高强度微膨胀混凝土在大跨度钢管混凝土拱桥中的应用

摘　要:介绍高强度微膨胀混凝土,在大跨度钢管混凝土拱桥中的配合比设计要求及泵送施工工艺、质量控制等问题。

关键词:铁路桥; 高强度微膨胀混凝土; 大跨度拱桥; 配合比;泵送

中图分类号:U448122　　文献标识码: B

文章编号: 1004 2954 (2006) 05 0049 02

1　工程概况

　　赣龙铁路吊钟岩特大桥位于福建省龙岩市新罗区大池镇境内,横跨南水河及319国道,两端紧邻吊钟岩隧道和黄岩隧道,其中心施工里程DK251 + 355．53。桥跨设计为1 24 m后张梁+ 1 32 m后张梁+ 1140 m拱桥+ 9 32 m后张梁,全长510．36 m,桥高79m。主跨设计为上承式钢筋混凝土拱桥,拱肋为劲性钢骨架X形提篮拱,劲性钢骨架由8根<377 mm钢管和角钢通过节点板焊接而成。在骨架转体就位,完成焊接工作后成无铰拱式桁架结构,为提高其承载能力,在上、下弦钢管内灌注C55高强度微膨胀混凝土。

2　钢管高强度微膨胀混凝土配合比的确定

2．1　配合比设计要求

　　吊钟岩特大桥钢管混凝土设计为C55 高强度微膨胀混凝土,施工采用两侧同时泵送顶升压注,必须控制混凝土硬化收缩膨胀量,保证钢管内混凝土与钢管密贴,发挥钢管混凝土复合体的整体效应。混凝土设计强度等级为C55,试配强度为64MPa。钢管混凝土应具有良好的工作性,要求其坍落度160～180 mm,为保证混凝土拌和物良好可泵性和混凝土质量均匀性,混凝土1 h时相对压力泌水率S10小于20%。混凝土的微膨胀率控制在(4～8) ×10- 5内,保证混凝土与钢管的密贴。

2．2　材料的选用

　　(1)水泥:普通5215级水泥。

　　(2)粉煤灰: Ⅱ级磨细灰,其细度为15．1% ,烧失量为3．1% ,取代水泥10%～20%。

　　(3)细骨料:采用河砂,细度模数为3．3～3．5,其余指标符合国家标准要求。

　　(4)粗骨料:采用人工级配的碎石,母材石质为花岗岩,饱水抗压强度为140MPa,最大粒径为25mm,表面形状良好,粉末含量小于0．1%。

　　(5)减水剂: FS G缓凝高效减水剂,减水率为20%～25%,混凝土缓凝时间4～6 h。

　　(6)混凝土膨胀剂:UEA型膨胀剂,推荐掺量为水泥质量的6%～10%。

2．3　配合比(表1 )

表1 　试配试验材料用量

3　泵送高强度微膨胀混凝土的施工工艺

3．1　工艺流程

　　泵送高强度微膨胀混凝土的施工工艺流程为:安设泵送插管、拱顶排气(浆)孔→人工浇筑插管以下区段→压注水清洗湿润钢管→压注高强度砂浆→压注钢管内高强度微膨胀混凝土→关闭插管稳压→拆除输送管完成泵送。

　　泵送插管设在离拱脚位置2．5 m左右,与钢管成30°倾角焊接连接。插管以下位置的钢管采用人工浇筑用插入式振捣密实。混凝土在拱顶位置用隔板分开,只在顶部设排(气)浆口一个,直径为<15 cm。泵送过程应连续完成,待钢管内水及砂浆完全排出后,在临时插管上开口打入<14 mm钢筋堵住钢管内混凝土,并稳压一定时间,才拆除输送管,进行其余钢管混凝土的泵送。

3．2　高强度微膨胀混凝土泵机选型

　　全部8根主弦钢管内泵送混凝土数量123．5 m3 ,且分4批进行泵送,对泵机排量无要求。根据受力要求,泵送时,选取2台泵车在两岸对称泵送。为减少设备,采用一级泵送,泵机布置靠近在两侧拱座位置,依靠展线布置至拱脚临时插管处与钢管连接。根据管道布置,其换算水平布管长度为460 m,为此,考虑采用单位现有的2台高压地泵(楚天TB 60型) ,其理论输出压力10MPa。

