黃草烏江特大橋連續(xù)剛構(gòu)施工質(zhì)量控制

張春艷

(中鐵一局集團(tuán)有限公司,西安 710054)

1 工程概況

黃草烏江特大橋是重慶至長(zhǎng)沙高速公路彭水至武隆段第C20合同段的一座大橋,橋梁跨越天險(xiǎn)烏江和319國(guó)道,分左右雙幅,全長(zhǎng)787.6 m,單幅橋?qū)?2 m,橋梁上部為4孔50 m(T梁)+113 m+200 m+113 m(剛構(gòu))+3孔50 m(T梁),主橋墩身高度分別為109 m和118 m,0號(hào)塊高度12 m,主橋剛構(gòu)為單箱單室、三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C60,屬于典型的高墩大跨度剛構(gòu)橋。

2 高強(qiáng)度等級(jí)混凝土材料的質(zhì)量控制

2.1 水泥

黃草烏江特大橋混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C60,根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》以及綜合水泥強(qiáng)度對(duì)混凝土質(zhì)量的影響,選擇為52.5R普通硅酸鹽水泥。

2.2 粗骨料

粗骨料采用粒徑5～25 mm的連續(xù)級(jí)配碎石,使粗骨料的分級(jí)尺寸互相銜接,每級(jí)均占一定數(shù)量,確保混凝土和易性良好。

粗骨料的抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)采用巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比,其值不應(yīng)小于1.5。經(jīng)過(guò)多家現(xiàn)場(chǎng)考察,嚴(yán)格試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度,確定選擇碎石抗壓強(qiáng)度在100～120 MPa的石場(chǎng)。

2.3 細(xì)骨料

對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)泵送混凝土選用中砂,細(xì)度模數(shù)為2.9～2.6,2.5 mm篩孔的累計(jì)篩余量不大于15%,0.315 mm篩孔的累計(jì)篩余量在85%～92%。嚴(yán)格按照規(guī)范控制砂子中的雜質(zhì)含量,經(jīng)過(guò)篩選和勘察,黃草烏江特大橋主橋剛構(gòu)最終確定采用洞庭湖砂。

2.4 外加劑

外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等多種類型。

在剛構(gòu)橋上,經(jīng)過(guò)比選采用緩凝高效減水劑,其具有較高的減水增強(qiáng)效果,能提高混凝土拌和物的和易性和泵送性。

為了確保高效減水劑與水泥的適應(yīng)性,在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí),事先對(duì)高效減水劑與水泥的適應(yīng)性進(jìn)行試驗(yàn),以取得最佳摻量和應(yīng)用效果。

每批減水劑進(jìn)場(chǎng)后,試驗(yàn)室都必須做適應(yīng)性試驗(yàn),試驗(yàn)的目的是確定減水劑和水泥的適應(yīng)性和摻量。招標(biāo)時(shí)確定的摻量(1.0%)在開(kāi)始幾次進(jìn)場(chǎng)時(shí)滿足要求,隨后經(jīng)常不滿足這一指標(biāo)，因而增加了用量,也就增加了工程的施工成本。

2.5 摻和料

(1)硅粉

摻和料選擇有粉煤灰、礦渣和硅粉,經(jīng)過(guò)對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度、水化熱、和易性和抗?jié)B性、耐久性等各方面試驗(yàn)和針對(duì)剛構(gòu)橋工期(必須達(dá)到至少4 d就能進(jìn)行張拉)要求和耐久性等分析,最后選用硅粉,可有效改善拌和物工藝性能,使混凝土易于拌和、運(yùn)輸、澆灌和振搗,同時(shí)又使混凝土質(zhì)量均勻、成形密實(shí)(又稱為工作性),利于高墩泵送。同時(shí)硅粉的二次水化作用,新的生成物堵塞混凝土中滲透通道,能提高混凝土的抗?jié)B性能,比較普通混凝土,能有效阻止或延緩混凝土的碳化反應(yīng),避免結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋過(guò)早遭受銹蝕,對(duì)改善結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生有利的影響。

