大截面桥梁立柱自密实混凝土侧压力理论计算与试验数据分析

宋炜卿 （上海建工七建集团有限公司，上海200000）

1 工程概况

罗蕴河大桥主墩立柱为哑铃型单柱钢筋混凝土结构，柱截面为2.5m×7.5m且四直角为250mm直倒角，墩柱高度8.147m，混凝土理论方量为234.2m3。如图1所示。结构设计考虑抗震的因素，纵横向水平箍筋的叠加再加上拉钩的布置，使得短边方向的水平钢筋在整个立面布置几乎密布，如采用普通混凝土施工很难确保施工质量。因此确定采用自密实混凝土，利用自密实混凝土良好的流动性和填充性，降低混凝土浇筑难度和确保混凝土施工质量。

图1 主墩立柱平面几何尺寸示意图

2 自密实混凝土对模板侧压力测试的目的

由于根据《自密实混凝土应用技术规程》（CECS 203：2006）自密实混凝土侧压力的计算依据是根据流体力学进行考虑。按此理论计算，则混凝土构件侧压力与构件高度成正比。但是笔者认为，无论采用何种混凝土，其侧压力仅与混凝土初凝速度及浇筑施工速度有关，因此进行本次侧压力试验的主要目的有两点，即确保罗蕴河大桥主墩立柱的混凝土浇筑质量和验证柱模板设计的合理性，并积累相关数据为今后的自密实混凝土施工提供指导。

3 模板设计

考虑到经济性和可实施性，罗蕴河大桥主墩立柱定型钢模板的设计按2倍的普通混凝土的侧压力取值。

根据《建筑施工计算手册》，新浇混凝土作用于模板的最大侧压力，按下列公式计算，并取其中的较小值:

其中新浇混凝土的初凝时间4.0h；混凝土的浇筑速度取1.5m/h；模板计算高度，取8.20m；外加剂影响修正系数，取1.2；混凝土坍落度影响修正系数，取1.15。

根据公式（1）计算出F=35.7kN/m2

根据公式（2）计算出F=196.8kN/m2

根据规范取两者的较小值，即新浇混凝土对模板的侧压力为F=35.7kN/m2，

按两倍的侧压力计算取：F=71.4kN/m2，同时考虑振捣、倾倒混凝土产生的荷载分别为4.0kN/m2与2.0kN/m2。理论计算出作用与模板的最大侧压力为：F=77.4kN/m2

根据计算结果确定立柱一次性浇筑模板体系：面板为6mm钢板；模板竖楞为[8号槽钢，间距0.3m；长边方向围檩为双拼[22槽钢，间距0.6m；短边方向围檩为双拼[28槽钢，间距0.6m；长边方向设置2道对拉螺栓，对拉螺栓为φ25圆钢，间距0.6m；短边方向中间设置1道对拉螺栓，对拉螺栓为φ25圆钢，间距0.6m；斜角对拉螺栓采用JL25精轧螺纹钢。如图2所示。

图2 模板设计平面图

4 侧压力测试方案

现浇混凝土侧压力测试的主要设备是压力盒，压力盒采用标准双膜结构，体内充填不含气体的专用介质，测试精度高。

图3 压力盒及609频率读数仪

压力盒选定一根高度差不多高的立柱进行自密实浇筑侧压力测试，压力盒布置在立柱短边侧面，侧面沿立柱高度方向埋深2层，共计6个。压力盒布置示意如图4所示。

5 现场测试及结果分析

5.1 现场测试

立柱混凝土采用汽车泵浇筑，串筒下料，混凝土自2012年6月18日下午15：45开始浇筑，至20:20结束，历时4小时35分钟。立柱混凝土平均浇筑速度为1.8m/h。

通过对混凝土现场测试，其坍落扩展度平均值为650mm，初凝时间为3小时。

图4 压力盒布置示意图

5.2 测试结果

根据测试结果，混凝土的侧向压力主要与混凝土的浇筑速度和高度有关，具体测试数据如图5、图6、图7。

图5 0.3m高处侧压力值与时间关系曲线图

图6 2.3m高处侧压力值与时间关系曲线图

图7 4.3m高处侧压力值与时间关系曲线图

5.3 结果分析

1）混凝土浇筑过程中，模板的侧压力变化与浇筑高度近似线性变化。当混凝土浇筑到顶部时，底部混凝土基本初凝，其对模板的侧压力迅速降低。看出混凝土对模板的侧压力与入模速度、和单位时间内的浇筑高度密切相关。

2）自密实混凝土对模板的最大侧压力非液体压力，钢筋的阻挡和混凝土黏聚性的物理特性削弱了混凝土的流动性，从而降低了对模板的侧压力。

3）根据上述数据分析，自密实混凝土对模板的最大侧压力在立柱高度的约1/3处，与普通混凝土有类似之处。

6 分析比较

通过对自密实混凝土模板侧压力的测试，模板侧压力最大值平均为：58.2kN/m2，根据当时浇筑的工况和混凝土的特性计算理论侧压力，新浇混凝土作用于模板的最大侧压力，按下列公式计算，并取其中的较小值:

其中新浇混凝土的初凝时间3.0h；混凝土的浇筑速度取1.8m/h；模板计算高度，取8.20m；外加剂影响修正系数，取1.2；混凝土坍落度影响修正系数，取1.15。

根据公式（3）计算出F=29.3kN/m2

根据公式（4）计算出F=196.8kN/m2

根据规范取两者的较小值，即新浇混凝土对模板的侧压力为F=29.3kN/m2，同时考虑振捣、倾倒混凝土产生的荷载分别为4.0kN/m2与2.0kN/m2。理论计算出作用与模板的最大侧压力为：F=35.3kN/m2

即实测值为理论计算值的1.65倍左右。

7 结论

通过此次自密实混凝土对模板侧压力的现场测试，并分析试验数据后，得出主要的结论是：自密实混凝土的侧压力大于普通混凝土，约为1.65倍。原因是自密实混凝土的流动性较大，构件钢筋对混凝土的流动性约束减弱。另外自密实混凝土对模板的侧压力与浇筑速度和初凝时间有关，无需按流体力学进行计算。

最后，笔者还有下列体会和建议：

1）自密实混凝土对模板的侧压力取值宜为普通混凝土的1.7-1.8倍，并综合考虑施工现场工况条件，掌握好混凝土的初凝时间。

2）自密实混凝土有良好的流动性，因此模板设计中应加强对模板拼缝部位的节点处理，防止漏浆。

[1]自密实混凝土应用技术规程

[2]自密实混凝土模板侧压力测试方法研究 张嘉新 高小建 王子龙 朱卫中