自密實砼在鋼‐混結合梁中的施工與應用

王 祥

（四川公路橋梁建設集團有限公司， 四川 成都 610071）

0 前言

宜賓南溪長江大橋主橋為280m+572m+189m雙塔混合梁斜拉橋。主橋結構型式為雙塔、雙索面、密索體系，主跨跨徑為572m，兩岸邊跨分別為280m和189m，北岸為輔助通航孔區，南岸邊跨布置三個輔助墩，主橋全長 1041m。橋塔采用鉆石形塔，塔高182.8m，上塔柱為單箱雙室等截面，中下塔柱均為單箱單室變截面，橋塔基礎為承臺+樁基礎。

主梁在橋梁長度方向的不同位置采用了鋼－混組合梁和混凝土梁的結構形式，其中組合梁為雙工字形鋼主梁與混凝土橋面板結合的形式、混凝土主梁為π形截面形式。組合梁與混凝土主梁采用鋼一混凝土過渡段連接，位置在南岸中跨近塔處。鋼混結合段包括鋼主梁鋼混結合段以及小縱梁鋼混結合段。工字鋼梁過渡至雙腹板的工字鋼梁構造，再過渡至單箱單室構造。總體思路為將開口工字梁在結合部漸變過渡至箱形封閉式鋼箱斷面后，深入混凝土梁段進行傳力錨固。結合部采用了鋼格室+開口板連接件+焊釘+縱向預應力的梁肋全截面連接承壓傳剪的總體結構形式，這種鋼混結合段結構設計新穎。南溪長江大橋主梁采用了這種多尺度變剛度的方法實現從工字形組合梁向混凝土梁過渡的設計理念科學合理，但是對施工提出了較大的挑戰，如何使得施工質量保證結構安全平穩傳力需要進一步仔細研究。

南溪長江公路大橋的主梁鋼混結合段采用了新型的結構形式，其施工方法與常規的鋼混結合段有較大的不同，一方面是鋼結構的加工制作在不同截面變處有不同的要求，另一方面混凝土澆筑的工藝與方法在不同的截面變化處也有不同的要求，特別是多種形式的箱室中如何保證混凝土有效充實到每個角落比以往的結構要求更高。如何對新型鋼混結合段進行施工，并使得施工更便捷、質量更容易保證值得仔細研究。

1 部分鋼混結合段施工工藝總結

鋼混結合段為混合梁斜拉橋主梁的關鍵部位，對大橋的安全性、可靠性和耐久性非常重要。由于鋼格室是一個封閉的箱型結構，澆筑空間狹窄，并且在鋼格室內一般會有較多的開孔板、剪力釘等連接件，再加上現有的設計一般都利用預應力把鋼梁與混凝土梁連接起來，必然會導致混凝土澆筑和振搗困難，容易產生混凝土與鋼格室之間脫空等現象；同時目前普遍采用的混凝土等級較高，由于操作空間狹窄，鋼格室內混凝土一般很難進行養生，容易產生較強的收縮徐變現象，從而導致混凝土與鋼格室之間不密貼。如果混凝土澆筑質量較差，則容易導致混凝土出現空洞等病害，不利于結構承載及耐久，會對大橋順利施工安全運營帶來一定影響。為了配合南溪長江公路大橋混凝土梁的施工，確定大橋施工質量與安全，對國內外研究和應用現狀進行總結，確定鋼混結合段施工工藝的合理性和科學性，從而指導鋼混結合段的設計及施工。

鄂東長江公路大橋針對鋼混結合段專門進行了施工工藝及混凝土配比試驗。試驗所用混凝土選用高性能自密實鋼纖維混凝土和大流態微膨脹聚丙纖維混凝土兩種方案。試驗模型分兩批澆筑，每批2個試驗模型，先澆筑第一組（不振搗），切割檢查完填充效果后，再根據需要澆筑另外一組（振搗），然后將兩組試驗結果進行對比。然后實驗結果表明：兩種方案混凝土工作性能滿足施工要求，力學性能也得到了較好的保證。通過將第一組試驗模型鋼格室頂板揭開，發現除氣孔較多以外，混凝土表面平整，未發現與鋼格室脫粘現象；揭開第二組模型頂板以后，發現混凝土仍然存在氣孔較多且直接較第一組大的現象，分析原因主要是混凝土排氣孔設置較少，在振搗過程中下層混凝土氣泡上浮，但無法及時排除；切割兩組模型發現混凝土在鋼格室內填充效果較好，對PBL鍵包裹密實，未出現收縮裂縫[1][2]。該橋現場施工工藝試驗驗證了鋼混結合段設計的合理性以及混凝土的工作性能和力學性能，同時也發現了設計中有待改進的問題，對指導后續類似橋梁鋼混結合段的設計和施工具有重要意義。

