G4216仁沐高速犍为岷江特大桥457.6m钢管混凝土拱桥砼配合比设计及施工关键技术

张维福

（四川路桥华东建设有限责任公司， 四川 双流 610041）

1 工程概述

1.1 工程概述

G4216 仁沐高速犍为岷江特大桥457.6m 钢管混凝土拱桥（以下简称：岷江特大桥钢管拱桥）位于犍为县县城下游，采用中承式钢管混凝土拱桥，拱桥长457.6 m，主跨400 m，该拱桥桥位呈E～W 向展布，与岷江正交。

图1 拱桥总体效果图

1.2 主要构造设计

1.2.1 主拱圈设计

主孔跨度457.6m 中承式钢管混凝土拱桥，拱顶截面径向高7.0m，拱脚截面径向高13.0m，净跨径为400.0m，矢跨比为1/4，拱轴系数为1.45。肋宽为4.0m，拱肋中距为30.6m。每肋为上、下各两根φ1320×22（26、30、36）mm 弦管，通过横联钢管φ762×16mm 和竖向两根腹杆φ660×12（16、22）mm 钢管连接而构成。

1.2.2 拱肋横隔

吊杆间距为16m，拱上立柱和肋间横梁间距15m。

1.2.3 肋间横撑

拱肋中距为30.6m。桥面以上的拱肋之间，吊杆处间隔设置竖向“I”型钢管桁架横撑，上弦平面设置“△”形钢管横撑。桥面以下的拱脚段设置径向“I”钢管混凝土桁架横撑，“I”型撑之间上弦平面内设置“K”形斜撑联结。

1.2.4 吊杆

1.2.5 桥面梁

桥面梁由两道主纵梁（吊杆处）、三道次纵梁、吊杆处主横梁、主横梁间设置的三道次横梁组成格子桥面梁；纵横梁均采用“工”形截面。格子梁上桥面板采用钢—混凝土组合结构，桥面板标准厚度为20cm，桥面板承托处厚度为28cm。

1.2.6 拱座与基础

（1）犍为岸拱座。犍为岸采用分离式重力型拱座，拱座基础采用分离式扩大基础，其纵向放坡成梯型结构，基础尺寸为35m（顺桥向）×11m（横桥向）。

图2 仁寿岸拱座设计图

图3 沐川岸拱座设计图

（2）沐川岸拱座。沐川岸采用分离式重力型拱座，顶部宽7m，底部宽10m，拱座基础为整体式扩大基础， 50m（顺桥向）×50.6m（横桥向） ，基础底面须置于稳定的、完整的弱风化基岩上。

2 拱座大体积砼配合比设计及浇筑

2.1 工程概况。

沐川岸基础采用C30 混凝土、拱座采用C40 混凝土，仁寿岸基础及拱座均采用C30 混凝土，均为大体积混凝土。

2.2 砼配合比设计

大体积混凝土配合比制定在满足相应的力学性能的同时需兼顾抗裂性能，配制原则如下：

（1）采用新型胶材体系，降低水泥用量以降低水化热。在满足混凝土工作性和强度条件下，最大限度地减少胶凝材料用量及浆体率，这是提高混凝土体积稳定性和抗裂性的一条重要措施。

（2）选择适宜的水胶比，控制最大用水量。将拌和水最大用量作为控制混凝土耐久性的重要指标，比控制最大水胶比更为有利。

（3）采用矿物掺和料与高效减水剂双掺

矿物掺和料与高效减水剂的叠加效应可达到减少水泥用量和用水量、密实混凝土内部结构的目的，使混凝土强度、耐久性得以改善。

（4）优化后的配合比

大体积混凝土配合比（kg/m3）

2.3 大体积混凝土质量控制重点

常规的质量控制方法不再赘述，针对本项目的具体情况总结如下质量控制点。

（1）水泥、粉煤灰温度控制。本项目水泥、粉煤灰生产受多种外部环境影响，供应量锐减，为抢占资源，运至现场的胶材不可避免的存在温度超标，在大体积混凝土浇筑前，测定水泥、粉煤灰温度，水泥温度≤60℃、粉煤灰温度≤40℃后才能拌合。

（2）优化砼布料方式。混凝土宜采用整体式水平分层连续浇筑。混凝土浇筑时，由四周往中心布料，边部可采用天泵布料杆布料、紧靠模板，并加强边角处振捣，保证混凝土较好的匀质性和密实性，以避免胶凝材料浆体发生过长距离流动并堆积在拱座四周而产生较大温度应力及收缩应力而增大混凝土侧面和边角开裂风险。

