譚冬梅

(中鐵五局集團有限公司，湖南 長沙 410000)

1 概述

橋梁的出現(xiàn)給人類交通帶來了極大的便利，解決了部分水上交通不便問題的同時，加強了各個流域的交流，為人類帶來了諸多經濟上的利益。立交橋等高架橋的出現(xiàn)，通過分流有效的緩解了交通擁堵等問題。橋梁影響著城市的規(guī)劃、發(fā)展以及人們的生活和工作，現(xiàn)已成為新時代基礎設施建設和城市交通建設至關重要的形式之一。隨著現(xiàn)代化的高速發(fā)展，橋梁在人類發(fā)展的進程中也扮演著極為重要的角色。優(yōu)化橋梁工程的建設，提高橋梁工程的質量，已成為國家修建橋梁的首要目標。盧吉等[1]在復雜異形鋼拱橋拱肋施工中引入BIM技術與數(shù)學建模，提出了一種復雜空間異形鋼拱橋拱肋的校核方法。劉德龍[2]提出的鋼管拱橋抽真空壓注混凝土施工技術是通過優(yōu)化混凝土原材料、控制混凝土拌合物含氣量和控制泵送灌注時鋼管內的真空壓力，該方法提高了鋼管內混凝土的密實性。汪泉慶等[3]對于拱橋施工——鋼管拱肋自密實補償收縮混凝土澆筑提出充分考慮坍落度損失、泵送時間以及設備的影響，確定合理的布置以減小施工中斷帶來的影響。崔健等[4]提出了系梁采用“鋼管柱+貝雷梁”形式和拱肋采用“鋼管格構”形式的支架設計方案,進行了有限元結構計算與分析,合理設置了支架預拱度,保證了支架安全和成橋線形。本文以浩吉鐵路洛河大橋為工程背景，通過對于混凝土中增加硅粉和黏度改性材料，改善了混凝土性能，并且采用一次、二次頂升技術完成拱肋混凝土的壓注，監(jiān)測結果表明混凝土密實度100%合格。

2 工程概況

2.1 洛河大橋設計概況

洛河大橋為跨洛河流域內的故縣水庫而設，位于盧氏縣境內，大橋孔跨型式為：2×16.5 m簡支T梁+220 m上承式鋼管混凝土拱橋+2×16.5 m簡支T梁,橋梁全長313.74 m，主跨為上承式鋼管桁架拱，采取1孔220 m鋼管混凝土拱一次跨越水庫。主拱結構采用提籃式鋼管混凝土拱橋結構，拱肋計算跨度l=220 m，矢高f=44 m(拱平面內)，矢跨比f/l=1/5。主拱結構由兩根拱肋與橫向聯(lián)接系組成，拱肋橫向內傾角為6.5°，拱肋中心距在拱頂為6 m,在拱腳處為15.962 m。洛河大橋鋼管拱拱內混凝土灌注采用C50補償收縮混凝土，全橋總方量為3 206 m3。

2.2 施工重難點

1)本工程混凝土為C50補償收縮混凝土，強度等級高，除了要滿足設計強度要求外，根據(jù)鋼管混凝土的施工特點，還要求混凝土具有收縮補償、低氣泡、大流動性、免振自密、緩凝時間長、早強等性能，因此混凝土的配制難度大。

2)本工程混凝土施工條件較差，混凝土運輸和泵送地點相隔較遠，高差相差約170 m，且無施工便道到達拱腳處，為保證混凝土進入鋼管時的質量，對攪拌設備、運輸設備、運輸方案要求特別高，因此如何搞好本工程混凝土供應及施工組織是本工程施工的難點及重點。

3 鋼管混凝土拱管內混凝土壓注施工方案

3.1 施工方案

依據(jù)工程設計資料及現(xiàn)場施工情況，制定了如下施工方案：

1)從主拱肋混凝土壓注到主拱肋混凝土剛度的形成是一個緩慢的過程，已壓注混凝土會受到后續(xù)混凝土濕重的影響，主拱肋也會隨著壓注混凝土的施工而不斷變形。因此，混凝土的壓注順序，會對主拱肋的受力狀態(tài)產生影響。管內混凝土壓注施工順序如圖1所示。

