自密实微膨胀钢管混凝土在大跨中承式拱桥中的应用.pdf

2l 6 四川建筑科学研究 S i e hu a n Bu i l d i n g Sc i e n c e 第 3 7卷第 5期 2 0 1 1 年 l O月 自密实微膨胀钢管混凝土在大跨中承式拱桥中的应用 朱红兵 ， 黄传胜 ( 1 武汉科技大学城市建设学院， 湖北 武汉4 3 0 0 7 0 ； 2 江西中昌工程咨询监理有限公司，江西 南昌3 3 0 0 0 9 ) 摘要 ： 介绍了自密实微膨胀钢管混凝土的试配过程， 对混凝土拌合物的流动性能、 力学性能和变形特点进行了试验测定 ， 设 计了满足施工要求的钢管混凝土配合比。采用泵压的方法， 将该配比自密实微膨胀钢管混凝土成功地应用在某中承式钢管 混凝土拱桥中。现场施工情况表明， 该混凝土具有可泵性好、 坍落度损失低、 高强、 早强、 自密实等性能。 关键词 ： 自密实微膨胀混凝土； 钢管混凝土拱桥； 配合比； 泵压施工 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 52 1 6 0 3 S e l f - c o mp a c t i n g a n d t i n y e x p a n d i n g s t e e l t u b e c o nc r e t e u s i n g i n l a r g e s pa n b r i ag e s ZHU Ho n g b i n g ， HUANG Ch u a n s h e n g ( 1 C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， Wu h a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0， C h i n a ； 2 J i a n g x i Z h o n g c h a n g C o n s t r u c t i o n Wo r k s C o n s u l t i n g a n d S u p e r v i s i o n C o ， L t d ， N anc h a n g 3 3 0 0 0 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e x p e ri me n t a l s t u d i e s o n s e l f - c o mp a c t i n g a n d t i n y e x p a n d i n g c o n e e t e fi l l e d i n s t e e l t u b e a r e i n t r o d u c e d w h i c h i n c l u d i n g t h e me a s u r e me n t o f l o w a b i l i t y o f mi x t u r e s ， t h e p r o p o r t i o n i n g o f t h e c o n c r e t e fi l l e d i n s t e e l t ub e T h e s e l f - c o mp a c t i n g a n d t i n y e x p a n d i n g s t e e l t u b e c o n c r e t e h a s b e e n a p p l i e d i n fl l a r g e s p a n b ri d g e s t ruc t u r e T h e s t a t e o f c o n s t r u c t i o n s h o ws t h a t t h e c o n c r e t e h a v e a g o o d p u mp a b i l i ty， a s ma l l l o s s o f s l u mp ， a h i g h s t r e n g t h e a r l y s t ren gth a n d a b e t t e r s e lf - c o mp a c t i n g p r o p e r t y Ke y wo r d s： s e l f - c o mp a c t i n g a n d t i n y e x p a n d i n g c o n c r e t e ； c o n c r e t e fi ll e d i n s t e e l t u b e b ri d g e s ； p u mp c o n s t r u c t i o n 0 引 言 梁的拱肋 。 