1 工程概况

　　郑万高铁汉江特大桥主桥采用(109+220+109)m连续刚构-拱桥，主拱计算跨度220m，拱轴线为二次抛物线，长243.5m，设计矢高44m，矢跨比为1/5(见图1a)。主拱为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面(见图1b)，截面高3.4m，拱肋横向间距12m。拱肋钢管直径1.2m，由24/28mm厚钢板卷制而成，上、下钢管采用16/20mm厚钢板连接。拱肋上、下钢管和腹板为浇筑C50自密实补偿收缩混凝土，共1 379.1m³。相邻拱肋间设置11道横撑，横撑钢管内不填充混凝土。

　　拱肋拱座预埋段混凝土与拱脚混凝土一次浇筑成型，拱座以外混凝土采用泵送顶升施工，上、下钢管混凝土采用一级泵送，腹板混凝土采用三级泵送，依次泵送上钢管、下钢管、腹板混凝土，其中单根上、下钢管混凝土泵送量分别为240,233.85m³，腹板混凝土泵送量分别为54.9,64,70.2m³。

　　图1 主拱及拱肋截面 

　　2 施工方案

　　由于本工程混凝土泵送量大、耗时长、高度大、所需压力大，易出现堵管和脱空现象，因此，对混凝土性能、泵送工艺和施工组织的要求较高。混凝土顶升时须充分考虑坍落度损失、泵送暂停时间、泵送设备配置等因素的影响，合理确定压注口、排气孔、排浆孔布置和压注顺序等，严格控制混凝土坍落度、扩展度、和易性和含气量等参数，并合理布置机械，保证混凝土连续、快速泵送，减小施工中断带来的影响。

　　由于主墩均位于水中，且两侧引桥不具备通车条件，根据拱肋设计和现场施工特点，在2个主墩平台分别配置1台臂长46m的汽车泵，在桥面拱座处配置1台HBTS60-13-90型卧式混凝土输送泵，从两端拱脚开始，对称均衡地泵送混凝土至拱顶。为避免2根钢管内混凝土同步施工造成压注时间过长，使混凝土性能下降，增加堵管风险，采用单管连续泵送施工，单管最长压注时间约4.5h。压注过程中应监控拱肋位移和应力，要求其满足规范及设计要求。

　　3 施工控制关键点

　　3.1 混凝土配制

　　本工程要求混凝土坍落度大、坍落度损失小、强度高、和易性好，且不泌水、不离析，同时为充分发挥钢管的套箍作用，要求混凝土收缩率小，主要通过掺加具有减水、补偿收缩、缓凝和坍落度保持作用的高效外加剂和膨胀剂满足上述要求。

　　1)原材料

　　严格控制原材料质量，特别是砂石料级配、含泥量等。检查合格的不同批次材料须分仓堆放，按使用消耗计划进行试拌试验，微调施工配合比。本工程采用具有良好保水性的P·O42.5普通硅酸盐水泥，使混凝土在泵送过程中不易泌水;采用烧失量为3.86%、细度为9.1%的F类Ⅰ级粉煤灰;采用粒径5～10mm的单级配碎石，检验粗集料级配、含泥量、压碎指标和针片状含量等是否满足规范要求;采用细度模数为2.8的天然中砂，检验细集料级配、含泥量、轻物质含量和云母含量等是否满足规范要求;采用优质高效专用复合外加剂，试拌后与水泥适应性良好，通过配合比验证外加剂质量稳定性。

　　2)混凝土配合比

　　使用高效复合外加剂减小水灰比，以满足混凝土强度要求，延长初凝时间(>20h)，并使混凝土具有良好的坍落度保持性能，利于顶升。试配后的混凝土配合比为:水泥∶细集料∶粗集料∶水∶粉煤灰∶高效减水剂∶膨胀剂为415kg/m³∶700kg/m³∶1 051kg/m³∶154kg/m³∶80kg/m³∶6.93kg/m³∶40kg/m³。混凝土坍落度、扩展度和强度均与水胶比有关，合理的水胶比是保证混凝土工作性能的关键，根据配合比设计试验结果，取水胶比为0.31。砂率对混凝土工作性能的影响较大，适宜的砂率能提高混凝土流动性能，改善和易性，本工程配合比下的砂率达40%。

