自密实砼在钢‐混结合梁中的施工与应用

2018-06-01王祥

四川水泥 2018年5期

王祥

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川成都 610071）

0 前言

宜宾南溪长江大桥主桥为280m+572m+189m双塔混合梁斜拉桥。主桥结构型式为双塔、双索面、密索体系，主跨跨径为572m，两岸边跨分别为280m和189m，北岸为辅助通航孔区，南岸边跨布置三个辅助墩，主桥全长 1041m。桥塔采用钻石形塔，塔高182.8m，上塔柱为单箱双室等截面，中下塔柱均为单箱单室变截面，桥塔基础为承台+桩基础。

主梁在桥梁长度方向的不同位置采用了钢－混组合梁和混凝土梁的结构形式，其中组合梁为双工字形钢主梁与混凝土桥面板结合的形式、混凝土主梁为π形截面形式。组合梁与混凝土主梁采用钢一混凝土过渡段连接，位置在南岸中跨近塔处。钢混结合段包括钢主梁钢混结合段以及小纵梁钢混结合段。工字钢梁过渡至双腹板的工字钢梁构造，再过渡至单箱单室构造。总体思路为将开口工字梁在结合部渐变过渡至箱形封闭式钢箱断面后，深入混凝土梁段进行传力锚固。结合部采用了钢格室+开口板连接件+焊钉+纵向预应力的梁肋全截面连接承压传剪的总体结构形式，这种钢混结合段结构设计新颖。南溪长江大桥主梁采用了这种多尺度变刚度的方法实现从工字形组合梁向混凝土梁过渡的设计理念科学合理，但是对施工提出了较大的挑战，如何使得施工质量保证结构安全平稳传力需要进一步仔细研究。

南溪长江公路大桥的主梁钢混结合段采用了新型的结构形式，其施工方法与常规的钢混结合段有较大的不同，一方面是钢结构的加工制作在不同截面变处有不同的要求，另一方面混凝土浇筑的工艺与方法在不同的截面变化处也有不同的要求，特别是多种形式的箱室中如何保证混凝土有效充实到每个角落比以往的结构要求更高。如何对新型钢混结合段进行施工，并使得施工更便捷、质量更容易保证值得仔细研究。

1 部分钢混结合段施工工艺总结

钢混结合段为混合梁斜拉桥主梁的关键部位，对大桥的安全性、可靠性和耐久性非常重要。由于钢格室是一个封闭的箱型结构，浇筑空间狭窄，并且在钢格室内一般会有较多的开孔板、剪力钉等连接件，再加上现有的设计一般都利用预应力把钢梁与混凝土梁连接起来，必然会导致混凝土浇筑和振捣困难，容易产生混凝土与钢格室之间脱空等现象；同时目前普遍采用的混凝土等级较高，由于操作空间狭窄，钢格室内混凝土一般很难进行养生，容易产生较强的收缩徐变现象，从而导致混凝土与钢格室之间不密贴。如果混凝土浇筑质量较差，则容易导致混凝土出现空洞等病害，不利于结构承载及耐久，会对大桥顺利施工安全运营带来一定影响。为了配合南溪长江公路大桥混凝土梁的施工，确定大桥施工质量与安全，对国内外研究和应用现状进行总结，确定钢混结合段施工工艺的合理性和科学性，从而指导钢混结合段的设计及施工。

鄂东长江公路大桥针对钢混结合段专门进行了施工工艺及混凝土配比试验。试验所用混凝土选用高性能自密实钢纤维混凝土和大流态微膨胀聚丙纤维混凝土两种方案。试验模型分两批浇筑，每批2个试验模型，先浇筑第一组（不振捣），切割检查完填充效果后，再根据需要浇筑另外一组（振捣），然后将两组试验结果进行对比。然后实验结果表明：两种方案混凝土工作性能满足施工要求，力学性能也得到了较好的保证。通过将第一组试验模型钢格室顶板揭开，发现除气孔较多以外，混凝土表面平整，未发现与钢格室脱粘现象；揭开第二组模型顶板以后，发现混凝土仍然存在气孔较多且直接较第一组大的现象，分析原因主要是混凝土排气孔设置较少，在振捣过程中下层混凝土气泡上浮，但无法及时排除；切割两组模型发现混凝土在钢格室内填充效果较好，对PBL键包裹密实，未出现收缩裂缝[1][2]。该桥现场施工工艺试验验证了钢混结合段设计的合理性以及混凝土的工作性能和力学性能，同时也发现了设计中有待改进的问题，对指导后续类似桥梁钢混结合段的设计和施工具有重要意义。

荆岳长江公路大桥施工项目部为了保障该桥钢－混结合段的密实浇筑，防止结合段混凝土在施工和使用阶段脱粘与开裂，提出钢混结合段混凝土的设计重点是：①采用大流态、易于灌注的自密实混凝土；②收缩小，利于钢箱梁与混凝土箱梁的结合；③刚度大、韧性好、疲劳强度高，保证钢箱梁与混凝土箱梁间的力学匹配。通过采用高效聚羧酸外加剂以及优质粉煤灰来改善混凝土的工作性能，适量掺加膨胀剂来补偿混凝土的收缩，同时利用纤维来改进混凝土的弹性模量和力学性能。并设计 9种混凝土配合比进行混凝土的工作性能及力学性能比较，最终选定出最优混凝土配比。为了验证混凝土在实际工况下的性能，荆岳长江公路大桥建设指挥部在现场浇筑1:0.5的钢混结合段模型，通过试验研究，从工作性能、力学性能、体积稳定性能等方面考虑采用前述比选出的最优配合比浇筑钢隔室。从现场模型试验来看，混凝土浇筑情况良好，能够有效的保证钢混结合段的整体性[3]。荆岳长江公路大桥钢混结合段现场工艺试验验证了混凝土的性能、钢混结合段构造的合理性，对于后续设计及施工提供了经验。

黄凯健、李国芬[4]等针对国内某桥梁钢混结合段进行模型浇筑试验。现场采用1m×1m×1m的配筋试模箱进行浇注模拟实验，内部配筋率与现场施工的钢箱梁内部配筋率相同。混凝土浇注时分别采用振捣和不振捣两种方式成型，分析不同浇注工艺对混凝土性能影响。试模成型后养护3d，进行切割后观察混凝土内部密实情况及钢纤维分布情况，同时采用回弹仪测量不同浇注方式的混凝土试件强度情况。结果表明：与稍加振捣的试件相比，不加振捣的自密实钢纤维混凝土内部结构更密实，钢纤维分布均匀，其原因主要是振捣棒的局部振捣会引起钢纤维的团聚，反而影响其在混凝土中的分散性能。未振捣与振捣试件 3d的强度分别为46.6MPa和45.8MPa，相同混凝土标准试件室内养护7d的抗压强度分别为57.6MPa和54.3MPa。

除了以上针对混合梁斜拉桥进行了主梁钢混结合段的施工工艺试验以外，还有部分针对斜拉桥桥塔钢混结合段[5]、剪力墙[6]的施工工艺试验也具有借鉴意义。