自密实高性能混凝土是在较低水胶 比条件下 ， 通过复合高效外加剂， 合理使用粉煤灰等活性掺合 料 ， 优化混凝土集料 的级配而配制 出的比一般高流 态混凝土的流动性更好 ， 具备更 良好 的流动性和抵 抗分离能力的新型材料。自密实混凝土在施工中仅 靠 自重就能填充到复杂模型 的各个角落 ， 具有均匀 自密实成型性能 ， 同时， 硬化后具有优 良的力学性能 和耐久性 能。 自密实混凝土为改 善和解决过 密配 筋 、 薄壁 、 复杂形体等振捣困难的工程施工条件带来 了极大方便。 将 自密实微膨胀混凝土技术 与钢管混凝土技术 结合起来 ， 对方便钢 管混凝 土 的施 工、 确保工 程质 量 、 降低工程成本 ， 具有重要 的意义 。由于钢管混凝 土具有承载力高、 塑性和抗震性能好、 经济效果显著 及施工方便等突出优点 ， 非 常适合用作拱式体系桥 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -0 3 1 5 作者 简介 ： 朱红 兵( 1 9 7 7一) ， 勇 ， 安徽 太湖 人 ， 工 学硕 士， 副教授 ， 主 要从事道路及桥 梁工程研究 。 基金项 目： 湖j E 省教育厅科学研究项 目( Q 2 o o 9 1 1 1 9 ) ； 武汉科 技大学 绿色制造与节能减排中心开放基金项 目( B 0 9 2 8 ) E m a i l ： h n h y z h b 1 6 3 c o m 1 工程概况及对混凝土的要求 某中承式钢管混凝土拱桥全长 6 0 6 m， 结构为 刚性拱柔性系杆结构 ， 主跨每榀钢管拱肋 断面采用 4根 + 9 0 0 mm钢管组成空间桁架结构 ， 拱肋 高 4 6 m， 拱肋宽 2 6 m， 每根钢管 内每隔 1 m设有一加强 肋板， 4根主钢管通过横向缀条、 隔板和腹杆连接， 并在 2缀条间和钢管内都灌注 5 0号微膨胀混凝土。 钢管内的混凝土采用泵送 ( 一泵到顶 ) ， 施工时采用 两侧对称泵送连续 由下 向上顶推 的顶升施工技术 ， 最大泵送高度约 5 4 m 。 结合大桥 的现场施工条件 ， 根据设计要求 ， 参照 其他钢管混凝 土拱桥对混凝 土的要求 ， 确定混凝 土 配制要求如下： 1 ) 混凝土设计强度等级为 C 5 0 ， 施工 配制强度为6 0 M P a ； 2 ) 混凝土必须具备早强性能， 3 d 混凝土达到设计强度的 8 0 以上； 3 ) 混凝土应具 有较好的缓凝性 ， 初凝时间不小于 1 2 h ； 4 ) 泌水率 低 、 流动度高 ， 便于混凝土 自动扩展填充 ， 在泵送顶 升的全过程中混凝土始终保持 良好的可泵性 ； 5 ) 出 料时， 坍落度不小于2 3 0 c m， 进入弦管时( 出料后 3 h ) ， 不小于 2 1 0 c m； 6 ) 混凝土具有收缩补偿性 ， 其微 2 0 1 1 N o 5 朱红兵 ， 等： 自密实微膨胀钢管混凝土在大跨中承式拱桥中的应用 2 1 7 膨胀率能基本补偿收缩率 引。 2 自密实微膨胀钢管混凝土配制 2 1 原材料 水泥采用 P 0 5 2 5级水泥。砂采用 区级配 中粗河砂 ， 细度模数为 2 6 ， 其松散堆积密度是 1 6 1 0 k g m 。 ， 紧密堆 积密度 1 7 8 5 k g m ， 表观密 度 2 5 7 5 k g m ， 含泥量为 1 3 ， 泥块含量为 0 3 ， 属 类 砂， 有机物含量合格 。碎石采用 52 5 m r n连续级 配， 其 松散 堆 积密度 1 5 0 0 k g m ，紧 密堆 积密 度 1 71 5 kg m。 ，表观密度 2 7 1 0 k g m ， 含泥量为 0 7 ， 泥块含量为 0 2 ， 片状颗粒含量 5 ， 压碎指标 1 3 ， 属 类 石。外加剂 采用 J M S C C复合 型外加 剂。采用天然河水 。 2 2 试验方法 混凝土配合 比设计参照 J G J 5 52 0 0 0 普 通混 凝土配合比设计规程 、 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 混凝土外 表 1 施工配比主要参数及拌合物流动性能 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n a n d mi x S fl u i d i t y 加剂应用技术规范 进行 ， 混凝 土工作性 能和力学 性能依据 C B T 5 0 0 6 9 2 0 o 2 普通混凝土力学性能 试验方法 进行 。 