　　3)混凝土性能参数

　　混凝土拌制性能参数的确定须充分考虑运输时间、二次泵送损失、泵送时间和施工温度等因素的影响。由于现场采用接力泵送的方式，须严格控制混凝土拌制质量，应在桥面拖车式泵车料斗内严格检查混凝土坍落度、扩展度、扩展时间(T500)等流动性指标及整体和易性指标。坍落度控制为220～240mm,T500控制为7～8s，流动度>650mm，须保证混凝土静置5min后仍具有良好的包裹性。结合多次试拌试验结果，为保证混凝土长时间泵送顺利，在不离析、不沉底的基础上，宜使混凝土具有更高的流动性。

　　除上述性能外，还须控制混凝土初凝时间和坍落度损失，由于左、右幅连续泵送时间>10h，因此，将混凝土初凝时间控制为>20h，调整缓凝剂中坍落度保持成分，使新拌混凝土3h无坍落度损失、5h坍落度损失<2cm，保证长时间泵送时混凝土流动性损失小，泵送压力不发生异常升高现象。

　　3.2 压注口和排浆孔设置

　　尽量减小拱座处拖车式泵车接管长度，并减少弯头数量。压注口泵管与拱轴线夹角应<45°(见图2)，夹角越小，泵送阻力越小，对钢管的冲击力越小。泵管与混凝土截止阀相连，伸入拱肋的长度<2cm，外留长度宜≤30cm。腹板混凝土进行第2,3次泵送时，泵管沿拱肋检修梯铺设至压注口，接管时应禁止使用转角<90°的泵管弯头。

　　图2 压注口示意  

　　排浆孔设置于距压注室顶隔板1m处，使用125mm泵管接高2m以上，排除管内空气及浮浆，确保混凝土密实度。排浆孔可不伸入拱肋，不设置截止阀，其构造如图3所示。

　　图3 排浆孔构造示意  

　　由于压注口压力较大，要求管口与拱肋间焊缝厚度须满足最大泵送压力下的受力要求，所有泵管及配件须使用高压管，泵管接头抱箍须对正拧紧，并焊接具有足够刚度的支架，防止受高压泵送时冲击振动的影响。

　　3.3 泵送设备配置

　　由于拱顶排浆管高于桥面约48m，桥面拱座处布置的卧式混凝土输送泵应选择泵送压力大、速度快和状态稳定的新型高压泵，主要考虑出口压力须满足混凝土顶升要求。

　　混凝土泵送时需考虑输送管路使用状态、施工现场温(湿)度等因素对泵送阻力的影响。混凝土在管路内壁产生摩擦，摩擦面积越大，即管路越长，混凝土所受流动阻力越大，所需泵送压力越大。泵送压力在泵送出口处最大，至管路末端降为0。

　　经计算知输送泵最大出口压力为12.5MPa，满足施工要求，泵车油压系统显示腹板顶升油压为18～22MPa，换算成出口压力为7.03～8.59MPa。

　　3.4 施工准备

　　1)为避免管内混凝土由于高温导致坍落度损失过快，造成堵塞，应在温度较低时进行泵送，或采取措施降低钢管温度。

　　2)计算每次泵送混凝土体积，料仓备料须大于单次泵送混凝土体积理论计算值的1.2倍。制定材料消耗计划，并试拌、调试出合格的混凝土。混凝土浇筑过程中应保持材料批次不变，避免因更换原材料引起供应中断。