荊岳長江公路大橋施工項目部為了保障該橋鋼－混結合段的密實澆筑，防止結合段混凝土在施工和使用階段脫粘與開裂，提出鋼混結合段混凝土的設計重點是：①采用大流態、易于灌注的自密實混凝土；②收縮小，利于鋼箱梁與混凝土箱梁的結合；③剛度大、韌性好、疲勞強度高，保證鋼箱梁與混凝土箱梁間的力學匹配。通過采用高效聚羧酸外加劑以及優質粉煤灰來改善混凝土的工作性能，適量摻加膨脹劑來補償混凝土的收縮，同時利用纖維來改進混凝土的彈性模量和力學性能。并設計 9種混凝土配合比進行混凝土的工作性能及力學性能比較，最終選定出最優混凝土配比。為了驗證混凝土在實際工況下的性能，荊岳長江公路大橋建設指揮部在現場澆筑1:0.5的鋼混結合段模型，通過試驗研究，從工作性能、力學性能、體積穩定性能等方面考慮采用前述比選出的最優配合比澆筑鋼隔室。從現場模型試驗來看，混凝土澆筑情況良好，能夠有效的保證鋼混結合段的整體性[3]。荊岳長江公路大橋鋼混結合段現場工藝試驗驗證了混凝土的性能、鋼混結合段構造的合理性，對于后續設計及施工提供了經驗。

黃凱健、李國芬[4]等針對國內某橋梁鋼混結合段進行模型澆筑試驗。現場采用1m×1m×1m的配筋試模箱進行澆注模擬實驗，內部配筋率與現場施工的鋼箱梁內部配筋率相同。混凝土澆注時分別采用振搗和不振搗兩種方式成型，分析不同澆注工藝對混凝土性能影響。試模成型后養護3d，進行切割后觀察混凝土內部密實情況及鋼纖維分布情況，同時采用回彈儀測量不同澆注方式的混凝土試件強度情況。結果表明：與稍加振搗的試件相比，不加振搗的自密實鋼纖維混凝土內部結構更密實，鋼纖維分布均勻，其原因主要是振搗棒的局部振搗會引起鋼纖維的團聚，反而影響其在混凝土中的分散性能。未振搗與振搗試件 3d的強度分別為46.6MPa和45.8MPa，相同混凝土標準試件室內養護7d的抗壓強度分別為57.6MPa和54.3MPa。

除了以上針對混合梁斜拉橋進行了主梁鋼混結合段的施工工藝試驗以外，還有部分針對斜拉橋橋塔鋼混結合段[5]、剪力墻[6]的施工工藝試驗也具有借鑒意義。

2 背景工程自密實混凝土配比與性能

鋼混結合段對于全橋來說至關重要，但由于構造復雜性和特殊性，目前國內外的研究還有一些不足。宜賓南溪長江大橋主橋的鋼混結合段又是一個全新的工字型鋼混結構形式，與以往橋梁中的鋼混結合段結構形式有較大的不同。為了確保施工質量，針對自密實混凝土進行了多組測試與分析，包括流動性和力學性能。

為確保選用的自密實混凝土的工作性能符合要求，在試驗室以及工地現場進行坍落度桶以及倒坍落度筒試驗來檢驗新拌混凝土的各項工作性能。其中坍落度平均值在265mm，擴展度代表值為660mm；倒坍落度平均值270mm，擴展度代表值630mm，黏聚性、保水性和抗離析性良好。確定了最終的配合比合見表1。

表1 混凝土配合比

備注：表中數據單位均為kg/m3

試驗室三組力學性能試驗結果見表2。

表2 實驗室抗壓強度結果

3 結語

總結了國內幾個大型工程中的混合梁結合段施工方法，針對自密實混凝土的應用要點進行了總結，制定了相應的自密實混凝土性能目標，通過相應的試驗，確定了最終混凝土配合比，為確定工程質量與安全提供了保證。

掌握這種新型結構受力的關鍵因素，針對橋梁的結構構造特點，選擇相應的自密實混凝土，可為施工組織、控制施工風險、提高施工質量等方面提高科學依據。除此以外，還可為后續類似橋梁鋼混結合段的設計及施工積累一定經驗，提供一定指導，具有較大的實際應用價值。

[1]李北星,馬立軍,田曉彬. 鄂東長江公路大橋鋼混結合段自密實混凝土的配制及施工技術研究. 公路 [J].2011: 5-9.

[2]曾憲柳. 大跨徑斜拉橋混合梁施工關鍵技術 [C]. 第二十屆全國橋梁學術會議，武漢.2012. 6. 577-582

[3]劉松,屠柳青,裴炳志. 荊岳長江公路大橋鋼混結合段混凝土配制及性能研究.中國港灣建設 [J].2010: 52-54.

[4]黃凱健,李國芬,王元綱. 橋梁鋼-混結合段用高強自密實鋼纖維混凝土性能研究. 武漢理工大學學報 [J].2013: 107-111+116.

[5]胡冬勇,李宗平. 南京長江第三大橋北塔鋼-混結合段施工技術 [C]. 中國公路學會橋梁和結構工程分會2005年全國橋梁學術會議：杭州.2005. 9: 584-592

[6]孟煥陵,黃維綱. C70高強混凝土剪力墻澆筑工藝的足尺試驗研究. 建筑結構[J].2009: 60-62+113