杨俊东

（中铁二十三局集团第四工程有限公司 四川成都 610091）

1 引言

钢管拱结构合理运用钢管抗弯和砼抗压的力学特性，具有跨度大、造型轻巧美观、用钢量较钢结构桥大幅减少、后期维护量小等优点。钢管砼采取从拱脚到拱顶高压泵送施工，要求砼具有高强度、高流动性、自密实、微膨胀等综合性能。砼原材料质量、配合比设计、拌制生产、运输组织、泵送施工全过程任一环节出现问题，都可能导致钢管拱砼浇筑失败，从而造成经济损失和工期延误。

2 工程概况

深茂铁路跨阳茂高速特大桥为全线控制性工程，全长1 260.06 m，钢管拱主跨布置（76＋160＋76）m，为预应力砼连续梁与钢管砼拱组合结构（见图1）。160 m连续梁主跨设下承式钢管系杆拱，矢跨比1／5，设计矢高32.0 m，轴线为二次抛物线。拱肋采用等高度哑铃型截面（见图2），截面高度3 m，宽1 m，上下弦管直径为1.0 m，壁厚16 mm，上下弦管中心距2.0 m，中间通过16 mm钢腹板连接，材料为Q345qD钢，上下弦管和腹板空腔内浇筑C55微膨胀砼。左、右幅拱肋间共布置9道横撑，水平距离15 m。横撑采用空间桁架撑，横撑钢管内部不填充砼。

图1 阳茂特大桥

图2 拱肋断面（单位：mm）

3 自密实钢管砼配合比设计

（1）设计及规范要求

拱肋C55微膨胀砼必须进行材料试验，确定其具有低泡、大流动性、收缩补偿、延后初凝和早强的工作性能。相关规范对自密实砼要求见表1[1－5]。

表1 相关规范对自密实砼配合比和性能指标要求对比

（2）钢管拱砼配合比设计特点及难点

钢管拱砼要求同时具备高强度、微膨胀收缩补偿和良好的工作性能。存在的困难：掺加膨胀剂会造成钢管拱砼坍落度、扩展度损失大；普通自密实砼要求砂率高、含气量高，而钢管砼要求砂率适中（砂率过高时，收缩徐变较大），实现低含气量下砼具有优良的自密实、高保塑工作特性。已完成的部分大跨钢管拱桥砼设计配合比对比见表2[6]。

表2 部分钢管拱桥自密实砼配合比对比

（3）配合比初步设计

项目选用钢管拱砼原材料检测指标见表3。

表3 钢管拱砼原材料检测指标

实验室初选C55钢管拱砼配合比见表4，实测砼性能见表5。各项指标符合铁路相关规范要求。

表4 钢管拱C55砼配合比（初选）

表5 初选钢管拱C55自密实砼实测性能指标

4 试灌钢管砼及失败原因分析

在正式灌注施工前，按设计要求组织模拟灌注：采用1根直径500 cm、高33 m的钢管，接头采用橡胶密封圈加高强螺栓连结，利用36 m高墩身沿高度方向每2 m预埋铁件固定钢管，模拟钢管拱砼施工工况。经计算砼输送泵压最大9 MPa，选用1台ZLJ5130THBE型车载砼泵（泵送低／高压：9／14 MPa）满足要求。从钢管底部进料，顶升浇筑。在浇筑高度到22.2 m时，因故停泵，灌注失败。灌注过程见表6，停泵原因见图3。

表6 钢管拱砼试灌过程记录

图3 试灌停泵原因示意

出现堵管、停泵原因分析：

（1）砼泵送设备：油泵阀门老化漏油，泵压不足，造成第一次堵管。

（2）清管发现泵管中有1颗石块直径约72 mm，砼泵料斗网格大未能筛除大粒径碎石，造成第二次堵管。

（3）砼和易性差，配合比存在缺陷；从砼开盘到停泵无法泵送，全过程约3.25 h；根据铁路自密实砼相关要求计算配合比，每方砼碎石掺量1 092 kg，碎石体积0.401 m3，远大于JGJ／T 283和CECS 203规定的最大值0.35 m3；砂体积0.235 m3，砂浆中砂的体积分数为0.392，小于JGJ／T 283要求的0.42～0.45；粗骨料多、砂浆少，砼易出现离析、泌水。

（4）初选砼配合比中胶凝材料总掺量545 kg／m3，掺水量仅150 kg／m3，低于 CECS 203—2006 要求（155～180 kg／m3），造成初配砼对高性能减水剂的高度依赖，按砼初选配合比试拌，发现砼工作性能对掺水量极敏感：掺水量增加3.3%，砼出现离析；掺水减少1.3%，砼粘稠度太大，坍落度、扩展度达不到要求。

