高強(qiáng)度微膨脹混凝土在大跨度鋼管混凝土拱橋中的應(yīng)用

摘　要:介紹高強(qiáng)度微膨脹混凝土,在大跨度鋼管混凝土拱橋中的配合比設(shè)計(jì)要求及泵送施工工藝、質(zhì)量控制等問題。

關(guān)鍵詞:鐵路橋; 高強(qiáng)度微膨脹混凝土; 大跨度拱橋; 配合比;泵送

中圖分類號(hào):U448122　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

文章編號(hào): 1004 2954 (2006) 05 0049 02

1　工程概況

　　贛龍鐵路吊鐘巖特大橋位于福建省龍巖市新羅區(qū)大池鎮(zhèn)境內(nèi),橫跨南水河及319國道,兩端緊鄰吊鐘巖隧道和黃巖隧道,其中心施工里程DK251 + 355．53。橋跨設(shè)計(jì)為1 24 m后張梁+ 1 32 m后張梁+ 1140 m拱橋+ 9 32 m后張梁,全長510．36 m,橋高79m。主跨設(shè)計(jì)為上承式鋼筋混凝土拱橋,拱肋為勁性鋼骨架X形提籃拱,勁性鋼骨架由8根<377 mm鋼管和角鋼通過節(jié)點(diǎn)板焊接而成。在骨架轉(zhuǎn)體就位,完成焊接工作后成無鉸拱式桁架結(jié)構(gòu),為提高其承載能力,在上、下弦鋼管內(nèi)灌注C55高強(qiáng)度微膨脹混凝土。

2　鋼管高強(qiáng)度微膨脹混凝土配合比的確定

2．1　配合比設(shè)計(jì)要求

　　吊鐘巖特大橋鋼管混凝土設(shè)計(jì)為C55 高強(qiáng)度微膨脹混凝土,施工采用兩側(cè)同時(shí)泵送頂升壓注,必須控制混凝土硬化收縮膨脹量,保證鋼管內(nèi)混凝土與鋼管密貼,發(fā)揮鋼管混凝土復(fù)合體的整體效應(yīng)?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C55,試配強(qiáng)度為64MPa。鋼管混凝土應(yīng)具有良好的工作性,要求其坍落度160～180 mm,為保證混凝土拌和物良好可泵性和混凝土質(zhì)量均勻性,混凝土1 h時(shí)相對(duì)壓力泌水率S10小于20%?；炷恋奈⑴蛎浡士刂圃?4～8) ×10- 5內(nèi),保證混凝土與鋼管的密貼。

2．2　材料的選用

　　(1)水泥:普通5215級(jí)水泥。

　　(2)粉煤灰: Ⅱ級(jí)磨細(xì)灰,其細(xì)度為15．1% ,燒失量為3．1% ,取代水泥10%～20%。

　　(3)細(xì)骨料:采用河砂,細(xì)度模數(shù)為3．3～3．5,其余指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　(4)粗骨料:采用人工級(jí)配的碎石,母材石質(zhì)為花崗巖,飽水抗壓強(qiáng)度為140MPa,最大粒徑為25mm,表面形狀良好,粉末含量小于0．1%。

　　(5)減水劑: FS G緩凝高效減水劑,減水率為20%～25%,混凝土緩凝時(shí)間4～6 h。

　　(6)混凝土膨脹劑:UEA型膨脹劑,推薦摻量為水泥質(zhì)量的6%～10%。

2．3　配合比(表1 )

表1 　試配試驗(yàn)材料用量

3　泵送高強(qiáng)度微膨脹混凝土的施工工藝

3．1　工藝流程

　　泵送高強(qiáng)度微膨脹混凝土的施工工藝流程為:安設(shè)泵送插管、拱頂排氣(漿)孔→人工澆筑插管以下區(qū)段→壓注水清洗濕潤鋼管→壓注高強(qiáng)度砂漿→壓注鋼管內(nèi)高強(qiáng)度微膨脹混凝土→關(guān)閉插管穩(wěn)壓→拆除輸送管完成泵送。

　　泵送插管設(shè)在離拱腳位置2．5 m左右,與鋼管成30°傾角焊接連接。插管以下位置的鋼管采用人工澆筑用插入式振搗密實(shí)?；炷猎诠绊斘恢糜酶舭宸珠_,只在頂部設(shè)排(氣)漿口一個(gè),直徑為<15 cm。泵送過程應(yīng)連續(xù)完成,待鋼管內(nèi)水及砂漿完全排出后,在臨時(shí)插管上開口打入<14 mm鋼筋堵住鋼管內(nèi)混凝土,并穩(wěn)壓一定時(shí)間,才拆除輸送管,進(jìn)行其余鋼管混凝土的泵送。

3．2　高強(qiáng)度微膨脹混凝土泵機(jī)選型

　　全部8根主弦鋼管內(nèi)泵送混凝土數(shù)量123．5 m3 ,且分4批進(jìn)行泵送,對(duì)泵機(jī)排量無要求。根據(jù)受力要求,泵送時(shí),選取2臺(tái)泵車在兩岸對(duì)稱泵送。為減少設(shè)備,采用一級(jí)泵送,泵機(jī)布置靠近在兩側(cè)拱座位置,依靠展線布置至拱腳臨時(shí)插管處與鋼管連接。根據(jù)管道布置,其換算水平布管長度為460 m,為此,考慮采用單位現(xiàn)有的2臺(tái)高壓地泵(楚天TB 60型) ,其理論輸出壓力10MPa。

