钢管混凝土拱桥拱脚自密实混凝土配合比及施工

钢管混凝土拱桥拱脚自密实混凝土配合比及施工

作者：李晓云

来源：《城市建设理论研究》2013年第08期

摘要：通过对汉中桥闸工程钢管混凝土拱桥拱脚自密实混凝土的施工，自主研究总结了拱脚自密实C50混凝土的配合比设计和施工方法，以便对以后类似工程又借鉴和参考意义。

关键词：钢管混凝土拱桥 ;拱脚自密实混凝土; 配合比及施工

中图分类号：TV544+.92文献标识码：A文章编号：

1、工程概况

1.1桥位环境

汉中市汉江城市桥闸工程位于汉中市汉江城市下游，是城市桥梁与拦河闸结合的工程，为连接城市南北交通的主要桥梁，集城市游乐景观与城市交通防汛为一体的大型综合性城市基础设施工程，桥址地势平坦，桥轴线与河床中心基本正交。

1.2设计主要技术指标

道路等级：城市主干线II级道路；

设计车速：40Km/h；

设计交通量：45000辆/昼夜；

设计洪水频率（桥梁）：1/100；

抗地震烈度：VII度；

桥面宽度：主桥28.6m、引桥27m；

桥梁设计荷载：城市—A级，人群5KN/m2

1.3主桥上部结构

交通线路总长1626m，其中桥梁长1100m，主桥桥宽28.6m(2×2m人行道+2×3m非机动车道+2×8m机动车道),引桥宽27.0m，桥面设计高程513.75m，由右岸至左岸桥孔布置为：四联4×20m简支空心板梁+20m简支空心板梁+三联4×20m简支空心板梁。

主桥为连续五孔的特大型钢管混凝土系杆拱桥。主桥长500m，每孔跨径均为100m，计算跨径95.52m，矢跨比为1:4，净矢高23.88m，采用悬链线拱轴，拱轴系数m=1.167拱桥主拱肋采用2φ1016×17.5mm钢管和两块δ=16mm厚钢板焊接成哑铃形截面，截面高2.46m，主拱肋肋间距17.3m，每孔拱肋设四道K型撑（其中斜撑为φ711×14.7mm）、三道横撑

（φ813×14.2mm）钢管材质均为X70的螺焊管。主拱肋钢管及腹腔内泵浇C50微膨胀混凝土。（如图1所示）

图1 主桥单跨钢管拱布置图

2、拱脚结构及混凝土施工特点

2.1拱脚结构

本桥系为下承式拱桥结构，单孔拱桥每条拱肋设15根吊杆，吊杆间距6.0m。每条拱肋设8根高强度低松弛预应力钢绞线系杆锚固于两端拱脚墙背处。以系杆平衡拱脚推力。系杆张拉是贯串全桥施工的一道重要工序，拱脚在每一步施工中，随拱肋负荷的增加拱脚随活动支座水平外移，将用张拉系杆进行调整。在不同阶段中应根据设计、监控指令反复张拉进行内力调整，以满足本工程大桥无推力的特点。可见拱脚施工的质量好坏至关重要。

拱脚在这个拱桥中受力比较复杂，上部与拱肋连接、下部与盆式支座连接。体形为不规则7边形，高5.059m、长4.775m、宽1.2m，拱脚钢板采用Q345材料，内部浇注C50混凝土。由于拱脚功能要求受力复杂，所以构造也及其复杂，拱脚内部设有4道钢板箍肋，18层网格为10cm的钢筋网片，8根φ159mm系杆预埋弯管。