2 3试配 依照有关经验 和现 有材料 ， 先 试配 1 0组混凝 土 ， 然后 ， 根据试配结果调整配合 比。试配试验研究 了水灰 比、 砂率和外加剂含量 的变化对混凝 土性能 的影响。分别对试配的混凝土拌合物工作性能和混 凝土的力学性能进行了一系列试验。为了满足大桥 钢管混凝土拱结构设计和施工的要求 ， 在上述 1 O组 配合比中， 从经济性和工作性等各方面来看， 其中一 组的配比最能满足要求， 但是从力学性能来看， 又是 另一组最能满足施工要求 。 2 4 施工配合比及性能特点 根据实际情况 ， 决定调整外加剂中减水剂和保 塑剂等成分的比例， 并适当调整配合比， 对此配合比 ( 表 1 )进行了进一步的试验研究 。 从表 1 分析， 第 2 组混凝土拌合物具有很高的 流动性， 且具有良 好的保水性和粘聚性， 坍落度经时 损失很小， 能较好地满足钢管混凝土拱的泵送施工 ， 推荐使用 。 力学性能试验结果见表 2 。各龄期 3组的强度 均能满足要求， 其中， 第2组立方体标准试件3 d 抗 压强度能达到设计强度的 8 7 8 ， 7 d能达到设计 强度的 1 0 6 4 ， 2 8 d达到设计强度的 1 2 4 4 ， 混 凝土后期强度增长稳定。结合表 1 混凝土拌合物 的 工作性能， 推 荐使用第 2组 作 为现场施 工 时的配 合 比。 表 2 施工配比混凝土的基本力学性能 Ta bl e 2 Bas i c m e c h an i c s pe rfo r manc e i n d i f f e r e n t mi x pr op or t i o n 编 县 皇查堡垫垦 塑里 ! ! 弹性模量 l 2 3 4 6 8 4 3 9 4 2 1 5 7 2 5 3 2 5 4 6 6 3 8 4 3 0 6 2 2 4 2 8 6 O 1 4 0 1 2 5 最终施工配合比 最终配合比见表 3 。 表3 最终施工配合比 Ta bl e 3 M i x pr opo r t i o n i n fina l l y e on s t r ue t i o n 堑 垒 壁 互 垫 型 些 里 用量 ( k g m )1 6 5 4 7 0 7 7 9 9 5 1 7 0 0 3 5 4 5 质量配合 比0 3 5 1 1 6 6 2 0 2 0 1 5 3 钢管混凝土泵压工艺 3 1 钢管混凝土泵压工艺原理 】 钢管拱泵压混凝土， 即以钢管作为外模板， 进行 混凝土的浇筑 ， 最终形成钢管一混凝土结构共 同受 力。由于钢管对混凝土的约束作用( 套箍力) ， 其承 载力是钢管与混凝 土两者 承载力 之和的 1 2倍 以 上 。因此 ， 泵压混凝土的质量直接影响结构 的受力 安全。 本次泵压钢管混凝土 ， 采用“ 一泵到顶、 多点导 入” 的泵压工艺， 即在钢管拱两个拱脚同时泵压混 凝土， 混凝土由下 向上顶升充 满钢管 ， 在拱顶会合 ， 并由拱顶的增压排浆管排出砂浆及杂物， 直至出现 新鲜混凝土。 为了避免施工 中拱脚泵入点压力过大 ， 在主拱 1 3矢高及 2 3矢高处对称设置第二级和第 三级泵 入点 。一旦拱脚泵人点泵送压力超过 1 6 MP a ( 设备 最高出口压力) ， 立即通过备用泵管将拱脚泵入点 转移至第二级或第三 级泵人点处 ， 继续泵压 ， 直至 结束 。 3 2泵 压 混凝土 设备 配备 3台泵送设 备。每个拱脚配备一 台， 并有 一 台备用。一旦施工过程发生机械故障， 即刻进行 2 l 8 四川建筑科学研究 第 3 7卷 设备更换 。3台输送泵型号为 H B T 8 5 E， 理论输送量 8 5 m h ， 最大 出口压力 1 6 MP a ， 功率 1 6 1 k W， 扬程 2 5 0 m。 混凝土拌合设备为双卧轴搅拌站， 每小时拌制 混凝土 1 8 0 m 。混凝土输送罐车共 8辆 ， 每次输送 ? 昆 凝土 1 0 m ， 均可满足施工要求。 3 3泵压混凝土工艺 3 3 1 施 工 准备 1 ) 钢管 拱横 桥方 向上、 下游 各设 置 2道缆 风 绳， 精确调整拱轴线至设计位置， 锁死缆风绳， 防止 泵压混凝土过程 中由于不平衡受力导致拱发生横 向 位移。 2 ) 在每根钢管 3 级泵人点处水平焊接进料导 管， 导管上带有截止阀防止混凝土倒流。