薄壁多箱室主梁混凝土施工

摘要：在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、科技的進(jìn)步和新材料新工藝的發(fā)明更新，對(duì)橋梁的跨徑要求越來(lái)越長(zhǎng)，對(duì)結(jié)構(gòu)截面尺寸的要求越來(lái)越小，于是薄壁多箱室截面形式作為大跨徑橋梁主梁的結(jié)構(gòu)形式逐漸普遍。文章以巴中恩陽(yáng)區(qū)義陽(yáng)大橋?yàn)槔?，從混凝土配合比?yōu)化、混凝土性能控制、長(zhǎng)高距離泵送混凝土及混凝土施工與振搗等方面對(duì)薄壁多箱室主梁混凝土施工進(jìn)行闡述。

[作者簡(jiǎn)介]羅曉崗（1985—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)闃蛄汗こ獭?/p>

混凝土施工技術(shù)經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，在建筑領(lǐng)域已經(jīng)有了比較成熟的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)有較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程，這對(duì)施工進(jìn)度的加快提出了很大的挑戰(zhàn)，對(duì)懸澆混凝土的節(jié)段施工造成一定的窩工，同時(shí)對(duì)配筋率比較高的薄壁混凝土施工及裂紋的防治也提出了較高的要求。本文從混凝土配合比優(yōu)化、集料級(jí)配優(yōu)化及施工過(guò)程控制等方面對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了研究，取得了顯著性的成果，達(dá)到了縮短工期、減少混凝土缺陷及節(jié)約成本的目的。

1 工程概況

義陽(yáng)大橋?yàn)閱嗡嗡髅嫘崩瓨?，采用塔梁墩固結(jié)體系，主橋跨度（105+140） m。主橋橋塔為混凝土橋塔，全高 130 m，橋面以上塔高 82 m，橋面以下高48 m。下部結(jié)構(gòu)為承臺(tái)接樁基礎(chǔ)。引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁，橋面連續(xù)，北岸3×30+4×30=250 m，南岸4×40=160 m。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向設(shè)計(jì)以全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件為基礎(chǔ)，橫向設(shè)計(jì)以A級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，截面形式為單箱五室的C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，頂板寬 33 m，底板寬13.8 m，中心梁高3.8 m，頂面設(shè)置雙向橫坡2 %，底板水平，結(jié)構(gòu)中心線處梁高 3.8 m，挑臂3 m，中間箱室寬4 m，邊箱寬4.75 m，斜腹板對(duì)應(yīng)的箱室寬 5.425 m;每個(gè)斜拉索對(duì)應(yīng)的位置設(shè)橫隔板，中箱室橫隔板厚45 cm，邊箱變化到30cm。拉索采用平等鋼絲索，上端錨固于混凝土索塔內(nèi)置鋼錨箱上，為錨固端，主梁上錨固于中室頂板上，為張拉端。中跨拉索標(biāo)準(zhǔn)間距6 m，為平衡懸臂澆筑的重量，邊跨1#～9#拉索間距取6 m，10#～19#拉索間距為3 m，橋榙錨固區(qū)間距根據(jù)拉索錨固的空間要求從1.8 m變化到3.1 m。

2 混凝土配合比優(yōu)化

2.1 原材料

水泥：P.O42.5和P.052.5，巴中海螺水泥有限責(zé)任公司;礦粉：S95，漢中漢鋼新型建材有限公司;細(xì)骨料：機(jī)砂，中砂，南江縣明威建材有限公司;粗骨料：5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎卵石，巴中市恩陽(yáng)區(qū)和平沙石加工廠;減水劑：減水率26 %～30 %，四川三聚建材有限公司;水：飲用水。

