的腹板連接。鋼管及腹腔內填充C50 補償收縮自密實混凝土（橫撐鋼管內不填充混凝土）。系梁中心線處梁長114.2m，計算跨長為112m，鋼管拱平面內矢高22.4m，拱肋最高點距離地面35m（拱肋最高點距離梁面24m，梁面距離地面11m），如圖2所示。

圖2 鋼管拱結構示意圖（單位：cm）

2 鋼管混凝土制備

鋼管拱內采用C50 補償收縮自密實混凝土，若采用傳統混凝土配制技術，首先，混凝土水膠比低、黏聚性大、流動性差，泵送堵管的風險將顯著增大。其次，混凝土強度等級高、單次澆筑體量大，鋼管內混凝土水化溫升高、后期收縮大、脫空風險大。

為降低鋼管混凝土拌和物離析泌水風險，改善鋼管自密實混凝土拌和物黏度，提高鋼管自密實混凝土可泵性和體積穩定性。項目部試驗室開展鋼管補償收縮自密實混凝土配合比的優化設計及性能試驗，在此基礎上提出了“鋼管補償收縮自密實混凝土技術”。鋼管補償收縮自密實混凝土主要控制要點包括以下三點：第一，控制混凝土膠材用量和砂率，確保石子處于懸浮狀態；第二，摻加黏度改性材料，改善混凝土拌和物的黏聚性和泵送穩定性；第三，摻入UEA 膨脹劑，確保硬化混凝土的體積穩定性。

鋼管補償收縮自密實混凝土的技術指標根據現場材料和施工情況隨時進行調整，應確保以下幾點滿足要求：第一，初始坍落擴展度及2h 經時損失；第二，初始擴展時間（T）及2h 經時損失；第三，初始倒置坍落度筒排空時間及2h 經時損失；第四，初凝結時間不得少于12h。

2.1 原材料

2.1.1 水泥：P·O52.5

水泥性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

2.1.2 粉煤灰：I 級

粉煤灰性能指標見表2。

表2 粉煤灰性能指標

2.1.3 砂子：河砂

河砂性能指標見表3。

表3 河砂性能指標

2.1.4 碎石：5～20mm

碎石性能指標見表4。

表4 碎石性能指標

2.1.5 水：飲用水

飲用水性能指標見表5。

表5 飲用水性能指標

2.1.6 減水劑：聚羧酸減水劑，減水率≥25%。符合《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）的規范要求。

2.1.7 膨脹劑：UEA 系列膨脹劑。限制膨脹率等質量指標符合《混凝土膨脹劑》（GB/T 23439—2017）的要求。

2.2 C50 補償收縮自密實混凝土配合比

C50 補償收縮自密實混凝土配合比見表6。

表6 C50 補償收縮自密實混凝土配合比

3 施工工藝

鋼管混凝土澆筑是鋼管拱橋施工的關鍵工序，保證鋼管混凝土的灌注質量是保證鋼管混凝土拱肋安全受力的關鍵環節。鋼管混凝土用輸送泵泵送頂升法灌注，要保證順利進行，一泵到頂。為使鋼管混凝土在灌注后達到密實，并具有補償收縮性，混凝土強度應滿足設計要求，必須在混凝土的試配、制作、鋼管混凝土的灌注等方面，精心組織，科學施工。

根據對稱與均衡泵送施工原則，以拱頂為對稱中心組織鋼管混凝土的灌注施工。為保證拱肋混凝土的密實性，采用在拱肋兩端泵送頂升壓注的方法澆筑，灌注時使用輸送泵將混凝土連續不斷地自下而上壓入鋼管拱內，不需振搗，直至管頂冒出混凝土（排出混凝土的量建議不少于1m），直至管內混凝土密實為止。

根據設計圖紙要求，按照“先下管、后上管和腹腔”的順序進行施工，分別從兩拱腳向拱頂同時壓注、連續頂升。下管混凝土強度達到設計強度的90%以上時，依次頂升上管和腹腔混凝土。上管、腹腔混凝土強度達到設計強度90%以上時，對拱肋混凝土密實度進行超聲波檢測，符合要求后方可進行拱肋臨時支架拆除。