(2) 聚丙烯網(wǎng)狀纖維

纖維經(jīng)過(guò)化學(xué)接枝和物理改性處理,表面粗糙多孔,大大提高了纖維與水泥基集材料的結(jié)合。聚丙烯纖維加入混凝土集料中,能迅速輕易地與砂漿混凝土材料均勻混合。由于纖維細(xì),比表面積大,每1 cm3的混凝土中約有45條左右纖維,故能在混凝土內(nèi)部形成一種亂向支撐體系,能極有效地控制混凝土及水泥砂漿早期的塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,有效阻止骨料的分離,阻礙沉降裂縫的形成。更重要的作用是纖維作為混凝土的“次要加強(qiáng)筋”提高了材料介質(zhì)的連續(xù)性,使硬化后混凝土的性能得到顯著改善,提高混凝土的耐久性。提高混凝土工程質(zhì)量,減少后期維護(hù)費(fèi)用。

(3)摻入方法

外加劑的摻入方法對(duì)混凝土質(zhì)量影響也很大,本項(xiàng)目上采用人工添加,事先根據(jù)用量用臺(tái)秤稱好之后裝入塑料袋,防止受潮。

3 C60混凝土配合比的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

混凝土配合比的設(shè)計(jì)除了滿足混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和高墩泵送性,還必須使混凝土具有較大的抗裂能力,盡量節(jié)省水泥,降低混凝土絕熱溫升,減少混凝土收縮。因此剛構(gòu)橋混凝土配合比的設(shè)計(jì)對(duì)于剛構(gòu)橋的質(zhì)量通病的控制至關(guān)重要。

3.1 配合比方案比選

試驗(yàn)人員進(jìn)行了30多次混凝土配合比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過(guò)大量試驗(yàn)和實(shí)踐,最終形成了如下幾種方案,從中可以看出各自的優(yōu)缺點(diǎn)(表1)。

表1 混凝土配合比試驗(yàn)對(duì)比

3.2 配合比的確定

結(jié)合黃草烏江特大橋剛構(gòu)混凝土強(qiáng)度、100多m高度泵送，以及早期強(qiáng)度對(duì)工期的影響,最終確定水泥+硅粉+聚丙烯纖維(0.9 kg/m3)的最優(yōu)配合比技術(shù)方案(表2)。

表2 理論配合比與實(shí)際配合比對(duì)比

4 剛構(gòu)橋施工質(zhì)量工序控制

4.1 鋼筋安裝和保護(hù)層質(zhì)量控制

(1)箱梁節(jié)段的鋼筋延伸采用搭接,必須保證搭接長(zhǎng)度。

(2)箱梁腹板鋼筋骨架綁扎位置準(zhǔn)確、梅花形牢固綁扎鋼筋相交點(diǎn),內(nèi)外腹板鋼筋之間設(shè)計(jì)的掛鉤鋼筋定位準(zhǔn)確,數(shù)量保證。

(3)為防止由于預(yù)應(yīng)力徑向力的作用,導(dǎo)致跨中底板混凝土預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)發(fā)生崩裂。原設(shè)計(jì)圖中的防崩鋼筋不能隨意改動(dòng),并設(shè)置為135°彎折或閉合箍筋,將徑向力傳至上排鋼筋網(wǎng),讓箱梁全截面受力,以減少?gòu)较蛄?duì)底板的影響。

(4)設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)剛構(gòu)橋頂板、底板、腹板均設(shè)有掛鉤,就是保證鋼筋上下層之間的距離和保護(hù)層厚度,所以必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工,核準(zhǔn)鋼筋保護(hù)層厚度,每個(gè)部位均必須檢查掛鉤位置和布置間距及數(shù)量。

(5)施工中注意根據(jù)保護(hù)層厚度的要求,選擇不同尺寸的塑料墊塊,一定要保證墊塊尺寸準(zhǔn)確,數(shù)量和布置密度足夠,這樣才能控制鋼筋保護(hù)層的厚度誤差不大于5 mm。