3．3　管徑選擇及混凝土泵送管道布置

　　鋼管內(nèi)徑377 mm,其管壁側(cè)面開孔設(shè)臨時(shí)插管時(shí),考慮其截面不宜太大,以免破壞骨架的受力性能,實(shí)際選擇的臨時(shí)插管內(nèi)徑為125 mm,與泵機(jī)輸送管內(nèi)徑相同。由于頂升灌注混凝土,管出口壓力較大,臨時(shí)插管需與主弦鋼管開孔焊接,與混凝土輸送管采用泵機(jī)專用卡相連。布管時(shí)盡量沿地面布管,架空時(shí)需注意支架的穩(wěn)定,以防堵管時(shí)抖動(dòng)失穩(wěn)。管道下行布置時(shí),應(yīng)水平與垂直交錯(cuò)安排,連接時(shí),盡量避免使用90°彎管,而代之以45°彎管。陽光直接爆曬管道部位利用濕草袋等遮蓋輸送管,防止管內(nèi)混凝土坍落度損失,造成堵管現(xiàn)象。

3．4　灌注高強(qiáng)度微膨脹混凝土方法

　　泵送時(shí),先連接管道,管接頭應(yīng)嚴(yán)密,不得漏漿、漏水。利用混凝土泵泵水或利用水管由拱頂排氣口注水,使管內(nèi)濕潤,泵送時(shí),保持前段管內(nèi)存有水柱,隨混凝土泵送前進(jìn),不斷濕潤各段管道。注水完成后,泵送1∶3水泥砂漿至拱腳位置,確保其進(jìn)入骨架弦桿內(nèi)。泵送微膨脹混凝土,頂推水柱及水泥砂漿從拱頂排氣(漿)口排出。排出時(shí)應(yīng)放慢泵送速度,每次泵一下,停一下,最后階段人工配合插搗,至完全排出、擠出混凝土為止。

　　插入<14 mm鋼筋,拆掉輸送管,清洗。準(zhǔn)備下根鋼管灌注。待24 h后,氣焊割除臨時(shí)插管,用原孔壁鋼板,封焊割除孔及排氣孔后,再利用δ= 5 mm鋼板圍焊加固。全部鋼管灌注完后,利用人工敲擊檢查是否存在空洞,如有則局部鉆孔壓漿處理。

3．5　泵送要點(diǎn)

　　確保泵送不堵管的關(guān)鍵是控制好混凝土坍落度,坍落度宜保持在160～180 mm。泵送前,有關(guān)的機(jī)械設(shè)備應(yīng)全面檢修,以確保連續(xù)泵送。砂、石料應(yīng)取樣抽檢,合格后方可投入使用,拌制過程中,應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)量,攪拌時(shí)間不少于2min。泵送暫停時(shí),為防止混凝土假凝堵管,每隔2～3min應(yīng)抽動(dòng)一下泵的活塞。應(yīng)確保插管插好混凝土后,拆除輸送管,以防止回流。

4　鋼管高強(qiáng)度微膨脹混凝土灌注時(shí)骨架應(yīng)力及變形

　　鋼管高強(qiáng)度微膨脹混凝土灌注時(shí)對(duì)骨架進(jìn)行應(yīng)力及變形監(jiān)測,鋼骨架高程控制點(diǎn)見圖1。勁性鋼骨架在灌注鋼管混凝土階段變形及應(yīng)力值不大,應(yīng)力最大值發(fā)生在1 /2截面下弦桿處,為36164MPa,豎向位移最大值在跨中,為2．6 cm,高程與應(yīng)力的變化趨勢吻合較好(高程變化見表2) ,同一斷面各弦桿應(yīng)力較平均;各平衡體系之間的應(yīng)力變化證明了該階段施工安全具有充分保證。

5　施工質(zhì)量控制

　　高強(qiáng)度混凝土的坍落度損失較快,施工時(shí)采用較大攪拌能力的機(jī)械設(shè)備,盡量縮短混凝土的運(yùn)輸停置時(shí)間,混凝土的攪拌到澆筑完畢宜控制在1 h內(nèi)完成,同時(shí)選擇氣溫在15～25 ℃時(shí)施工,吊鐘巖特大橋鋼管混凝土施工時(shí)間為9月,氣溫較高,在施工中對(duì)混凝土原材料、混凝土輸送設(shè)備和鋼管采取了降溫處理。鋼管高強(qiáng)度微膨脹混凝土質(zhì)量檢查主要通過敲擊聽音法和超聲波檢查法。敲擊聽音法通過敲擊聲音的變化,可以檢查出灌注混凝土與鋼管內(nèi)壁間的空隙,精確度可達(dá)到1～2 mm。這是目前最常用的方法,但其準(zhǔn)確性不夠理想。超聲波檢測的主要目的是檢查管內(nèi)

　　混凝土是否均勻、混凝土與鋼管是否密貼、管內(nèi)混凝土是否存在空洞和冷接縫以及強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了能對(duì)鋼管混凝土質(zhì)量作出正確的評(píng)價(jià),超聲檢測布點(diǎn)采用隨機(jī)抽樣布點(diǎn),要求做到具有代表性,具有一定數(shù)量可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)可能產(chǎn)生缺陷的部位,如拱頂應(yīng)適當(dāng)增加測點(diǎn),同時(shí),對(duì)在泵送混凝土澆筑中出現(xiàn)堵管的管道進(jìn)行重點(diǎn)探測。

　　通過監(jiān)測監(jiān)控,該橋施工的高強(qiáng)度微膨脹混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定目標(biāo),鋼管混凝土檢測結(jié)果表明主弦鋼管混凝土質(zhì)量全部合格。

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