非對稱跨PC 斜拉橋配重用高強鐵砂混凝土施工技術

李育文LI Yu-wen；張平②ZHANG Ping；路艷松LU Yan-song；林珊LIN Shan；趙向坤ZHAO Xiang-kun

（①云南省鐵路集團有限公司，昆明 650118；②中南林業科技大學土木工程學院，長沙 410004）

0 引言

斜拉橋因為其優美的造型和塔、梁、索共同受力的特點，成為大跨徑橋梁的常用橋型之一，大跨徑斜拉橋建設中的一般選用對稱跨徑設計，因其受力較為合理、施工較為方便。而在受地形、既有交通等條件限制常常需要進行非對稱跨徑的設計，在非對稱跨斜拉橋設計時通常需采用鐵砂混凝土進行配重以橋梁結構處理不平衡重的影響。配重用高強鐵砂混凝土時新型的特種建筑材料，具有大容重、高強度、且需滿足泵送要求等特性，其施工質量與原材料選取、配合比設計、施工工藝及方法等密不可分，且目前缺乏國家或行業相關標準用以指導配合比設計和現場施工。

目前針對配重鐵砂混凝土的研究主要集中在鋼箱梁斜拉橋輔助跨壓重及鋼構連續梁梁端配重段上，如劉永松[1]等通過對重慶豐都長江二橋主橋輔助跨箱內設置壓重槽并施加壓重混凝土的研究，發現該措施可以確保在施工階段和正常運營階段輔助墩及過渡墩支座不出現負反力。王小岐[2]通過對新建渝利鐵路兩昌河左右線特大橋梁端配重段施工的研究，對鐵砂混凝土的配置方法做了較詳細的介紹。而對于PC 斜拉橋的配重鐵砂混凝土施工較為少見，即便有少許施工案例，也是按照在中跨牽索掛籃施工主梁每個節段的同時逐步在邊跨進行配重鐵砂混凝土的施工，或者采用先場外預制成小塊后搬運至主體結構上的方式進行施工[1]。而對于在邊跨合龍之前一次性整體將配重鐵砂混凝土全部現澆施工完畢的工藝則較為少見，且常見的配重鐵砂混凝土強度等級多集中在C20～C30 左右，施工工藝也多采用吊裝、預制搬運等方式進行施工，而對于強度等級達到C40、容重達到35kN/m3、單個邊跨現澆段配重鐵砂混凝土方量近1000m3、采用泵送工藝現澆至主梁箱室內，在密閉空間面臨大體積混凝土溫控問題的配重鐵砂混凝土的配合比設計及施工方法的相關研究則較為少見。本文以景洪市神秘谷瀾滄江大橋施工為例，對相關問題的處理進行了詳細介紹，為類似工程提供參考。

1 工程概況

景洪市神秘谷瀾滄江大橋為非對稱跨設計的雙塔雙索面、半漂浮體系PC 斜拉橋，其跨徑布置為（32+85+300+85+32）m，主梁0#段長10m，中跨1～24#段及邊跨1'～10'#段長度均為6m，中、邊跨合龍段均長2m，主梁邊跨現澆段長18+32=50m。主梁邊跨現澆段中部設置有輔助墩，端部設置有過渡墩，主梁邊跨現澆段采用單箱四室結構，梁寬39.1m，在輔助墩與邊跨合龍段中部梁高由3.2 漸變至4.0m，輔助墩頂部及過渡墩頂部設置實心中橫梁及端橫梁，橫梁下部安裝支座。橫梁寬度分別為2.5m 和4.0m。梁高3.2m 及梁高由3.2 漸變至4.0m 處每隔6.0m 設置一道中橫梁，中橫梁外輪廓尺寸與箱梁一致，寬度0.6m，梁高4.0m 處每隔2.5m 設置一道中橫梁，中橫梁外輪廓尺寸與箱梁一致，寬度0.6m。

受非對稱跨不平衡重的影響，需對主梁邊跨現澆段過渡墩側端部0.0～35.0m 范圍內的箱梁采用高強鐵砂混凝土進行配重，主梁邊跨現澆段配重鐵砂混凝土容重為35kN/m3，邊跨現澆段距離梁段0.0～20.5m 范圍內壓重為1500kN/m，邊跨現澆段距離梁段20.5～35.0m 范圍內壓重為200kN/m，全橋主梁大、小里程側各設置一個邊跨現澆段，兩個邊跨現澆段合計壓重67300kN，單個現澆段壓重為33650kN。配重鐵砂混凝土要求再主梁邊跨現澆段澆筑完畢并施工完預應力后進行施工，且應在邊跨合龍段施工前全部澆筑完畢，而因為邊跨現澆段處配重鐵砂混凝土的重量較大，邊跨現澆段支架要求在所有斜拉索張拉完畢且中跨合龍完成之后方可進行拆除，以避免主梁出現開裂等不利情況。主橋橋型布置圖如圖1 所示。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：m）

2 配重鐵砂混凝土原材料選擇

2.1 粗、細集料

集料的堆積密度及表觀密度對配重用高強鐵砂混凝土的容重的影響是最大的[3]，故需選取堆積密度及表觀密度較大的集料進行混凝土的配置才能實現高容重的指標，經多次對比研究，選取的細集料為鐵砂（理論表觀容重約3.900t/m3），粗集料為5～31.5mm 連續級配的碎石。為確保容重滿足要求，配置時以每1m3混凝土中最大限度摻入集料為原則進行控制。

2.2 水泥

結合配重用高強鐵砂混凝土強度等級為C40 及和易性、保水性[4]、可泵送性、密閉空間條件下大體積混凝土溫控等要求，結合現場采購、運輸條件，使用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥進行配置。