2.2 配合比優(yōu)化

根據(jù)本工程主梁混凝土隔板最小厚度只有30 cm，縱橫向及豎向預(yù)應(yīng)力管道交錯(cuò)布置多，鋼筋保護(hù)層厚度只有2 cm，鋼筋配筋率高、部分主筋凈間距只有3 cm，混凝土泵送垂直高度達(dá)48 m，混凝土輸送管最長(zhǎng)距離達(dá)198 m等實(shí)際特點(diǎn)及原配合比混凝土前期彈性模量及強(qiáng)度偏低、實(shí)體混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢等原因，同時(shí)本工程工期特別緊張，故對(duì)原混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化。JGT10-2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》中對(duì)泵送混凝土性能要求如表1所示，因本工程特殊，混凝土性能只滿足表中不同高度泵送混凝土的要求時(shí)不能保證實(shí)體混凝土質(zhì)量，混凝土需要具有一定的自密實(shí)性能，故將混凝土的坍落度設(shè)計(jì)成200～240 mm，坍落擴(kuò)展度設(shè)計(jì)成500～550 mm。

主梁原配合比參數(shù)如表2所示，基于原配合比，將P.O42.5水泥調(diào)整為P.O52.5水泥，水膠比0.32調(diào)整為0.34，砂率41 %調(diào)整為42.5 %，粗骨料5～16 mm和16～25 mm的比例25：75調(diào)整為35：65，根據(jù)調(diào)整前后的參數(shù)分別檢測(cè)混凝土坍落度、 擴(kuò)展度，坍落度、擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失，混凝土3d、4d、5d、6d、7d、28d抗壓強(qiáng)度及抗壓彈性模量等參數(shù)[1]，調(diào)整前后的混凝土性能如表3所示。

由表4所見，將P.O42.5水泥更換成P.O52.5水泥 ，適當(dāng)增加混凝土摻合料用量和砂率后，混凝土的早期強(qiáng)度和彈性模量明顯提高，混凝土拌和物性能得到改善。

2.3 混凝土配合比優(yōu)化的意義

在本工程主梁實(shí)體混凝土澆筑完成后，從3d齡期開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)混凝土回彈強(qiáng)度的采集，與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件及現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度及彈性模量共同作為結(jié)構(gòu)混凝土預(yù)應(yīng)力張拉的依據(jù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。實(shí)際施工混凝土取樣制件的力學(xué)性能與室內(nèi)配合比試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)較接近?，F(xiàn)就配合比優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)混凝土回彈強(qiáng)度及施工進(jìn)度進(jìn)行比較，如表5、表6所示。

由表5所見，混凝土配合比優(yōu)化后對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土早期強(qiáng)度的提高特別明顯，通過(guò)對(duì)配合比的優(yōu)化、調(diào)整、原材料的了解和現(xiàn)場(chǎng)情況看，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)體早期強(qiáng)度的提高主要原因是水泥的更換和粗骨料部分粗細(xì)比例的調(diào)整，用原配合比澆筑時(shí)，粗骨料中粗粒徑部分偏多，而混凝土保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度較小，再加上鋼筋配筋率過(guò)高，混凝土表面2 cm主要是槳體為主，回彈法檢測(cè)的強(qiáng)度不能直接反映結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)體強(qiáng)度，通過(guò)提高粗骨料中5～10 mm部分的含量，可以減少回彈面強(qiáng)度與實(shí)體混凝土強(qiáng)度之間的差異，但粗骨料中細(xì)粒部分也不能加過(guò)多，不然影響整個(gè)混凝土的強(qiáng)度。通過(guò)優(yōu)化配合比，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度及室內(nèi)、室外標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度都在3 d時(shí)達(dá)到預(yù)應(yīng)力張拉條件，但考慮了混凝土早期體積還不是很穩(wěn)定，所以定在4 d時(shí)張拉，這跟原配合比相比，將原來(lái)7 d甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力張拉施工縮短到4 d時(shí)間，節(jié)省了工期，也避免了工人窩工現(xiàn)象。由表6可以看出，主梁懸澆節(jié)段循環(huán)工期由原來(lái)的17 d甚至更長(zhǎng)縮短到后面11 d施工1節(jié)段。