2.2拱脚混凝土施工特点

由于拱脚内部结构复杂，若使用传统施工方法，将无法振捣造成混凝土不密实、离析等质量隐患。自密实混凝土是近年来出现的一种高流态混凝土，(简称SCC)浇注以后不需要振捣，在重力作用下就能密实、均匀填充成型。由于自密实混凝土不须要振捣便能密实填充，所以对流动性要求非常高，一般情况下混凝土的扩展度必须大于500mm，流动度600mm左右时效果最佳，塌落度一般控制在250mm±20mm。流动性过高的混凝土容易离析和泌水。离析导致石子下沉，造成混凝土不均匀，所以配制自密实混凝土的前提条件是要保证混凝土的均匀性和控制泌水。为了提高保水性和粘聚性，通常用较高的胶凝材料用量和较大的砂率，但是此方法导致自密实混凝土收缩量增大，收缩对混凝土非常有害，所以也必须控制。根据自密实混凝土的技术要求可以看出，自密实混凝土的对外加剂的要求非常高。

图2、拱脚结构示意图

（a）拱脚内钢筋网布置示意图（b）拱脚内系杆布置示意图

（c）拱脚后背结构示意图

3、拱脚混凝土施工

3.1、拱脚混凝土原材料

①、外加剂

经过大量市场调查与比较，了解到江苏博特新材料有限公司生产的JM—SCC（膨胀型）自密实高性能混凝土外加剂。它具有高效减水、高分散能力、适度增粘、适度引气和保持流动性能力强的特点；同时通过引入内部膨胀源有效解决了自密实混凝土收缩较大的问题。JM—SCC的主要指标及特点是：能大幅提高混凝土拌和物的流变性能、保持流动性的能力强、减水增强效果好、混凝土收缩小、混凝土抗裂能力强、防渗效果好、早期水化热低、高耐久性、有一定的防冻能力。(见表1)

表1

②、水泥

采用陕西耀县水泥厂生产的秦岭牌P.O52.5R水泥，初凝时间为1h55min、终凝时间

3h25min、抗折强度3d6.8Mpa、28d10.4Mpa、抗压强度3d32.8Mpa、28d58.5Mpa。经试验依据GB175－1999，该水泥所测性能满足P.O52.5R级的标准指标。

③、砂

所采用的汉江中砂，该砂属二区级配中砂，细度模数2.5，含泥量1.2％。

④、石子

梁山石场生产的粒径5～25mm石灰岩碎石，该石子为连续级配，所测性能均满足配制高性能混凝土的要求。

⑤、粉煤灰

宝鸡宝源粉煤灰综合利用有限公司生产的二级粉煤灰，所测物理性能：细度15％、需水量比103％、含水量0.4％，满足GB1596-91标准规定的二级灰的性能指标。

3.2、混凝土配合比设计

根据拱脚结构及对混凝土要求，拟定按照自流平高性能混凝土的配合比设计方法设计本配合比，以满足拱脚混凝土的施工性能。

①、确定石子用量WG

自流平混凝土石子绝对体积VG通常取值为0.30～0.36m3/ m3，本设计取WG＝0.325γG WG=0.325×2890=940Kg

②、确定砂子用量WS

砂浆体积Vm=1-VG=0.675m3/m3

砂浆中砂体积含量，通常范围为0.42~0.44 m3/m3，按照自密实混凝土施工经验，考虑和易性/抗离析等施工性能，在上述基础上增加砂用量，选定砂浆中砂体积含量为0.45 m3/m3，故砂的绝对体积VS=VSγS=0.304×2635=800Kg

③、浆体体积VP

VP=VM-VS=0.675-0.304=0.371 m3/m3

④、确定水胶比

根据JGJ55-2000水灰比计算公式得水灰比为W/C=0.448，根据C50的强度等级，采用P.O52.5R水泥和掺粉煤灰的配比路线，根据以往实际经验确定水胶比WW/WB取值0.315，以满足工程实际要求。

⑤、确定浆体各组分材料用量

粉煤灰：按照施工工艺的要求和经验，通常选择粉煤灰用量（占胶凝材料）为10~20%，考虑到采用粉煤灰的品位，选定掺量13%，则粉煤灰取量WF=13%WB。

JM-SCC外加剂：该外加剂具有高效减水、缓凝、增粘、补偿收缩等复合功能，掺量为内掺10~15%，表观密度2480Kg/m3，选定掺量13%，为满足减水率和拌和物均匀性，设定掺量13%，则外加剂量为：WAD=13%WB。