钢管补偿收缩自密实混凝土在莱荣高铁跨S209省道特大桥上的应用

王飞、张天亮

（1.中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710000；2.陕西秦海检测科技有限公司，陕西 咸阳 712000；3.广信检测认证集团有限公司，山东 济南 250100）

0 引言

钢管混凝土拱桥属于钢-混凝土组合结构中的一种。钢管混凝土是在钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时，钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，可作为施工模板，方便混凝土浇筑，如图1所示。

图1 钢管混凝土拱桥

钢管混凝土拱桥具有结构美观、负载能力强等优点，同时还能节约大量钢材，在工程中得到广泛的应用。本文以莱荣高铁中的跨S209 省道的钢管拱桥为例，阐述钢管补偿收缩自密实混凝土的应用。

1 工程概况

莱荣高速铁路跨S209 省道特大桥112m 系杆拱桥钢管拱肋截面采用哑铃型钢管混凝土截面，截面高度3.0m，钢管直径1200mm，由厚18mm 的钢板卷制而成。上下钢管拱之间用厚16mm 的腹板连接。钢管及腹腔内填充C50 补偿收缩自密实混凝土（横撑钢管内不填充混凝土）。系梁中心线处梁长114.2m，计算跨长为112m，钢管拱平面内矢高22.4m，拱肋最高点距离地面35m（拱肋最高点距离梁面24m，梁面距离地面11m），如图2所示。

图2 钢管拱结构示意图（单位：cm）

2 钢管混凝土制备

钢管拱内采用C50 补偿收缩自密实混凝土，若采用传统混凝土配制技术，首先，混凝土水胶比低、黏聚性大、流动性差，泵送堵管的风险将显著增大。其次，混凝土强度等级高、单次浇筑体量大，钢管内混凝土水化温升高、后期收缩大、脱空风险大。

为降低钢管混凝土拌和物离析泌水风险，改善钢管自密实混凝土拌和物黏度，提高钢管自密实混凝土可泵性和体积稳定性。项目部试验室开展钢管补偿收缩自密实混凝土配合比的优化设计及性能试验，在此基础上提出了“钢管补偿收缩自密实混凝土技术”。钢管补偿收缩自密实混凝土主要控制要点包括以下三点：第一，控制混凝土胶材用量和砂率，确保石子处于悬浮状态；第二，掺加黏度改性材料，改善混凝土拌和物的黏聚性和泵送稳定性；第三，掺入UEA 膨胀剂，确保硬化混凝土的体积稳定性。

钢管补偿收缩自密实混凝土的技术指标根据现场材料和施工情况随时进行调整，应确保以下几点满足要求：第一，初始坍落扩展度及2h 经时损失；第二，初始扩展时间（T）及2h 经时损失；第三，初始倒置坍落度筒排空时间及2h 经时损失；第四，初凝结时间不得少于12h。

2.1 原材料

2.1.1 水泥：P·O52.5

水泥性能指标见表1。

表1 水泥性能指标

2.1.2 粉煤灰：I 级

粉煤灰性能指标见表2。

表2 粉煤灰性能指标

2.1.3 砂子：河砂

河砂性能指标见表3。

表3 河砂性能指标

2.1.4 碎石：5～20mm

碎石性能指标见表4。

表4 碎石性能指标

2.1.5 水：饮用水

饮用水性能指标见表5。

表5 饮用水性能指标

2.1.6 减水剂：聚羧酸减水剂，减水率≥25%。符合《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）的规范要求。

2.1.7 膨胀剂：UEA 系列膨胀剂。限制膨胀率等质量指标符合《混凝土膨胀剂》（GB/T 23439—2017）的要求。

2.2 C50 补偿收缩自密实混凝土配合比

C50 补偿收缩自密实混凝土配合比见表6。

表6 C50 补偿收缩自密实混凝土配合比

3 施工工艺

钢管混凝土浇筑是钢管拱桥施工的关键工序，保证钢管混凝土的灌注质量是保证钢管混凝土拱肋安全受力的关键环节。钢管混凝土用输送泵泵送顶升法灌注，要保证顺利进行，一泵到顶。为使钢管混凝土在灌注后达到密实，并具有补偿收缩性，混凝土强度应满足设计要求，必须在混凝土的试配、制作、钢管混凝土的灌注等方面，精心组织，科学施工。

根据对称与均衡泵送施工原则，以拱顶为对称中心组织钢管混凝土的灌注施工。为保证拱肋混凝土的密实性，采用在拱肋两端泵送顶升压注的方法浇筑，灌注时使用输送泵将混凝土连续不断地自下而上压入钢管拱内，不需振捣，直至管顶冒出混凝土（排出混凝土的量建议不少于1m），直至管内混凝土密实为止。