2)主弦管采用兩次接力頂升，平聯(lián)腔采用三次接力頂升，橋梁縱向和橫向均需對稱同步壓注。因此最大單次壓注方量達 512 m3，且需南北兩岸同步進行。

3)由于洛河大橋采取無便道施工，主拱肋混凝土從山頂平臺或隧道出口經過超長聯(lián)串筒輸送至拱座附近，用懸吊式二次攪拌罐二次攪拌消除離析后，再進行泵送壓注。

4)根據(jù)施工控制有限元計算，壓注時南北兩岸需對稱同步進行，兩岸壓注進度差最大不超過 10 m3；上、下游混凝土壓注可不完全同步進行，但必須全部在先壓注混凝土初凝前完成。

5)主拱肋起拱節(jié)段和部分2號節(jié)段為實腹段，實腹段和空腹段的主弦管、平聯(lián)腔內混凝土的壓注順序是相同的，均是先外側后內側，先上弦管，再下弦管，其次上弦平聯(lián)，再下弦平聯(lián)；實腹段腹板腔內混凝土壓注順序為先外側腹板由下往上，再內側腹板由下往上。已壓注混凝土強度達到90%后，再壓注下一支弦管或平聯(lián)腔混凝土。

3.2 施工工藝流程

泵送工藝的主要流程為：清洗、濕潤內壁→安設壓注頭和閘閥→泵送高標號砂漿→泵送壓注管內混凝土→拱頂排漿孔振搗混凝土→關閉壓注口處閘閥→灌注結束，拆管，清洗泵機和泵管→拆除閘閥完成泵送。

3.3 管內混凝土頂升泵送施工

混凝土整體壓注方案為南北兩岸從攪拌站運輸混凝土至現(xiàn)場后，經過山體上設置的串筒溜入拱座頂罐車內，二次攪拌放料入HBT80輸送泵進行泵送，串筒運輸高差約170 m。山頂罐車整車混凝土經串筒運輸入拱座頂罐車內二次攪拌5 min后方可放料進行壓注。壓注時南北兩岸對稱進行，上下游依次先后進行。現(xiàn)場場地設備布置如圖2所示。

拱肋混凝土壓注應待除欄桿通道以外的全部鋼結構焊接完成并且探傷合格，拱腳二期混凝土澆筑完畢，達到設計強度，拆除扣索以后方可進行。拱肋混凝土澆筑均采用分段連續(xù)對稱接力頂升工藝施工，混凝土灌注的順序為：先上弦管，再下弦管，其次平聯(lián)，最后灌注實腹段腹腔內混凝土。待已灌注的混凝土強度達到90%后再灌注下一批次混凝土。

4 管內自密實補償收縮混凝土的配制

洛河大橋主拱肋管內混凝土為C50自密實補償收縮混凝土，強度等級較高。由于管內混凝土施工期間，橋梁兩端的隧道尚未貫通，管內混凝土仍需采用超長聯(lián)串筒進行輸送，并經懸吊式二次攪拌罐消除離析后，再進行泵送壓注。管內混凝土不僅要滿足設計強度，還要求具有補償收縮、無泌水、無離析、低氣泡、大流動性、自密性、緩凝時間長、早強、可泵性好等性能。具體應滿足如下要求：

1)選用級配良好的碎石，最大粒徑宜選用 19.5 mm，減小碎石粒徑，從而減緩高落差混凝土的流動速度。

2)混凝土坍落度控制在 22 cm～26 cm，1 h后坍落度損失不大于2 cm，2 h后坍落度損失不大于4 cm；擴展度不低于650 mm。

3)T50 設計要求3 s～7 s；含氣量不大于 3%。

4)緩凝時間達18 h以上，滿足鋼管混凝土及平聯(lián)板混凝土泵送到頂?shù)臅r間要求。

5)體積穩(wěn)定性能：為保證管內混凝土的密實性，減小混凝土收縮系數(shù)和孔隙率，配合比摻入膨脹劑，其限制膨脹率不低于 2.5×10-4。

6)力學性能：3 d達到設計強度80%，28 d抗壓強度不小于1.15倍設計強度。

7)抗離析性能：離析率不大于20%，粗骨料振動離析率不大于10%。

混凝土的強度、膨脹性和工作性能是相互影響、相互制約的，混凝土的配合比設計需與頂升泵送的工藝相匹配。為實現(xiàn)上述性能要求，進行了大量的配合比試驗及現(xiàn)場驗證試驗，最終通過在管內混凝土中加入硅粉、黏度改性材料、膨脹劑等添加劑，成功得到了滿足各項性能要求的最優(yōu)配合比，保證了管內壓注混凝土的順利實施。其中3次典型的配制試驗過程如下：