綜上所述，本次混凝土配合比的優(yōu)化是成功的，他的意義在于，有效解決了結(jié)構(gòu)混凝土前期強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，實(shí)體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度偏差大，避免了工人為等待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)而延時(shí)進(jìn)入下一工序施工造成窩工，同時(shí)保證了質(zhì)量，節(jié)省了工期。24A5E018-E18A-46A1-AE1E-02973CCAF554

3 混凝土性能控制

3.1 原材料準(zhǔn)備

進(jìn)場(chǎng)原材料均已根據(jù)規(guī)范規(guī)程的要求進(jìn)行抽樣檢測(cè)合格，否則不允許使用，為保證混凝土質(zhì)量，每次進(jìn)場(chǎng)的外加劑都要經(jīng)過(guò)試拌，混凝土性能與配合比設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)大的差異，在開盤前進(jìn)行砂石料含水率的檢測(cè)，同時(shí)估算原材料儲(chǔ)備量是否滿足本次混凝土的方量，并給混凝土拌和站下配料通知單。主梁1#～9#塊一次需要混凝土約340 m3，10#～19#塊一次需要混凝土約170 m3。

3.2 混凝土拌和及運(yùn)輸

混凝土采用2臺(tái)SZL50型拌和機(jī)進(jìn)行拌和，混凝土罐車運(yùn)輸混凝土。拌和站計(jì)量系統(tǒng)除了計(jì)量所進(jìn)行校準(zhǔn)外，拌和站要定期進(jìn)行自校準(zhǔn)，確保各種材料的計(jì)量準(zhǔn)確，每盤混凝土攪拌時(shí)間控制在不少于120 s，試驗(yàn)檢測(cè)人員安排專人在拌和站進(jìn)行混凝土性能的控制及調(diào)整，剛開盤時(shí)都要檢測(cè)出機(jī)坍落度等混凝土拌和物性能，各項(xiàng)性能滿足要求才能進(jìn)行拌和?；炷吝\(yùn)輸途中罐車攪拌筒應(yīng)以3-6 r/min的緩慢速度不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證混凝土拌和物不產(chǎn)生離析。澆筑1#-9#塊時(shí)，運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后由兩頭均衡供料。

4 泵送混凝土

4.1 設(shè)備準(zhǔn)備

主梁混凝土的澆筑質(zhì)量直接影響主梁混凝土的施工質(zhì)量，根據(jù)主梁的結(jié)構(gòu)布置形式，經(jīng)過(guò)多方案比較，最終確定選用一級(jí)混凝土泵送方案進(jìn)行主梁混凝土澆筑。根據(jù)主梁混凝土泵送高度和長(zhǎng)度的要求，混凝土泵送設(shè)備選擇2臺(tái)三一HBT80C-2118型高壓混凝土泵（表7）。

混凝土泵管選用直徑125 mm，單根長(zhǎng)度3.0 m，壁厚8 mm的高壓泵管，為保證主跨和邊跨混凝土平行作業(yè)互不干擾，沿主梁兩側(cè)各布置一套混凝土泵管進(jìn)行主梁混凝土施工[2]。泵管通過(guò)水平管道從高壓支撐泵連接到塔身兩翼，然后泵管從0#塊主梁兩端連接到懸灌混凝土施工處。

泵管在塔柱外側(cè)及電梯壁附近布置，沿塔柱方向每增加4.5 m設(shè)置一道附墻，確保泵管固定牢固。

泵管固定示意如圖1所示。

為了保證現(xiàn)場(chǎng)施工，避免突然停電帶來(lái)影響，備有1臺(tái)550 kW柴油發(fā)電機(jī)作備用，滿足施工照明、混凝土振搗和零星焊接用電。

混凝土的振搗考慮到鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋較多，間隙較小，主要采用50和30型振動(dòng)棒，50型和30型振電機(jī)和棒各計(jì)劃10套，2套附著式振搗器，另外各備用4條振動(dòng)棒備用。