（3）优化分层浇筑厚度，加快浇筑速度。大体积混凝土的分层浇筑厚度可控制在30cm～50cm 范围。

（4）大体积砼采取内降外覆的养护方式。外部覆盖采用薄膜+土工布覆盖，内部通水根据埋设的温控原件测试的温度确定。

3 钢管砼的配合比设计及灌注施工

3.1 针对项目的施工特点分析

（1)管内混凝土分布在上下弦管、立柱、吊杆横联、立柱横梁、横梁、铰轴等部位，各部位结构不同，浇筑方式也有所差异，需根据具体每种钢管的结构确定灌注方式。

（2)弦管单根管内混凝土方量大，要求一次泵送完成。

（3)管内C60 为高性能混凝土，配合比设计技术要求高，管内混凝土质量控制难度大。

3.2 砼配合比设计

（1）结合已成功施工的桥梁先例，参照类似高强混凝土应用的先例，项目部展开了混凝土的配合比、泵送性能等各项试验。

（2）钢管混凝土配合比的设计要求。

①混凝土要满足设计及规范强度要求（C60)；

②通过在混凝土中加入适量的膨胀剂，以使混凝土达到收缩补偿的目的；

③拌和料的塌落度要求为180～250mm，同时也要保证混凝土在大塌落度状态下的和易性，防止离析；

④初时间为大于10h，并且灌注过程中塌落度的损失要小。

⑤混凝土具有一定的早强性能。

⑥为保证混凝土凝固后的内部质量，防止开裂，要求混凝土水化热的峰值低、峰期长。

（3）C60 经过反复验证最终采用的配合比

C60混凝土配合比

3.3 砼灌注工艺

管内混凝土采用输送泵泵送顶升、真空辅助法灌注。灌注自拱脚向拱顶，按设计的横桥向灌注顺序和纵桥向“三级接力灌注法”进行。

图4 三级泵送划分段落图

3.4 砼灌注工艺试验

本项目灌注工艺试验做了三次，通过三次的经验总结，验证了砼配比的泵送性能、锻炼了队伍、积累了经验。

3.4.1 试验钢管现场布置

根据试验目的和研究内容，为模拟实桥第三级主拱钢管（直径Φ1.32m）的泵送阻力和管内混凝土灌注状态，综合考虑现场试验条件，本次试验采用 3 根试验钢管，针对不同的试验工况开展试验。

图5 试验钢管布置图

3.4.2 试验总结成果

①钢管砼灌注是一个系统性工作，需要前场及后场的联系畅通，需要各相关部门的全力配合，不能疏忽任何一个细节；

②做好各项准备工作，砼灌注前，应确保砼拌合楼的拌和能力、砼罐车的运输能力，保证主拱管内砼的连续供应；

③尽可能保证材料的稳定，尤其是砂石材料，含水量变化太大需要反复调整配合比，不利于砼的连续浇筑；

④砼拌合时，砂、石、粉料、外加剂的投放顺序和计量应确保准确；

⑤砼罐车安排专人监督罐车内的积水和废渣排除，在输送砼期间不得用水冲洗罐车内部；

⑥泵送压力应安排专人记录，有助于提前预判堵管。

3.4.3 钢管砼灌注控制要点

①输送管管径选择及布置。灌注混凝土时选用内径φ150mm，外径φ168的高压泵管。输送管与拱肋交角越小，则泵送的阻力越小，对钢管的冲击力越小，要求与主弦管夹角不大于45°。输送管转向处弯头应尽量采用45°弯头。

②主弦管上下游共计8 根，砼灌注后要既要保证80%的强度，又要满足工期要求对8 根钢管砼的灌注顺序进行了优化。

图6 钢管砼灌注顺序图

③预埋在拱座砼内的钢管在安装拱肋首节段前完成管内砼浇筑，若待拱肋安装完成后最后灌注，存在管内清洗的垃圾全部沉积在预埋管位置不易清除的问题。

④每一车砼在后前场均要进行坍落度及扩展度的检测，不满足要求的一律不准使用。

⑤进出浆口的合理布置。进出浆口的布置位置直接关系管内砼的连续性及密实程度，经过多方案比选，最终确定单侧布置4 处进出浆口：第一级布置一个进浆口、第二级的进浆口兼作第一级的出浆口、第三极的进浆口兼作第二级的出浆口、最后一处为第三级的出浆口。

⑥润滑管壁首先打清水，紧接着打水泥净浆，打水泥净浆避免了砂浆长时间易沉底的弊端。

4 结语

得益于对大体积混凝土及内管混凝土配合比工作的高度重视，混凝土施工进展较为顺利。

（1）拱座大体积混凝土的质量控制所涉及的人机料法环须按技术要求严格控制，采用“内通外覆”的养护方式需根据监测的内部温度确定开始通水的时间，分层浇筑上下层浇筑的时间间隔不超过7 天；

（2）钢管内管混凝土的质量控制程序甚为严格，不容半点疏忽，不仅要做好配合比，还需留足够的时间进行工艺验证，确保砼（灌）浇筑顺利进行，除管内混凝土的基本要求外，需着重优化钢管预埋段混凝土的灌注时间、进出浆口的设置位置等，这对管内混凝土的成功灌注都将起着至关重要的作用；

随着交通路网不断延伸，钢管混凝土拱桥的跨径也在不断增加，对混凝土工程的要求将会越来越高，希望犍为岷江特大桥在混凝土方面所做的探索能对钢管混凝土拱桥的混凝土技术的进步提供有益的参考！