沪昆高铁北盘江特大桥C80自密实钢管混凝土的应用

金巧珍 李 严

江苏省无锡交通高等职业技术学校（214151）

1 工程概况

沪昆高铁北盘江特大桥位于贵州西南部光照水电站下游1.2 km处，大桥跨越北盘江，两岸地势陡峭，地形变化急剧，起伏很大，桥面至河谷深达300 m。桥梁中点里程为DK881+943.0，桥梁全长:721.25 m。主桥采用445 m上承式钢筋混凝土拱桥，引桥及拱上孔跨布置为:1-32m简支箱梁+2-65 m、预应力混凝土T构+4-42m、预应力混凝土连续梁+4-42 m、预应力混凝土连续梁+2-65 m、预应力混凝土T构+2-40 m、预应力混凝土T构。

主桥钢筋混凝土拱圈设计为C80自密实钢管混凝土劲性骨架+外包C60钢筋混凝土，截面型式为矩形三箱结构。主桥拱圈拱轴线采用悬链线，成桥后拱圈拱顶挠度60 cm。设置预拱度后，对拱轴线形进行二次拟合，拟合之后，跨度445 m，矢高100.6 m，拱轴系数m=1.612。拱圈劲性骨架由上、下游桁架拱肋及其之间的横向联接系构成，主弦管采用φ750×24 mm、材质为Q370QqC钢管。全桥共有钢管拱肋8根，管内设计采用C80微膨胀自密实混凝土填充。上弦管轴线长511.84 m，每根弦管需混凝土197.98 m3，下弦管轴线长499.48 m，每根弦管需混凝土193.20 m3，全桥共需C80微膨胀自密实混凝土1 564.72 m3。待钢管拱劲性骨架悬拼完成后，解除扣拉索约束，对这8根拱肋在裸拱状态下灌注C80混凝土，采用泵送顶升施工。

2 C80自密实钢管混凝土配合比的设计

2.1 混凝土的技术要求

根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》《铁路混凝土工程施工质量验收标准》规定和设计图要求，施工时采用泵送施工，泵管直径125 mm，泵送高度260 m，配合比依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）、《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ 283—2012）设计，拟定如下主要技术要求:

新拌混凝土填充性能:坍落扩展度为SF1等级，要求值550～655 mm；扩展时间T500为VS1等级，要求值≥2 s；混凝土易泵性能:坍落度220～250 mm，倒坍落度筒流空时间3～17 s[1]，压力泌水率BV≤40%，2 h坍落度损失值≤20 mm，混凝土初凝时间10～12 h。

力学性能28 d配制强度≥92 MPa，3 d抗压强度≥56 MPa，28 d混凝土弹性模量≥38.0 GPa。

补偿收缩性14 d水中养护限制膨胀率在2.0×10-4～4.0×10-4，28 d 空气中干缩率≤3.0×10-4。

2.2 配合比设计思路

C80自密实钢管混凝土的配制应兼顾其高强、易泵、自密实三大特性，制定如下技术线路:①选择的外加剂不仅应具有高减水率、缓凝适宜、保坍效果良好，还应具备在低水胶比、高胶凝材料用量下能降低混凝土黏度的性能，以满足易泵性要求；②选用高标号水泥，掺加增强效应明显的掺和料，如硅灰、矿粉等，以满足高强混凝土配制要求；③理论配合比设计采用 《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ 283—2012）原则，能更好满足混凝土的自密实性能；④粗骨料最大粒径小于20 mm，母材强度≥120 MPa，细骨料采用级配良好、洁净的Ⅱ区河砂；⑤钢管混凝土有补偿收缩性要求，应掺适量膨胀剂。

2.3 配合比设计

2.3.1 原材料的选用

工程选用的原材料品种及规格如下。

水泥:贵阳海螺盘江水泥有限公司P·O52.5水泥，物理力学性能符合《普通硅酸盐水泥》（GB 175—2007）要求，碱含量为0.53%。

硅灰:贵州某厂产品，性能符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GBT 18736—2002）要求，二氧化硅含量为90.1%，28 d胶砂活性指数达96%。

