郭金龙
中铁九局集团第二工程有限公司
摘 要：近年来，我国桥梁建造技术飞速发展，钢混组合结构以其优越的性能，在桥梁领域占据了独特地位。钢混组合结构受力传力机理复杂，所用材料及施工工艺均区别于常规工艺。本文以非对称钢-混凝土结合梁转体斜拉桥为研究背景，通过实验及理论分析，对钢混凝土结合梁在钢混连接段混凝土的材料选取、配比和对应性能进行了深层研究，同时对混凝土浇筑工艺也进行了相应的优化论证。
关键词： 钢混结合梁 钢纤维自密实混凝土 配合比、工艺优化
一、工程概况
四平市紫气大路跨铁路立交桥，主跨侧距离索塔中心11.5米设置2.25米的混凝土结构向钢结构过渡的钢混结合段。钢-混凝土结合段是混合梁设计的关键部位，结构部位如图 1.1 所示。
图 1.1 桥梁立面图(m)
主本桥结合段采用部分截面连接承压传剪式，通过钢梁端部的超厚承压板将钢梁端部的力传递给混凝土梁，采用“U”肋上加焊“T”肋方式进行加劲 ，通过“T”肋高度的改变 ，逐渐变化至与钢混结合段混凝土顶、底板相匹配 ，以保证传力连续性。
图 1.2 混合梁结合部纵断面图(mm)
二、钢混结合段混凝土配比要点研究
1.依照设计规范及施工工艺要求，钢混结合段混凝土按其自身的工作星河和钢纤维混凝土的自密实性能进行设计。
2.依据钢纤维混凝土和自密实混凝土相关的规范要求，判定混凝土中钢纤维的最小掺量为体积率的0.35%，同时进行体积率0.475%、0.6%掺量试验。
3.由于钢纤维的掺入影响混凝土工作性，在满足试验仪器检测工作性能的前提下再进行强度、抗弯、劈拉、弹性模量的检测，最后确定在每立方米混凝土中掺加体积率0.35%钢纤维为最佳掺量。
4.最后确定自密实钢纤维混凝土配合比为：
水泥：硅灰：粉煤灰：碎石：砂：钢纤维：水 ：减水剂
450 : 64 : 54 : 812 : 845 : 27.5:160: 10.22
图 2.1 钢纤维自密实混凝土性能分析表
三、混凝土浇筑工艺研究
1.混凝土浇筑原则
（1）在采用聚丙烯纤维、钢纤维、膨胀剂、掺饱水轻集料等技术措施时，应适当延长搅拌时间，外加剂宜采用后掺法；
（2）碎石抽检测定频率应不少于规范规定，保证集料的匀质性；
（3）应对每批新进场的外加剂抽样检验；
（4）生产用水泥应提前备好，实验过程中，自密实混凝土的搅拌时的温度不宜超过六十摄氏度，且不宜低于十摄氏度；
（5）在混凝土泵送施工时，应适时检测混凝土泵压；
（6）检测和控制入模温度，混凝土入模温度不宜超过 30℃；
（7）对结合段大体积混凝土进行温度控制，防止出现裂纹。
2.格室混凝土浇注
结合段设计为密封钢格室，格室内放置了开孔板连接件和孔内贯穿钢筋，同时布置有纵向预应力筋，导致格室内填充混凝土的施工难易度增加。
笔者对国外有格室混合梁桥的结合部混凝土浇注工艺进行了调研，如表 2.1所示。结合段格室内混凝土的浇注一般采用两种浇注方式。一种方式是类似钢管混凝土压送混凝土的浇注方式，从格室底部压入混凝土，如日本的滨名湖桥和矢作川桥。另一种方式是在格室顶板开始浇注孔，并焊接集料口，通过集料孔处混凝土堆高所产生的压力，将混凝土填满钢格室并从出气孔排除空气，如多多罗桥和新川桥。第一种方式需要配置有压力的泵送混凝土，第二种方式较为简单。
混凝土浇注时格室的顶板的角隅处宜设置出气口，出气口的孔径一般为 30～ 100mm。出气口上一般焊接长度为 500mm～1000mm 的钢管，浇注中格室内混凝土从出气口的钢管内涌出时显示格室内混凝土浇注较为有效。浇注完成后还需对承压板和格室顶板角隅处轻轻敲击，根据声音的钝脆判断是否浇注密实，浇注不密实时宜压注树脂砂浆填充等适宜的措施。
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为此，提出以下措施方法：
在自密实混凝土浇注过程中，内格室顶板的交角处应该设置排气孔，孔径为 40～90mm。排气孔上方焊接长度为 600mm～900mm 的空心钢管，浇注完成后还需对承压板和格室顶板交角处轻轻敲击，根据回声判定该处是否浇注密实，对浇筑有空隙处应压注高强度树脂砂浆进行填充。混凝土配合比很关键，由于雨天导致的骨料、沙子等含水率增大必须严格计入材料配合比中，否则会导致含水率过大，混凝土泌水离析严重。浇注过程中若不能及时排水，将严重导致格室存在空腔，产生钢结构与混凝土材料结合不密实。下格室和上格室在浇筑时要增设出气口，在出气口处焊接直径10cm，长度不小于50cm的钢管。
3.过渡段混凝土梁施工
（1）过渡段混凝土梁、结合部的混凝土浇筑顺序应合理设置。混凝土在格室内先浇筑，然后以结合段当模板浇筑梁的过渡段。混凝土梁过渡段后浇注， 易调平结合段和其他梁体安装产生的刚体位移；
（2）过渡段混凝土梁施工中应考虑收缩温差等引起的变形，以免与结合段对接时出现偏差而影响受力；