根据设计图纸要求，按照“先下管、后上管和腹腔”的顺序进行施工，分别从两拱脚向拱顶同时压注、连续顶升。下管混凝土强度达到设计强度的90%以上时，依次顶升上管和腹腔混凝土。上管、腹腔混凝土强度达到设计强度90%以上时，对拱肋混凝土密实度进行超声波检测，符合要求后方可进行拱肋临时支架拆除。

下管、上管采用一级泵送、一次到顶，拱顶设一个隔舱板，将上管、下管分为两个舱室，每个舱室的最顶部设一个直径150mm 的出浆排气孔，排气孔上焊接直径150mm、管口向上的出浆管。拱脚处设一个直径125mm 的灌注孔，灌注孔上焊接与拱肋呈45的灌注钢管，灌注钢管直径125mm，与输送泵配套泵管直径大小相同。

腹腔由于内部设有对拉杆，顶升阻力大，设计按两级顶升，在拱顶、1/4、3/4 拱肋处各设一个隔舱板，3 道隔舱板将整个腹腔分成4 个舱室，每个舱室的最顶部设一个直径150mm 的出浆排气孔，每个舱室的底部设一个直径125mm 的灌注孔。第一级从拱脚灌注孔压入混凝土，从1/4、3/4 拱肋处出浆、排气，第二级从1/4、3/4 拱肋处压入混凝土，从拱顶出浆、排气。

4 施工控制要点

第一，拱肋混凝土灌注必须连续进行，不得中断。

第二，灌注混凝土时要求纵向严格对称进行。泵压过程中注意泵的压力和扬程，泵的压力一般控制在6～10MPa 或以下，超大跨度可控制在10MPa 以上，建议不超过16MPa。泵机初始排量控制在40%～60%（单个泵机每小时泵送30m混凝土），后续根据现场混凝土实际供应情况可提高排量。

第三，钢管拱内混凝土强度达到50% 以上（设计有要求时按照设计要求）时，即可拆除钢管拱肋上的灌注孔、排气孔，所有的孔都应用原切割下来的钢板焊接封闭。切割、焊接时，需做好降温处理，避免烧伤混凝土。孔封闭焊接应平整光滑，不得凸出和漏焊。

第四，待拱肋混凝土强度均达到设计强度的80%后（设计有要求时按照设计要求），检查拱肋混凝土是否密实及管内混凝土的浇灌质量，采用超声波检测，检测波速一般不低于4500m/s。

第五，在主桥墩两侧面做好测量标志，用全站仪观察每一个阶段的墩顶水平位移情况。

5 混凝土灌注技术要求

第一，混凝土顶升必须连续进行，每根拱肋钢管顶升完毕，经全面敲击检查确认密实后，再进行下一根拱肋施工。

第二，泵送过程中，由质量部质检员、现场技术员采用敲击法判断管内混凝土填充情况，如有空隙应及时采用振捣棒体外加震方法解决。灌注完成后用超声波探查管内混凝土密实度。不符合规范要求的压浆处理方案应根据检测部位和脱空情况进行针对性的另行编制。

压注完成后的钢管内混凝土饱满、密实，钢管混凝土脱空率不大于0.6%或脱空高度小于5mm。在浇筑7d 后、28d 前进行超声波检测，选取拱脚、拱顶、1/4跨和3/4 跨等主要断面，每个断面对称检测8 点，每个点不少于3 次。

现场试验人员按规范留置混凝土标养和同养试块，压注下管时同养试块应多留几组，以便确定拱肋混凝土强度增长情况。

6 应用效果

累计施工钢管补偿收缩自密实混凝土308m，顺利完成了钢管拱桥的灌注施工。施工完毕后，经现场检测，钢管内混凝土应填充饱满、密实，混凝土与钢管黏结良好。

7 结语

钢管补偿收缩自密实混凝土是一种高性能的混凝土，兼有普通混凝土的抗压强度和自密实混凝土的自密实性；同时由于内部没有钢筋，降低了混凝土的自重，节省了工程造价。

相对于传统混凝土制备技术，钢管补偿收缩自密实混凝土可显著降低钢管自密实混凝土离析、泌水风险，大幅提升混凝土稳定性能、可泵性能和抗脱空性能，有效保障了现场钢管拱桥混凝土的施工质量。

通过钢管补偿收缩自密实混凝土在莱荣高铁跨S209 省道特大桥上的施工实践，对钢管补偿收缩自密实混凝土有了深层次的了解，为在新工程中的应用积累了认识和经验。