4.2 泵送混凝土

在本工程中，混凝土泵送管道較長(zhǎng)，因此在泵送混凝土之前，泵送足夠的水使管道充分濕潤(rùn)，然后將管道內(nèi)的水排干;管道干燥前，放入一個(gè)直徑略小于泵管內(nèi)徑的海綿球，之后泵送砂漿約2 m3，再泵送混凝土。施工時(shí)隨時(shí)檢查混凝土性能，嚴(yán)禁泵送不合格的混凝土，同時(shí)按要求及時(shí)在澆筑現(xiàn)場(chǎng)取樣制作試塊進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

5 混凝土澆筑

5.1 混凝土澆筑

混凝土施工時(shí)要分層澆筑分層振搗，底板、頂板及隔板采用振動(dòng)器振搗，振動(dòng)器形式為插入式，每層厚度不宜大于 30 cm，振動(dòng)時(shí)間20～30 s，操作時(shí)快插慢撥，相鄰兩個(gè)插入位置的距離不宜大于50 cm，振搗上層混凝土?xí)r，要插入下層混凝土深度5～10 cm;斜腹板采用附著式振搗器振搗，振搗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，達(dá)到混凝土密實(shí)為度[3]。對(duì)灌筑高度超過(guò)2 m的，采用滑槽、串筒、漏斗等器具灌筑?；炷翝仓_保連續(xù)性，如需間斷，其允許間斷時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，超過(guò)混凝土初凝時(shí)間的，按施工接縫處理。

混凝土水平分次澆注時(shí)，下層混凝土澆注完成后，清除混凝土表面浮漿，待混凝土達(dá)到1.2 MPa以上強(qiáng)度后，拉毛（約1 cm）并用鑿子或鏨子鑿除混凝土頂面上的水泥砂漿薄膜和表面上松動(dòng)的石子及松弱混凝土層，鑿碎后用高壓水徹底沖洗，在準(zhǔn)備澆筑上部混凝土前，灑上清水，使混凝土粘結(jié)面充分濕潤(rùn)，無(wú)積水。在澆筑混凝土前，可先在下層混凝土表面澆筑一層灰砂比相同、水灰比略小的水泥砂漿，厚度約為15 mm，再澆筑上層混凝土。接縫處的混凝土應(yīng)加強(qiáng)振動(dòng)，使新老層混凝土緊密結(jié)合?；炷凉嘧⑼戤?，待混凝土初凝后，壓平混凝土頂面（需鑿毛的結(jié)合面除外），混凝土終凝后及時(shí)用土工布覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)。確?；炷羶?nèi)部質(zhì)量均勻密實(shí)，杜絕空洞、露筋、露骨、蜂窩、麻面、裂縫等缺陷。

5.2 防止梁段混凝土裂紋發(fā)生的方法

本工程梁體形式為薄壁多箱室結(jié)構(gòu)，同時(shí)混凝土壁板厚度厚薄不一，容易產(chǎn)生裂紋。針對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因，采取合理設(shè)計(jì)及優(yōu)化混凝土配合比、控制水泥用量、增加礦物摻合料用量、選用減水率較高的優(yōu)質(zhì)高性能減水劑、降低水膠比等辦法，減少收縮裂紋和溫度裂紋;在梁段混凝土灌注中，采取從前向后逐步灌注的辦法，防止由于掛籃變形在新、老混凝土連接處產(chǎn)生裂紋。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以巴中恩陽(yáng)區(qū)義陽(yáng)大橋主梁混凝土施工為例，主要從混凝土配合比優(yōu)化、混凝土性能控制、長(zhǎng)高距離泵送混凝土及混凝土施工與振搗等方面對(duì)薄壁多箱室主梁混凝土施工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，特別是通過(guò)混凝土配合比的優(yōu)化，使混凝土早期各項(xiàng)指標(biāo)得到提高，防止了薄壁多箱室主梁裂紋的產(chǎn)生，縮短了施工工期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)相似工程的施工具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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