钢管混凝土叠合柱之钢管外包混凝土探讨

钢管混凝土叠合柱之钢管外包混凝土探讨

[摘要]本文结合腊八斤特大桥和黑石沟特大桥钢管叠合柱桥墩的施工实践，对钢管混凝土叠合柱的钢管外包混凝土做简要的探讨研究，期望给类似工程提供参考。

【关键词】钢管混凝土叠合柱；钢管外包混凝土；抗裂；耐久性

1、引言

钢管混凝土叠合柱基于一种新的结构形式，已经开始在我国的高层建筑工程、深埋地下空间结构，大跨度桥梁工程中得到卓有成效的应用，取得了令人瞩目的成就。比如沈阳和泰大厦、深圳赛格广场大厦、旺苍东河大桥、武汉江汉三桥。

2、工程概况

四川省雅安市经石棉至泸沽高速公路的腊八斤特大桥、黑石沟特大桥都为大跨连续刚构钢管混凝土组合高墩混凝土工程。其中，腊八斤大桥主桥为105m+2×200m+105m连续刚构桥，引桥为40m简支T梁桥，主桥桥墩最高墩高为182.5m，引桥墩高为40m～117m；黑石沟特大桥主桥为60m+115m+200m+105m连续刚构桥，引桥为8×40m预应力混凝土简支T梁，主桥桥墩最高墩高为157m，引桥墩高为40m～107m。在桥墩钢管混凝土中，核心混凝土采用C80、C60高抛自密实微膨胀高强钢管混凝土，采用高位抛落免振捣方法进行施工，桥墩钢管外壁包裹C30强度等级的抗裂混凝土。其中主墩外包混凝土厚度为20cm，交界墩和引桥墩外包混凝土厚度为15cm（截面见图1）。

3、桥墩钢管外包C30抗裂混凝土的研究

CECS188：2005_钢管混凝土叠合柱结构技术规程：9.4.3钢管外混凝土宜优先采用免振自密实混凝土，浇筑时应采用粗钢棒进行插捣，也可采用普通混凝土。结合设计以及实践要求，该条款的基本含义涉及两点，一保证外包混凝土的密实，从而控制裂缝的产生，实现混凝土耐久性的可能；二是确保外包之外观，避免修补等。基于此对上述两点进行分析：

3.1混凝土工程结构早期裂缝产生的原因

（1）收缩变形所引起的混凝土开裂

收缩变形是混凝土自身的本质特性之一，在混凝土当中主要存在化学收缩、塑性收缩、自生收缩、温度收缩、干燥收缩以下几种类型的收缩变形：

除以上各种类型的收缩变形之外，混凝土中还存在碳化收缩和徐变收缩等类

型的收缩变形，但通常发生在中后龄期的混凝土中，对混凝土早期的收缩开裂影响较小。

（2）结构设计及受力荷载所引起的混凝土开裂

由荷载应力所引起的裂缝称为荷载裂缝，一般可分为两种形式：外荷载直接应力裂缝和荷载、结构次应力裂缝。由外荷载引起的直接应力在结构体内超过一定数值后在相应部位产生裂缝，例如在受拉、受压、受弯，以及受剪、受扭力矩等情况下均有可能在混凝土结构的某些部位形成裂缝。

（3）施工因素所引起的混凝土开裂

在混凝土结构的浇筑、养护过程中也有可能由于各种原因而产生裂缝。例如，混凝土拌和不均匀，搅拌时间不足，浇筑不均匀；新拌混凝土出现离析泌水的现象；连续浇筑间隔时间过长，接缝处理不当，钢筋搭接、锚固不良；模板拆除时机不当，保湿养护不力；或者混凝土硬化前遭受扰动或承受了荷载等等。这些原因造成混凝土内部质量不均，在内部或外部应力作用下薄弱环节即易出现裂缝。

3.2桥墩钢管外壁包裹C30强度等级的抗裂混凝土技术性能要求

混凝土的性能要求如下：

（1）工作性能：钢管外壁包裹C30强度等级的抗裂混凝土的初始坍落度18cm以上，扩展度400mm以上，3h坍落度仍达14cm以上，不离析、不泌水，和易性良好；

（2）力学性能：钢管外壁包裹C30强度等级的抗裂混凝土3d抗压强度≥23MPa，28d抗压强度≥40MPa；

（3）抗裂性能：钢管混凝土高墩柱钢管外包C30混凝土，还要求混凝土应具有良好的抗裂性能，其抗裂等级达到一级。

4、钢管外包C30抗裂混凝土的配合比设计与优化

（1）原材料

水泥：某水泥厂生产的金顶P.O42.5水泥

集料：细集料：本地砂，含泥量1.2%，细度模数为2.78；粗集料：本地采石场玄武岩碎石，粒径分别为5～10mm、10～20mm；

矿物掺合料：（1）粉煤灰：某公司Ⅱ级粉煤灰；

外加剂：高效减水保塑剂：某公司SX-C18超减水塑化剂；

纤维：某公司聚丙烯腈纤维。

（2）配合比优化

对于桥墩钢管外壁包裹C30强度等级的抗裂混凝土确定的配合比及其物理力学性能见表1、表2所示：

C30强度等级掺聚丙烯腈纤维抗裂混凝土的初始坍落度和初始扩展度见图2所示：

5、钢管外包C30抗裂混凝土施工控制

由于外包混凝土比较薄，施工难度大，质量要求高，如何控制外包混凝土的质量，保证外观效果成了施工的难度和施工重点。

模板方案：采取把外包分两次浇筑，横隔板单独一次浇筑，从而减小每次的浇注高度，减小振捣的难度，提高混凝土外观性能和混凝土的质量。另外还要特别注意一下两大点。

（1）施工准备

原材料按试验确定的配合比设计要求采购运至施工现场后，分类规范堆放；同时对原材料应采取防雨、防潮措施，避免结块。在施工过程中，必须随时测定砂、石的含水率变化，根据现场新拌混凝土的工作性能，及时调整混凝土的用水量。

（2）施工控制

1、施工时应派专人在混凝土拌合楼负责混凝土的拌合。纤维应分散加入，为保证纤维在混凝土中的均匀分布，可适当延长搅拌时间。每次拌合时，各种物料的计量要准确、每盘物料的搅拌时间最少不低于3min。

2、进行外包混凝土现场灌注施工时，混凝土要具有良好的工作性能。新拌混凝土应保持2h时塌落度几乎无损失，新拌混凝土初凝时间应保持8～12h。

3、施工时要规范振捣混凝土。

6、结语

在本合同段中，钢管混凝土和钢筋混凝土组合成的钢管混凝土叠合柱技术首次应用于桥梁高墩墩身，经过科学管理，统筹监控，外包混凝土的质量得到了良好的保证，创造了良好的社会经济效益。