當采用基準配合比，未摻入硅粉和黏度改性材料之前，經過室內及現(xiàn)場試驗，混凝土5 d強度值偏低，混凝土輸送至拱座附近時，擴展度偏小而T50偏大，不滿足規(guī)范要求，混凝土和易性較差，有較為嚴重離析，且在輸送過程中堵管嚴重，增加了施工難度且混凝土質量無法保證，無法滿足現(xiàn)場施工需要。

第1次調試，摻入硅粉后，經過室內和現(xiàn)場各項試驗混凝土強度滿足設計要求，混凝土輸送至拱座附近時，擴展度滿足要求，但T50不滿足施工要求；混凝土流動時間較長、有輕微離析，且在輸送過程中仍易發(fā)生堵管，施工難度較大，不能滿足現(xiàn)場施工需要。

第2次調試，摻入硅粉和黏度改性材料之后，混凝土高落差輸送過程中無堵管、無離析現(xiàn)象，混凝土輸送至拱座附近時，坍落度、擴展度、T50均滿足設計要求，混凝土和易性良好，混凝土表面基本無氣泡，且輸送時間相比減少5 min～10 min，滿足管內混凝土的各項性能指標要求。

洛河大橋管內C50自密實補償收縮混凝土的最終配合比為m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(硅灰)∶m(河砂)∶m(5 mm～10 mm碎石)∶m(10 mm～16 mm碎石)∶m(膨脹劑)∶m(黏度改性材料)∶m(減水劑)∶m(水)=403∶84∶17∶758∶314∶733∶56∶28∶8.04∶185，混凝土初凝時間為18 h。水泥、粉煤灰溫度宜低于50 ℃，砂、石拌合前測試砂含水率，拌合過程中每2 h測試砂的含水率；混凝土拌合時間宜90 s～120 s，以保證拌合充分。

5 管內混凝土壓注施工質量檢驗

洛河大橋管內混凝土質量檢驗采用人工敲擊與超聲波檢測相結合的方法，在澆筑 7 d后、28 d后和驗收前進行3次檢驗。

1)人工敲擊檢查。

沿拱肋全長、鋼管周邊選取等距離的若干點，從拱腳往拱頂進行初步檢查，聲音沉而啞者，則說明混凝土填充飽滿，與鋼管壁結合緊密；聲音清脆，則混凝土可能與鋼管壁存在脫空，做好標記以便進一步檢查。

2)超聲波檢測。

布設檢測點，全面反映鋼管混凝土的質量根據(jù)聲時、聲幅及頻率的相對變化對鋼管混凝土的質量進行有效的分析和判斷。當檢測發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土拱肋脫黏(角度)率大于20%或脫黏空隙厚度大于3 mm時，應對脫黏處進行鉆孔壓漿補強處理。

洛河大橋拱肋混凝土壓注完成后，2017年11月26日～28日，由山東廣信工程試驗檢測集團有限公司對管內混凝土進行超聲波檢測，經檢測，壓注混凝土未發(fā)現(xiàn)內部缺陷，滿足設計要求。

6 結語

通過在混凝土中增加硅粉和黏度改性材料，提高了混凝土的流動性、保坍性、和易性，延長了混凝土的初凝時間，滿足高落差條件下管內混凝土的工作性能要求；采用一次頂升工藝進行上承式鋼管混凝土拱橋主弦管內混凝土的壓注，采用二次頂升工藝進行平聯(lián)腔內混凝土的壓注，成功完成了整個主拱肋混凝土的壓注，經超聲波檢測拱肋混凝土密實度100%合格，滿足設計要求。