滬昆高鐵北盤江特大橋C80自密實鋼管混凝土的應用

金巧珍 李 嚴

江蘇省無錫交通高等職業技術學校（214151）

1 工程概況

滬昆高鐵北盤江特大橋位于貴州西南部光照水電站下游1.2 km處，大橋跨越北盤江，兩岸地勢陡峭，地形變化急劇，起伏很大，橋面至河谷深達300 m。橋梁中點里程為DK881+943.0，橋梁全長:721.25 m。主橋采用445 m上承式鋼筋混凝土拱橋，引橋及拱上孔跨布置為:1-32m簡支箱梁+2-65 m、預應力混凝土T構+4-42m、預應力混凝土連續梁+4-42 m、預應力混凝土連續梁+2-65 m、預應力混凝土T構+2-40 m、預應力混凝土T構。

主橋鋼筋混凝土拱圈設計為C80自密實鋼管混凝土勁性骨架+外包C60鋼筋混凝土，截面型式為矩形三箱結構。主橋拱圈拱軸線采用懸鏈線，成橋后拱圈拱頂撓度60 cm。設置預拱度后，對拱軸線形進行二次擬合，擬合之后，跨度445 m，矢高100.6 m，拱軸系數m=1.612。拱圈勁性骨架由上、下游桁架拱肋及其之間的橫向聯接系構成，主弦管采用φ750×24 mm、材質為Q370QqC鋼管。全橋共有鋼管拱肋8根，管內設計采用C80微膨脹自密實混凝土填充。上弦管軸線長511.84 m，每根弦管需混凝土197.98 m3，下弦管軸線長499.48 m，每根弦管需混凝土193.20 m3，全橋共需C80微膨脹自密實混凝土1 564.72 m3。待鋼管拱勁性骨架懸拼完成后，解除扣拉索約束，對這8根拱肋在裸拱狀態下灌注C80混凝土，采用泵送頂升施工。

2 C80自密實鋼管混凝土配合比的設計

2.1 混凝土的技術要求

根據《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》規定和設計圖要求，施工時采用泵送施工，泵管直徑125 mm，泵送高度260 m，配合比依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）、《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ 283—2012）設計，擬定如下主要技術要求:

新拌混凝土填充性能:坍落擴展度為SF1等級，要求值550～655 mm；擴展時間T500為VS1等級，要求值≥2 s；混凝土易泵性能:坍落度220～250 mm，倒坍落度筒流空時間3～17 s[1]，壓力泌水率BV≤40%，2 h坍落度損失值≤20 mm，混凝土初凝時間10～12 h。

力學性能28 d配制強度≥92 MPa，3 d抗壓強度≥56 MPa，28 d混凝土彈性模量≥38.0 GPa。

補償收縮性14 d水中養護限制膨脹率在2.0×10-4～4.0×10-4，28 d 空氣中干縮率≤3.0×10-4。

2.2 配合比設計思路

C80自密實鋼管混凝土的配制應兼顧其高強、易泵、自密實三大特性，制定如下技術線路:①選擇的外加劑不僅應具有高減水率、緩凝適宜、保坍效果良好，還應具備在低水膠比、高膠凝材料用量下能降低混凝土黏度的性能，以滿足易泵性要求；②選用高標號水泥，摻加增強效應明顯的摻和料，如硅灰、礦粉等，以滿足高強混凝土配制要求；③理論配合比設計采用 《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ 283—2012）原則，能更好滿足混凝土的自密實性能；④粗骨料最大粒徑小于20 mm，母材強度≥120 MPa，細骨料采用級配良好、潔凈的Ⅱ區河砂；⑤鋼管混凝土有補償收縮性要求，應摻適量膨脹劑。

2.3 配合比設計

2.3.1 原材料的選用

工程選用的原材料品種及規格如下。

水泥:貴陽海螺盤江水泥有限公司P·O52.5水泥，物理力學性能符合《普通硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）要求，堿含量為0.53%。

硅灰:貴州某廠產品，性能符合《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GBT 18736—2002）要求，二氧化硅含量為90.1%，28 d膠砂活性指數達96%。

礦粉:水城縣某新型建材有限公司S95級磨細礦渣，產品性能符合《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB 18046—2008）要求，比表面積439 m2/kg，28 d膠砂活性指數達101%。