　　3)桥面拱脚处卧式混凝土输送泵、水上平台汽车泵、泵管和截止阀全部安装并检查，两侧主墩备用设备进场。工作人员到位，保持通讯畅通。

　　3.5 泵送控制要点

　　1)前后场准备工作完成后，两侧拌合站开始拌制混凝土。混凝土浇筑前期须进行性能试验，满足施工要求并稳定后进行视觉检查和试验抽查。

　　2)为防止润管水回流至拱脚后与混凝土混合，降低管内混凝土强度，不能使用普通水进行润管。因此，先拌制用于润管的2m³C55高强度补偿收缩砂浆。

　　3)混凝土到场后须先加速反转2min，然后放料进行和易性与流动性检查，不合格的混凝土禁止放入汽车泵。两侧主墩平台润管砂浆和混凝土检查合格后，同时浇筑混凝土。

　　4)根据混凝土拌制速度合理调整泵送速度，尽量避免施工中断，降低堵管风险。前期泵送压力小、速度快，应适当减小泵送速度，避免出现泵车等料现象;后期泵送压力大、速度慢，应适当减小拌制速度，避免使混凝土等待时间过长，增加坍落度损失。施工人员互相协调，保证卧式混凝土输送泵内混凝土≥2/3斗。如果泵送过程中混凝土供应意外暂停，应每隔2～3min泵送2～3次，防止混凝土因假凝而堵管。

　　5)混凝土进入料斗后，须在桥面检查混凝土铲料，查看经等待及泵送产生坍落度损失后的混凝土性能是否符合使用要求。每车混凝土铲料单独放置，用于检查后期坍落度和流动性损失。

　　6)两侧主墩混凝土浇筑体积应均衡，半车混凝土体积相差≤5m³，相差较大时，泵送速度快的一侧应从拌料、运输等方面进行调整，不允许停泵等待。

　　7)泵送过程中应监控泵送压力，泵送压力可直观反映混凝土流动性变化，流动性变差时应立即更换或调整料斗内混凝土。禁止反泵，避免引起水泥浆快速回流，进而避免造成堵管或拱肋内混凝土孔洞。

　　3.6 泵送停止控制要点

　　3.6.1 泵送停止标准

　　泵送至设计高度且排浆管排浆后，减小泵送速度，直至排出含石混凝土，暂停5min，使混凝土充分自沉密实，继续浇筑至混凝土冒出排浆管，反复3～5次后关闭压注口截止阀，以保证拱肋顶部混凝土密实。未泵送至设计高度时，如果泵车压力达到高压上限，此时泵送困难，应立即停止泵送，防止压注口焊缝爆裂造成混凝土倾泻或拱内构造变形，避免引起安全质量事故。

　　3.6.2 浇筑中断处理措施

　　当发生堵管故障后，迅速判断堵管位置。如果堵管位置位于输送泵管，迅速关闭截止阀更换泵管，先拆除截止阀下端接头管卡，排出管中空气后再安装，并打开截止阀继续泵送;如果堵管位置位于拱肋，应关闭截止阀，待混凝土终凝后在钢管外壁开口，使用风镐凿除表面浮浆直至外露石子，进行梅花点植筋。重新组织泵送施工，直至全部混凝土浇筑完成。

　　3.7 混凝土浇筑质量检测

　　混凝土浇筑完成28d后采用超声波无损检测技术进行浇筑质量检测，结果表明密实度满足规范及设计要求。

　　4 结语

　　钢管拱肋自密实补偿收缩混凝土浇筑是郑万高铁汉江特大桥连续刚构-拱桥施工的重要工序，面临泵送量大、耗时长、高度大、所需压力大等难题，易出现堵管和脱空现象。因此，充分考虑坍落度损失、泵送暂停时间、泵送设备配置等因素的影响，确定合理的压注口、排气孔、排浆孔布置和压注顺序等，保证混凝土连续、快速泵送，减小施工中断带来的影响。总结多次施工经验，控制本工程混凝土坍落度为220～240mm,T500为7～8s。