4.2 混凝土施工質(zhì)量控制

(1) 0號(hào)塊的澆筑

0號(hào)塊與墩身之間在結(jié)構(gòu)尺寸上存在截面突變和澆筑齡期差,墩身混凝土的收縮已經(jīng)基本完成,才開(kāi)始0號(hào)塊的澆筑。如果分層位置靠近墩頂,二次澆筑容易產(chǎn)生豎向收縮裂縫,所以0號(hào)塊一定要一次澆筑至箱梁中性軸附近再設(shè)斷縫,余下一次澆筑完成才不會(huì)產(chǎn)生豎向收縮裂縫。為了避免高度很大的0號(hào)塊兩次澆筑時(shí)間間隔太長(zhǎng),造成混凝土不同收縮產(chǎn)生豎向裂縫,要求2次澆筑的齡期最長(zhǎng)不要超過(guò)15 d,最好在一周之內(nèi)完成,并在0號(hào)塊內(nèi)部增加防裂鋼筋網(wǎng)片。

(2)懸臂節(jié)段混凝土澆筑質(zhì)量控制

箱梁混凝土澆筑時(shí)兩端掛籃澆筑要對(duì)稱進(jìn)行,并且先底板后腹板再頂板。兩端底板澆筑完成后再同時(shí)開(kāi)始澆筑腹板,但是兩端不能間隔時(shí)間太長(zhǎng)。同一端掛籃腹板兩側(cè)要盡量澆筑水平,防止掛籃偏壓受力,影響穩(wěn)定性。

高墩大跨度剛構(gòu)橋掛籃施工混凝土一般均采用泵送,混凝土坍落度較大,所以在底板澆筑完成后,不能立即澆筑腹板,防止振搗時(shí)底板翻漿,導(dǎo)致腹板與底板夾角處混凝土不密實(shí),留下質(zhì)量隱患,一般的做法是用模板進(jìn)行封口少量壓載。

(3)合龍段混凝土質(zhì)量控制

合龍段混凝土采用一次性澆筑成形。

合龍段兩側(cè)水箱同時(shí)放水,保證混凝土的澆筑質(zhì)量與放水質(zhì)量基本相等,邊跨側(cè)配重不變。

合龍段采用微膨脹混凝土,在攪拌過(guò)程中加8%～12%膨脹劑,以免新老混凝土的連接處產(chǎn)生裂紋。同時(shí)摻入泵送劑和早強(qiáng)劑,因?yàn)楹淆埗武摻睢⒉y管較多,所以要求混凝土的流動(dòng)性與和易性要好,在整個(gè)混凝土的澆筑過(guò)程中混凝土的入模坍落度為190～200 mm。

4.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

C60高強(qiáng)度等級(jí)混凝土在澆筑完成后,強(qiáng)度在迅速增長(zhǎng)。為了消除混凝土內(nèi)外溫差而引起的溫度應(yīng)力裂紋,澆筑完成終凝后用土工布進(jìn)行覆蓋,并安排專人不斷用水噴灑混凝土表面同時(shí)往預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)通水,做到保溫保濕,同時(shí)滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)所需水分。黃草烏江特大橋位于重慶武隆縣境內(nèi),當(dāng)?shù)貧夂驖駶?rùn),年平均氣溫在18 ℃,濕度較大,平均相對(duì)濕度為76.8%～80.7%，有利于混凝土的養(yǎng)護(hù)。施工現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)試件不得少于3組,分別代表底板、頂板和腹板混凝土。經(jīng)過(guò)施工的全過(guò)程檢驗(yàn),同條件養(yǎng)護(hù)試件的4 d強(qiáng)度基本達(dá)到51 MPa以上，為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%，是能真實(shí)的反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際強(qiáng)度的。