膨脹劑:重慶某廠高效膨脹劑，質量符合《混凝土膨脹劑》（GB 23439—2009）要求。

粗骨料:南硯山縣平遠鎮水城村石場，由5～10 mm與10～20 mm兩級配合而成，母材巖石抗壓強度為134 MPa。

細骨料:湖南岳陽區Ⅱ河砂，含泥量小于2.0%。

減水劑:有三家建材科技股份有限公司產品供選，其質量均符合 《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）要求。

拌和用水:北盤江水，符合《混凝土用水》（JGJ 63—2006）、《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2010）要求。

2.3.2 配合比的試配

配合比依據 《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ 283—2012）進行設計，C80自密實鋼管混凝土配合比經多種試配，最后確定見表1。

表1 復現性試拌結果

表1的數據驗證了目標配合比PBC80-2各項性能穩定性，可以作為本工程C80自密實鋼管混凝土配合比。

3 C80勁性骨架鋼管拱肋混凝土泵送頂升施工

3.1 混凝土泵送頂升施工方案

頂升施工依據對稱與均衡加載的原則進行，即以拱頂為對稱線兩半跨對稱加載，以橋軸線為對稱線左右幅拱肋交替加載。主拱肋鋼管混凝土要求單管對稱泵送灌注，嚴格控制泵送量，使兩側管內混凝土填充長度差不大于10 m，并在混凝土初凝時間內完成整根管的頂升灌注。待管內混凝土達到設計強度的80%后，再進行下次灌注。兩岸拱腳處各設一灌注孔，在1/4跨度處設備用接力灌注孔，盡可能一次性灌注至拱頂）。拱頂設置隔倉板，隔倉板兩邊鋼管頂部各設一個出漿管。

3.2 混凝土泵送頂升施工效果

從2014年4月2日開始至2014年4月20日結束，歷時18 d便順利完成了全橋8支鋼管肋C80自密實混混凝土的泵送頂升施工。施工時嚴格控制混凝土入泵的工作性能，坍落擴展度＜600 mm，倒坍落度筒流空時間＞12 s時不入泵機，很好地保證了混凝土泵送性能。每支管內混凝土都是一次性由拱腳順利頂升到達拱頂，出漿口僅有少量稀漿排出，混凝土抗離析性能良好。沒有啟用備用灌注孔，這比以往的類似工程要順暢，提高了施工效率，單支拱肋灌注時間最少的為5 h，最長的為10 h，平均為6.5 h。

3.3 鋼管混凝土實體質量

混凝土28 d標準抗壓強度檢測評定結果見表2。混凝土3 d同條件養護早期抗壓強度在56.5～62.8 MPa，14 d水中養護限制膨脹率平均為2.92×10-4，28 d靜力彈性模量平均為41.7 GMPa。

表2 混凝土28 d標準抗壓強度統計

混凝土施工14 d后，對混凝土與鋼管的密實情況進行檢查。檢查方法以超聲波無損檢測為主，錘擊敲打為輔。檢查結果發現:8支拱肋僅在跨中3～5 m范圍內弧頂處鋼管與混凝土均存在1～3 mm的脫黏空隙，拱肋的側面、底面均與混凝土保持密貼。通過鉆孔壓環氧樹脂凈漿的辦法來填補1～3 mm的脫黏空隙。

4 結語

隨著混凝土技術的不斷進步，高強高性能混凝土將會更多地使用于橋梁建設中。本工程采用C80自密實混凝土泵送頂升工藝灌注鋼管勁性骨架就是一個例證。混凝土經一級泵輸送至150 m高度，入二級泵，再經二級泵一次性頂升入長達256 m垂直高度100.6 m鋼管內，充分體現了混凝土優良的工作性能，是本橋施工的一大亮點。

高強高性能混凝土膠凝材料用量多，細粉含量高，拌和物大多較普通混凝土黏稠，因而評價其可泵性不能僅從工作性（坍落度或擴展度、壓力泌水率）測試判斷，還應考查混凝土黏稠程度。本工程引入倒坍落度筒流空時間來反映混凝土的黏度，收到了良好的效果。本方法操作性強，簡單實用。