（5）拌和站存料仓中砂和碎石含水量变化大，面层1.5 m以上较干燥，含水率1% ～3%；1.5 m以下底部集料含水量高达6%～9%。

综上，砼拌制质量不稳定，已泵送入管的砼在钢管内因离析作用，粗骨料下沉堆积，浆液上浮，钢管砼从底部顶升，无法在已灌注砼全高度范围形成栓流，而是靠砼泵的压力顶升整个钢管内已灌注的砼，当最大泵压与管内砼自重压力平衡时，将无法泵入，这是第一次灌注停泵的关键原因。

5 优化砼配合比

根据钢管拱自密实砼相关技术规范，对初选配合比进行优化：砂和碎石总质量不变，适当提高砂率，让砼有更好的和易性和扩展度；胶凝材料总用量不变，去掉矿粉（矿粉需水量大，对减水剂依赖度高），增加水泥、粉煤灰掺量，掺加适量硅灰提高砼的和易性和流动性[7－9]。硅灰各项指标检测情况见表7。

表7 硅灰检测指标

C55自密实砼配合比优化前后对比见表8。优化后单方砼粗骨料体积0.361 m3、砂体积0.272 m3、水泥浆体总体积0.367 m3。除粗骨料体积稍高于相关规范推荐值（不宜大于0.35 m3）外，其他指标均符合要求。优化配合比后实测砼工作性能指标和7 d强度均满足设计及规范要求（见表9），经试拌，掺水量较设计增加10%，砼未出现离析，砼工作性能稳定。

表8 C55钢管拱砼配合比优化前后对比

表9 优化后C55钢管拱自密实砼性能实测指标

6 钢管拱砼灌注施工技术

6．1 钢管拱砼灌注方案

阳茂特大桥单侧拱肋钢管砼数量：上弦管123.6 m3；下弦管 121.4 m3；一级缀板砼 45.5 m3；二级缀板砼75.4 m3。

为优化钢管拱灌注工期，经设计单位对砼浇筑时钢管拱受力和变形进行验算，同意钢管拱两幅四根拱肋在第一盘砼初凝前一次性灌注完成的方案；待钢管拱砼强度达到90%后，再灌注缀板砼。钢管拱肋上下弦管仅在拱顶设置一处隔舱板，采取一级顶升泵送方案；缀板设三道隔舱板，采取两级泵送。

6．2 钢管拱砼浇筑顺序

弦管浇筑方案：5台ZLJ5130THBE型车载砼泵（1台备用）分别从弦管的两个拱脚同时泵送砼，先浇筑上弦管，再浇筑下弦管。灌注顺序：左幅上弦管→右幅上弦管→左幅下弦管→右幅下弦管。每根拱肋弦管砼灌注时间按3 h计（1根弦管灌注快到顶时，另一根弦管提前打水、打水泥浆润管，前1根弦管拱顶排气孔出水出浆，另两台泵立即开始下1根弦管砼灌注），预计耗时13 h，见图4。

图4 钢管拱自密实砼顶升示意

缀板灌注顺序：左幅一级缀板→右幅一级缀板→左幅二级缀板→右幅二级缀板。缀板砼灌注预计耗时共12 h。

6．3 钢管砼灌注工艺

钢管拱砼灌注工艺流程：设备就位接泵管、装截止阀→试泵（检查泵压和泵管水密承压情况）→泵水洗管→泵水泥砂浆润管→两端对称、匀速、连续泵送自密实砼→排气管依次排出水、水泥浆和砼→排气管排出合格砼（停顿1～3 min再泵2～3下，反复两次，确保拱顶砼充填饱满密实）→停泵，泵入口打入倒流截止阀，用乙炔烤干泵入接口管内砼→拆除并清洗泵机、泵管。

6．4 钢管砼灌注技术控制要点

（1）灌注前，先泵送水和水泥砂浆润管。水的作用是清洗管壁浮灰，使干燥的钢管壁吸水湿润；水泥砂浆作用是提前润滑管壁，减小自密实砼与管壁间的摩阻。顶升灌注钢管拱砼过程中，由于水和水泥砂浆密度较自密实砼轻，故一直在砼上部随管内砼上升，最后从拱顶预留的排气排浆孔排出[10]。

（2）“连续、低压、慢送”是保证自密实钢管砼“栓流”不被破坏的关键。砼罐车数量要保证砼的连续供应。

（3）拱顶排气排浆口的设置对钢管拱砼的灌注质量和桥下公路行车安全、环水保都有重大影响。排气排浆口采取在拱顶开孔焊接直径125 mm的导管弯头，并搭架从拱顶接导管到桥面，再引至桥下泥浆池。导管采用钢管，既保证钢管砼灌注过程中排气通畅（消防软管下垂太长，不易排气，易在钢管内形成高压气体，造成管内砼灌注困难），也避免砼高空坠落冲击破坏软管，危及桥面作业人员和桥下行车安全[11－12]。

7 结束语

选用经优化后的钢管拱自密实砼配合比，第一次弦管灌注共耗时约12.7 h，6 d后弦管砼强度达到90%；灌注缀板砼共耗时9.6 h，钢管砼按计划顺利完工。经超声波检测，阳茂特大桥钢管拱内砼密实、饱满无脱空，质量优良。