4.4 預(yù)應(yīng)力質(zhì)量控制

(1)縱向、豎向、橫向預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉按設(shè)計(jì)要求的順序進(jìn)行,一般為先縱向后橫向再豎向,縱向預(yù)應(yīng)力束必須保證兩端同步張拉,橫向保證兩邊對(duì)稱張拉,預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉采用張拉力和伸長(zhǎng)值雙控。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢后,嚴(yán)禁撞擊鋼束,鋼絞線和粗鋼筋多余長(zhǎng)度應(yīng)用切割機(jī)切割,但不能使用氧氣切割。

(2)張拉所用設(shè)備必須嚴(yán)格進(jìn)行校正,保證始終在試驗(yàn)有效期內(nèi)使用；對(duì)于每次鋼絞線伸長(zhǎng)量與設(shè)計(jì)不符時(shí)必須查明原因后才能再次進(jìn)行張拉。

(3)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用精軋螺紋粗鋼筋(JL930級(jí)JL32),屈服強(qiáng)度≥930 MPa,抗拉強(qiáng)度≥1 080 MPa,Ey=2.0×105MPa,設(shè)計(jì)張拉力657 kN,每根精軋螺紋鋼筋均需用690 kN張拉力預(yù)拉合格后才能進(jìn)行安裝。

4.5 預(yù)應(yīng)力管道壓漿

壓漿嘴和排氣孔在預(yù)應(yīng)力管道上必須進(jìn)行設(shè)置,壓漿前應(yīng)用壓縮空氣清除管道內(nèi)雜質(zhì),管道壓漿強(qiáng)度R28達(dá)到60 MPa；縱向預(yù)應(yīng)力采用真空灌漿工藝。預(yù)應(yīng)力鋼束錨固齒板上的錨具壓漿后應(yīng)及時(shí)澆筑封錨混凝土,施工應(yīng)采取加微膨脹劑確保預(yù)應(yīng)力管內(nèi)灌漿密實(shí)和飽滿。

4.6 橋梁線形控制

施工中進(jìn)行梁頂高程、墩頂變位測(cè)量、預(yù)埋測(cè)試元件測(cè)試大橋控制截面應(yīng)力,以實(shí)測(cè)參數(shù)預(yù)測(cè)施工預(yù)拱度,以便隨時(shí)指導(dǎo)和提供各梁段立模高程,用水準(zhǔn)儀控制安裝底模側(cè)模和頂模。通過(guò)調(diào)整掛籃前吊桿高度等方法,使底模、側(cè)模和頂模高程滿足立模高程要求,誤差應(yīng)控制在±5 mm(高程)和±5 mm(中軸線位置)之內(nèi)。合龍時(shí)合龍段兩端豎向誤差不大于1 cm,軸向偏位不大于1 cm,確保成橋線形與設(shè)計(jì)吻合。

5 取得的效果

橋梁預(yù)應(yīng)力張拉的數(shù)據(jù)和內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)控的數(shù)據(jù)反映了橋梁整體剛度滿足要求,梁體高程和變形監(jiān)控基本與線性計(jì)算數(shù)據(jù)吻合,為更好地控制剛構(gòu)橋整體線形提供了有力的依據(jù),橋梁整體線形美觀、符合設(shè)計(jì)要求。橋梁施工中C60添加硅粉和網(wǎng)狀纖維混凝土配合比的成功運(yùn)用,為提高高強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度和保證質(zhì)量提供了參考。橋梁施工中運(yùn)用的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料對(duì)高墩大跨度剛構(gòu)橋施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。黃草烏江特大橋百米高墩和大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋,充分體現(xiàn)了質(zhì)量控制的全面和細(xì)致,受到了重慶市高速公路發(fā)展有限公司及設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位的一致好評(píng)和肯定。

[1]JTG B01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]李 松，王外存，趙啟仁，等.高速鐵路剛構(gòu)橋施工控制線形敏感度研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(11)：49-51.

[5]李培安.韓安店1號(hào)特大橋主橋高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(6)：40-42.