（3）墩位及拉索区混凝土横梁应布设足够的防裂钢筋，刚度较大的混凝土横梁约束了结合段的不均匀变形，也导致横梁能产生附加偏心力。横梁还受到收缩徐变时面板对其的框架约束力，横梁的防裂应予以重视；
（4）预应力管道的安装应考虑到与结合段预应力的对接准确性，防止管道开裂而造成堵塞；
（5）设置预应力灌浆孔道时，避免灌浆在箱梁内积水。
4.预应力安装及张拉施工
（1）钢格室端后承压板处的预应力锚固方式，应考虑安装、张拉和灌浆的操作便利性、和锚下混凝土的受力性能。若采用后承压板垫钢板锚固预应力，格室内混凝土宜设置锚下螺旋钢筋，否则钢板尺寸和厚度的选取应考虑格室内混凝土的局部承压性能；
（2）结合段预应力若需张拉后灌浆，应充分考虑到灌浆孔和出气孔的设置。需要格室内锚头下管道设置出气孔或灌浆孔时，格室顶板应预留构造；
（3）确保格室内预应力管道的密封性，否则发生漏浆可能导致管道堵塞，底板后承压板端锚头可能被格室出气孔流出的砂浆封堵，有可能导致预应力无法张拉和锚固；
（4）预应力张拉控制应严格按照设计要求执行，过大的预应力可能导致混凝土梁过渡段出现纵向裂缝，过小的预应力可能导致横向开裂。
5.模型实验
为了研究钢-混凝土结合段的全过程，结合紫气大桥实体，按照等效原理设计并完成了模型试验。模型比例为1:4，钢与混凝土粘结界面采用PBL剪力接头，并与纵向预应力筋互补，试验过程中承受静力、疲劳、破坏3个阶段的荷载。试验结果表明：在设计荷载作用下，梁段有良好的强度和刚度，且应力水平较低；在疲劳荷载作用下，C50钢纤维自密实混凝土表层无裂缝，结构整体刚度良好，破坏荷载较设计荷载有很高的安全储备。
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自密实混凝土应从钢-混凝土结合段梁的中间向两侧浇筑（如图3.3所示），底板的钢格栅内填充一款混凝土自身的流动和压力（如图3.4所示）。混凝土浇筑至顶板钢格室，铺设木模板用钢螺钉和横隔梁钢筋预埋固定件固定模板（如图3.5所示），最后从钢混结合段浇筑混凝土，浇注时应从20#的边缘注入，待 20#注入口处混凝土浇筑完毕后再向中间 19#-1#左右对称同时注浇筑混凝土（如图3.6所示）。
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图 3.6 钢-混结合部自密实钢纤维混凝土浇筑
混凝土浇筑后第八天，对试件进行静力加载实验。加载实验完毕之后，项目组对试件进行了清理。在分割清理的过程中发现，钢-混结合段的混凝土在绝大部分位置与钢板保持了紧密的粘结，再次证明了混凝土的流动性可以满足要求。然而，也在少数结合段格室内发现，在靠近钢箱梁一端的格室顶板部位，混凝土块与钢板之间有大约长宽约为 4-5 厘米，1 厘米厚左右的空洞，需要引起重视。其出现的原因在于本次实验构件的浇筑过程中，较难通过φ20（实际桥梁孔洞直径为φ80）预留压浆使用钢筋棒进行充分插捣，导致混凝土在靠近顶板附近流动不充分，没有达到完全密实。因此，实际工程中如混凝土浇筑不连续，且两次时间相隔较长，或混凝土塌落度有损失，可配合适当的振捣，以达到所需的密实效果。自密实钢纤维混凝土浇筑后，混凝土表面应浇水，并用棉被覆盖养护（如图3.7-图3.10所示）。
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经两组混凝土试块的抗压强度测试（如图 3.11-图 3.12 所示），钢-混结合部的混凝土试块7天抗压强度为61.2MPa，标准差4.3，完全达到C50抗压强度标准值。
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自密实钢纤维混凝土养护 3 天后，拆模即可以顺利张拉预应力，从图 3-13也可以看出钢-混结合部采用钢纤维自密实混凝土浇筑效果良好。
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图 3-13 钢-混结合部自密实钢纤维混凝土张拉预应力
四、结论
本文论述内容涵盖了钢纤维自密实混凝土从配比实验到浇筑实验的整个过程，并且通过实验，分析出了钢纤维自密实混凝土在不同钢纤维参量下的性能指标，同时为钢纤维自密实混凝土的浇筑提供了指导和借鉴依据，为该桥钢混结合段的建造提供了可靠的数据支撑，也为钢纤维自密实混凝土的推广和应用奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]刘秉辉. 钢纤维自密实混凝土在转体法施工的钢混结合梁中的应用[J]. 城市建设理论研究(电子版),2018(05):76-78.
[2] JGJ/T283-2012. 自密实混凝土应用技术规程[S].中华人民共和国住房和城乡建设部。
[3] JGJ/T 221-2010. 纤维混凝土应用技术规程[S]. 中华人民共和国住房和城乡建设部。