3．3　管径选择及混凝土泵送管道布置

　　钢管内径377 mm,其管壁侧面开孔设临时插管时,考虑其截面不宜太大,以免破坏骨架的受力性能,实际选择的临时插管内径为125 mm,与泵机输送管内径相同。由于顶升灌注混凝土,管出口压力较大,临时插管需与主弦钢管开孔焊接,与混凝土输送管采用泵机专用卡相连。布管时尽量沿地面布管,架空时需注意支架的稳定,以防堵管时抖动失稳。管道下行布置时,应水平与垂直交错安排,连接时,尽量避免使用90°弯管,而代之以45°弯管。阳光直接爆晒管道部位利用湿草袋等遮盖输送管,防止管内混凝土坍落度损失,造成堵管现象。

3．4　灌注高强度微膨胀混凝土方法

　　泵送时,先连接管道,管接头应严密,不得漏浆、漏水。利用混凝土泵泵水或利用水管由拱顶排气口注水,使管内湿润,泵送时,保持前段管内存有水柱,随混凝土泵送前进,不断湿润各段管道。注水完成后,泵送1∶3水泥砂浆至拱脚位置,确保其进入骨架弦杆内。泵送微膨胀混凝土,顶推水柱及水泥砂浆从拱顶排气(浆)口排出。排出时应放慢泵送速度,每次泵一下,停一下,最后阶段人工配合插捣,至完全排出、挤出混凝土为止。

　　插入<14 mm钢筋,拆掉输送管,清洗。准备下根钢管灌注。待24 h后,气焊割除临时插管,用原孔壁钢板,封焊割除孔及排气孔后,再利用δ= 5 mm钢板围焊加固。全部钢管灌注完后,利用人工敲击检查是否存在空洞,如有则局部钻孔压浆处理。

3．5　泵送要点

　　确保泵送不堵管的关键是控制好混凝土坍落度,坍落度宜保持在160～180 mm。泵送前,有关的机械设备应全面检修,以确保连续泵送。砂、石料应取样抽检,合格后方可投入使用,拌制过程中,应准确计量,搅拌时间不少于2min。泵送暂停时,为防止混凝土假凝堵管,每隔2～3min应抽动一下泵的活塞。应确保插管插好混凝土后,拆除输送管,以防止回流。

4　钢管高强度微膨胀混凝土灌注时骨架应力及变形

　　钢管高强度微膨胀混凝土灌注时对骨架进行应力及变形监测,钢骨架高程控制点见图1。劲性钢骨架在灌注钢管混凝土阶段变形及应力值不大,应力最大值发生在1 /2截面下弦杆处,为36164MPa,竖向位移最大值在跨中,为2．6 cm,高程与应力的变化趋势吻合较好(高程变化见表2) ,同一断面各弦杆应力较平均;各平衡体系之间的应力变化证明了该阶段施工安全具有充分保证。

5　施工质量控制

　　高强度混凝土的坍落度损失较快,施工时采用较大搅拌能力的机械设备,尽量缩短混凝土的运输停置时间,混凝土的搅拌到浇筑完毕宜控制在1 h内完成,同时选择气温在15～25 ℃时施工,吊钟岩特大桥钢管混凝土施工时间为9月,气温较高,在施工中对混凝土原材料、混凝土输送设备和钢管采取了降温处理。钢管高强度微膨胀混凝土质量检查主要通过敲击听音法和超声波检查法。敲击听音法通过敲击声音的变化,可以检查出灌注混凝土与钢管内壁间的空隙,精确度可达到1～2 mm。这是目前最常用的方法,但其准确性不够理想。超声波检测的主要目的是检查管内

　　混凝土是否均匀、混凝土与钢管是否密贴、管内混凝土是否存在空洞和冷接缝以及强度是否达到设计要求。为了能对钢管混凝土质量作出正确的评价,超声检测布点采用随机抽样布点,要求做到具有代表性,具有一定数量可进行统计分析,对可能产生缺陷的部位,如拱顶应适当增加测点,同时,对在泵送混凝土浇筑中出现堵管的管道进行重点探测。

　　通过监测监控,该桥施工的高强度微膨胀混凝土各项指标均达到预定目标,钢管混凝土检测结果表明主弦钢管混凝土质量全部合格。

参考文献:

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