下管、上管采用一級泵送、一次到頂，拱頂設一個隔艙板，將上管、下管分為兩個艙室，每個艙室的最頂部設一個直徑150mm 的出漿排氣孔，排氣孔上焊接直徑150mm、管口向上的出漿管。拱腳處設一個直徑125mm 的灌注孔，灌注孔上焊接與拱肋呈45的灌注鋼管，灌注鋼管直徑125mm，與輸送泵配套泵管直徑大小相同。

腹腔由于內部設有對拉桿，頂升阻力大，設計按兩級頂升，在拱頂、1/4、3/4 拱肋處各設一個隔艙板，3 道隔艙板將整個腹腔分成4 個艙室，每個艙室的最頂部設一個直徑150mm 的出漿排氣孔，每個艙室的底部設一個直徑125mm 的灌注孔。第一級從拱腳灌注孔壓入混凝土，從1/4、3/4 拱肋處出漿、排氣，第二級從1/4、3/4 拱肋處壓入混凝土，從拱頂出漿、排氣。

4 施工控制要點

第一，拱肋混凝土灌注必須連續進行，不得中斷。

第二，灌注混凝土時要求縱向嚴格對稱進行。泵壓過程中注意泵的壓力和揚程，泵的壓力一般控制在6～10MPa 或以下，超大跨度可控制在10MPa 以上，建議不超過16MPa。泵機初始排量控制在40%～60%（單個泵機每小時泵送30m混凝土），后續根據現場混凝土實際供應情況可提高排量。

第三，鋼管拱內混凝土強度達到50% 以上（設計有要求時按照設計要求）時，即可拆除鋼管拱肋上的灌注孔、排氣孔，所有的孔都應用原切割下來的鋼板焊接封閉。切割、焊接時，需做好降溫處理，避免燒傷混凝土。孔封閉焊接應平整光滑，不得凸出和漏焊。

第四，待拱肋混凝土強度均達到設計強度的80%后（設計有要求時按照設計要求），檢查拱肋混凝土是否密實及管內混凝土的澆灌質量，采用超聲波檢測，檢測波速一般不低于4500m/s。

第五，在主橋墩兩側面做好測量標志，用全站儀觀察每一個階段的墩頂水平位移情況。

5 混凝土灌注技術要求

第一，混凝土頂升必須連續進行，每根拱肋鋼管頂升完畢，經全面敲擊檢查確認密實后，再進行下一根拱肋施工。

第二，泵送過程中，由質量部質檢員、現場技術員采用敲擊法判斷管內混凝土填充情況，如有空隙應及時采用振搗棒體外加震方法解決。灌注完成后用超聲波探查管內混凝土密實度。不符合規范要求的壓漿處理方案應根據檢測部位和脫空情況進行針對性的另行編制。

壓注完成后的鋼管內混凝土飽滿、密實，鋼管混凝土脫空率不大于0.6%或脫空高度小于5mm。在澆筑7d 后、28d 前進行超聲波檢測，選取拱腳、拱頂、1/4跨和3/4 跨等主要斷面，每個斷面對稱檢測8 點，每個點不少于3 次。

現場試驗人員按規范留置混凝土標養和同養試塊，壓注下管時同養試塊應多留幾組，以便確定拱肋混凝土強度增長情況。

6 應用效果

累計施工鋼管補償收縮自密實混凝土308m，順利完成了鋼管拱橋的灌注施工。施工完畢后，經現場檢測，鋼管內混凝土應填充飽滿、密實，混凝土與鋼管黏結良好。

7 結語

鋼管補償收縮自密實混凝土是一種高性能的混凝土，兼有普通混凝土的抗壓強度和自密實混凝土的自密實性；同時由于內部沒有鋼筋，降低了混凝土的自重，節省了工程造價。

相對于傳統混凝土制備技術，鋼管補償收縮自密實混凝土可顯著降低鋼管自密實混凝土離析、泌水風險，大幅提升混凝土穩定性能、可泵性能和抗脫空性能，有效保障了現場鋼管拱橋混凝土的施工質量。

通過鋼管補償收縮自密實混凝土在萊榮高鐵跨S209 省道特大橋上的施工實踐，對鋼管補償收縮自密實混凝土有了深層次的了解，為在新工程中的應用積累了認識和經驗。