将拱脚处 进料导管与地面输送泵连接。 3 ) 在主拱上每 1 2 m左右切割一直径 1 2 m m的 排气孔 ， 并在上面焊接螺母并拧上螺杆。在拱顶处 焊接一个直径 1 5 0 m m， 高 2 0 m增压排浆管。 3 3 2混凝土泵ff - ) N 序 钢管拱主拱肋上 、 下游泵 压顺序如 图 1所示 。 先泵压下游下弦缀板混凝土 ， 再泵压下游下弦钢管， 接着泵压上游下弦缀板 ， 然后压 注上游下弦钢 管。 最后 ， 依次泵压下游上弦和上游上弦。 上弦管 下缀板 ( a ) 上游拱肋 ( a ) 下游拱肋 图 1混凝土泵压顺序 F i g 1 Pu m p i n g o r d e r o f e o n c r e l e 3 3 3缀 板混 凝 土的 泵压 由于缀板在拱脚处被拱上系杆箱隔开 ， 因此 ， 系 杆箱下部 6 m范围缀板利用输送泵压注混凝 土， 然 后 ， 使用附着振动器将混凝土振捣密实。 系杆箱以上部分采用直接泵压 。为了防止缀板 鼓胀变形 ， 当混凝土面超过第二级泵人点 2 In时 ， 拱 脚泵人点停止泵送。将输送泵导管接长 ， 与第二级 泵入点连接牢 固， 继续泵压混凝 土。待混凝土面超 过第 3级泵人点 2 m时， 再次将输送泵导管接长至 第 3级泵入点继续泵压 ， 直 至混凝土从拱顶增压排 浆流出 ， 完成缀板混凝土的泵压 。 3 3 4钢管混凝土的泵压 钢管混凝 土泵压流程为： 安装泵压设备一 打开 截止阀一拧开排气孔螺栓一泵送砂浆一泵压混凝土 一增压管排浆一关 闭闸板一拆除泵管一冲洗钢管拱 表面。 开始泵压混凝土时 ， 先泵压 2 i n 同标号 砂浆 ， 用 以密封泵管接缝和润滑管壁 ， 减少混凝土与钢管 之间摩阻力 ， 使混凝土顺利顶升。砂浆泵送完成后 ， 即连续压注 C 5 0微膨胀缓凝混凝土。压注过程中， 保持缓慢、 均匀、 对称的原则。随时用锤击法了解混 凝土面的高程， 并随时调整两个拱脚的泵压速度。 使两端混凝土面高差保持在 1 m范围以内。在混凝 土面到达排气孔位 置后 ， 待空气排完 ， 水 泥浆 冒出 时， 拧上螺栓 ， 直至混凝土到达拱顶。在混凝土接近 拱顶时， 严格控制两侧泵压速度。防止一侧 混凝 土 倒流至另一侧， 造成另一侧混凝土中夹杂砂浆及杂 物， 影响泵压质量 。待砂浆全部排出增压排浆管后 ， 两侧输送泵同时停顿 35 mi n 。再泵送混凝土 ， 如 此反复 3次 ， 完成钢管混凝土泵压。 钢管混凝土泵压采用从拱脚一次泵送到顶的工 艺 ， 中途不考虑更换泵人点。第二级和第三级泵人 点作为备用。只有在 出现管 内阻力过大、 混凝土流 动性降低等特殊情况导致的输送泵出口压力超过设 备最大出口压力时， 才考虑将拱脚泵入点更换 至第 二级或第 3级泵入点进行泵压。 4 结 语 由于自密实微膨胀钢管混凝土经过 了严格的试 配优选、 施工配比阶段力学和施工性能测试 ， 同时在 压注施工过程 中， 严格控制混凝土搅拌质量 ， 认真维 修保养泵送设备， 精心组织现场施工， 自密实微膨胀 钢管混凝土这种新型材料在该桥的应用中取得了成 功， 其配制及施工经验可以为其他同类型桥梁借鉴。 参 考 文 献 ： 1 罗素蓉， 王国杰， 王雪芳， 等 自密实混凝土在钢管混凝土拱桥 中的应用 J 铁道科学与工程学报， 2 0 0 4 ( 2 ) 2 陈宝春 钢管混凝土拱桥设计与施工 M 北京 ： 人民交通出 版社 ， 1 9 9 9 3 赵筠自密实混凝土的研究和应用 J 混凝土 ， 2 0 0 3 (6) 4 蔡少怀 钢管混凝土结构 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 3 5 王朝华， 张金灵 南 昌生米大桥工程建设管理与技术创新 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 9 6 叶梅新， 唐习龙， 肖 佳 自 密实钢管混凝土的设计及应用研 究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 6 ( 2 ) 7 王远锋 大型钢管混 凝土拱 桥泵送混凝 土配合 比设 计 j 水 利水 电快报 ， 2 0 0 2， 2 3 ( 4 ) 8 丁庆军 龙潭河大桥钢管混凝土配合 比设计与施工 J 建筑 材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4 ( 3 ) 9 J T J T 1 0 1 9 9 5混凝土泵输送施工技术规范 s