2.3 水及減水劑

拌合用水采用經現場檢測合格的山泉水，因拌合用水的密度較小，為控制水灰比、保證配重用高強鐵砂混凝土的強度、和易性、可泵送性，減少水對混凝土性能指標的影響，需摻入CPA-R 型混凝型聚羧酸高效減水劑，以減少水的用、控制水灰比，確保混凝土質量。

3 配重鐵砂混凝土配合比設計

配重用高強鐵砂混凝土配合比設計目前沒有國家及行業相關標準，也缺乏相關計算公式及參考設計及資料，故需根據設計圖紙要求的參數及工程現場實際情況進行配置，其主要控制原則如下：

①高強鐵砂混凝土的配置必須以達到設計容重和強度為主要控制指標，同時還要考慮到混凝土和易性和可泵送性。為充分利用鐵砂骨料的較大表觀密度，根據鐵砂自身密度和配重混凝土的密度要求，應以單方混凝土中較大能摻入重鐵砂骨料的數量為準則進行配置。

②配重鐵砂原材料選取，橋梁混凝土的容重受混凝土中集料的表觀密度影響較大，對于本橋梁的配重設計容重為35kN/m3的混凝土，需要較重的集料來實現，要求混凝土的堆積密度和表觀密度都比較大。

③配置高強鐵砂混凝土的配置還需考慮施工工藝及方法的影響，如施工方法為預制搬運還是現場澆筑，入模方式為泵送還是吊裝、澆筑方式是否為大體積混凝土等，都會對鐵砂混凝土的配合比的設計產生較大影響。

根據上述配合比設計原則，結合現場測試的原材料特性進行多次試配并優化后，最終得到的設計配合比如表1所示，經多次驗證該配合比能滿足配重用高強鐵砂混凝土所要求的容重、強度、和易性、泵送性等各項性能參數要求。

表1 配重用高強鐵砂混凝土配合比

4 配重鐵砂混凝土的施工

配重用鐵砂混凝土通過在主梁箱室內進行現澆填充以實現配重的目的，因箱室內中橫梁為實心構造，故鐵砂混凝土配重在橫梁處不施工，僅在箱室內空腔進行現澆配重施工。根據設計配重的重量進行換算后確定各段混凝土澆筑高度。其中0.0～20.5m 范圍內鐵砂混凝土壓重澆筑高度為2331mm，20.5～35m 范圍內鐵砂混凝土壓重澆筑高度為391mm，施工時橫橋向頂面澆筑為水平，順橋向頂面在箱室倒角處澆筑成與向室內倒角同樣的倒角、確保鐵砂混凝土壓重均勻一致，配重鐵砂混凝土的現澆填充立面布置如圖2 所示，各段配重鐵砂混凝土的現澆填充斷面布置如圖3～圖4 所示。

圖2 配重鐵砂混凝土立面布置圖（單位：mm）

圖3 0～20.5m 段配重鐵砂混凝土斷面布置圖（單位：mm）

圖4 20.5～35m 段配重鐵砂混凝土斷面布置圖（單位：mm）

配重鐵砂混凝土施工在主梁邊跨現澆段縱向、橫向及豎向預應力全部施工完畢，且邊跨合龍段施工之前進行施工。考慮到混凝土容重、泵送高度、覆蓋范圍等因素，混凝土澆筑采用混凝土泵車進行，每個現澆段設置2 臺混凝土泵車進行澆筑。為避免大體積混凝土水化熱造成混凝土質量問題，配重鐵砂混凝土澆筑分5 次進行。第一次澆筑0.0～35m 范圍內的391mm，第二次至第五次鐵砂混凝土澆筑0.0～20.5m 范圍內的1940mm，每次澆筑高度為485mm，澆筑需均勻、對稱進行，每次澆筑時間間隔5～7 天，以避免混凝土水化熱峰值疊加進而造成混凝土開裂等質量問題。施工完畢后預留的內模及內模支架拆除孔道采用等強修復。

5 結語

神秘谷瀾滄江大橋作為一個非對稱跨的雙塔雙索面PC 斜拉橋，其邊跨現澆段配重鐵砂混凝土的施工較常規鋼箱梁斜拉橋、中跨懸臂澆筑與邊跨配重鐵砂混凝土同步施工的PC 斜拉橋、剛構連續梁橋的配重施工均有較大的區別，通過對配重用高強鐵砂混凝土的原材料選取、配合比設計及現場施工的實踐，在工期緊、要求高、干擾多、周期短的情況下，有效的確保了施工質量、安全和進度，施工過程中有如下體會：

①原材料的選擇對配重用高強鐵砂混凝土配置的控制指標具有重要影響，必須按照設計要求的容重、強度等參數，進行原材料的選擇。原材料選擇過程中要充分利用鐵砂骨料的較大堆積密度及表觀密度的特性，以單方混凝土中較大能摻入重鐵砂骨料的數量為準則進行配置。

②配重用高強鐵砂混凝土的配合比設計還需仔細考慮施工工藝及方法的影響，不同的施工工藝、澆筑方式、設備選擇等都會對配重用高強鐵砂混凝土的性能提出不同的要求，并對配合比的設計產生較大的影響。

③對于采用先施工邊跨現澆段配重鐵砂混凝土，再進行邊跨合龍，最后進行中跨前支點牽索掛籃懸澆節段的施工的非對稱跨PC 斜拉橋的配重鐵砂混凝土施工，應仔細考慮大體積混凝土溫控措施，必要時進行有限元仿真溫控計算，以確保大體積鐵砂混凝土的施工質量。同時也要仔細考慮配重鐵砂混凝土對邊跨現澆段支架的影響，將相關荷載納入到支架的承載范圍，以確保現澆支架的安全。