矿粉:水城县某新型建材有限公司S95级磨细矿渣，产品性能符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB 18046—2008）要求，比表面积439 m2/kg，28 d胶砂活性指数达101%。

膨胀剂:重庆某厂高效膨胀剂，质量符合《混凝土膨胀剂》（GB 23439—2009）要求。

粗骨料:南砚山县平远镇水城村石场，由5～10 mm与10～20 mm两级配合而成，母材岩石抗压强度为134 MPa。

细骨料:湖南岳阳区Ⅱ河砂，含泥量小于2.0%。

减水剂:有三家建材科技股份有限公司产品供选，其质量均符合 《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）要求。

拌和用水:北盘江水，符合《混凝土用水》（JGJ 63—2006）、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2010）要求。

2.3.2 配合比的试配

配合比依据 《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ 283—2012）进行设计，C80自密实钢管混凝土配合比经多种试配，最后确定见表1。

表1 复现性试拌结果

表1的数据验证了目标配合比PBC80-2各项性能稳定性，可以作为本工程C80自密实钢管混凝土配合比。

3 C80劲性骨架钢管拱肋混凝土泵送顶升施工

3.1 混凝土泵送顶升施工方案

顶升施工依据对称与均衡加载的原则进行，即以拱顶为对称线两半跨对称加载，以桥轴线为对称线左右幅拱肋交替加载。主拱肋钢管混凝土要求单管对称泵送灌注，严格控制泵送量，使两侧管内混凝土填充长度差不大于10 m，并在混凝土初凝时间内完成整根管的顶升灌注。待管内混凝土达到设计强度的80%后，再进行下次灌注。两岸拱脚处各设一灌注孔，在1/4跨度处设备用接力灌注孔，尽可能一次性灌注至拱顶）。拱顶设置隔仓板，隔仓板两边钢管顶部各设一个出浆管。

3.2 混凝土泵送顶升施工效果

从2014年4月2日开始至2014年4月20日结束，历时18 d便顺利完成了全桥8支钢管肋C80自密实混混凝土的泵送顶升施工。施工时严格控制混凝土入泵的工作性能，坍落扩展度＜600 mm，倒坍落度筒流空时间＞12 s时不入泵机，很好地保证了混凝土泵送性能。每支管内混凝土都是一次性由拱脚顺利顶升到达拱顶，出浆口仅有少量稀浆排出，混凝土抗离析性能良好。没有启用备用灌注孔，这比以往的类似工程要顺畅，提高了施工效率，单支拱肋灌注时间最少的为5 h，最长的为10 h，平均为6.5 h。

3.3 钢管混凝土实体质量

混凝土28 d标准抗压强度检测评定结果见表2。混凝土3 d同条件养护早期抗压强度在56.5～62.8 MPa，14 d水中养护限制膨胀率平均为2.92×10-4，28 d静力弹性模量平均为41.7 GMPa。

表2 混凝土28 d标准抗压强度统计

混凝土施工14 d后，对混凝土与钢管的密实情况进行检查。检查方法以超声波无损检测为主，锤击敲打为辅。检查结果发现:8支拱肋仅在跨中3～5 m范围内弧顶处钢管与混凝土均存在1～3 mm的脱黏空隙，拱肋的侧面、底面均与混凝土保持密贴。通过钻孔压环氧树脂净浆的办法来填补1～3 mm的脱黏空隙。

4 结语

随着混凝土技术的不断进步，高强高性能混凝土将会更多地使用于桥梁建设中。本工程采用C80自密实混凝土泵送顶升工艺灌注钢管劲性骨架就是一个例证。混凝土经一级泵输送至150 m高度，入二级泵，再经二级泵一次性顶升入长达256 m垂直高度100.6 m钢管内，充分体现了混凝土优良的工作性能，是本桥施工的一大亮点。

高强高性能混凝土胶凝材料用量多，细粉含量高，拌和物大多较普通混凝土黏稠，因而评价其可泵性不能仅从工作性（坍落度或扩展度、压力泌水率）测试判断，还应考查混凝土黏稠程度。本工程引入倒坍落度筒流空时间来反映混凝土的黏度，收到了良好的效果。本方法操作性强，简单实用。