杭州灣跨海大橋主墩索塔c混凝土施工技術(shù)

第19頁共19頁杭州灣跨海大橋主墩索塔C50混凝土施工技術(shù)摘要：本文對索塔高強(qiáng)高性能C50海工混凝土的特點、配合比設(shè)計和優(yōu)化、原材料的選擇、施工工藝、質(zhì)量控制及質(zhì)量評定均作了較詳細(xì)的闡述。關(guān)鍵詞：高性能海工混凝土配合比性能組成質(zhì)量概述杭州灣跨海大橋，是國道主干線同三線跨越錢塘江口的最便捷通道，它北起嘉興乍浦，跨越杭州灣海域北航道和南航道，南接寧波慈溪，全長36公里，為世界最長的跨海大橋。該工程所處杭州灣海域水文特別復(fù)雜，潮差大，水流急，且紊流、涌浪多變，為世界三大強(qiáng)潮區(qū)之一，施工條件惡劣。我局承建Ⅲ-A合同南航道主橋，橋型為單塔雙層面鋼箱梁斜拉橋，主跨318m，索塔外型為“A”型，由下塔柱、橫梁、中塔柱、上塔柱（合攏段）構(gòu)成，塔冠高程為202.00m，自承臺表面至塔頂為196.80m高（其中塔座高2.5m），造型俊逸挺拔。工期從2004年5月—2007.12，共43個月。索塔砼設(shè)計為C50高強(qiáng)高性能海工砼，技術(shù)含量很高，施工較為艱難。索塔主要混凝土工作量為：塔座1210.8m3、塔柱9167.0m3,橫梁974.6m3,共11352.4m3。塔座上下游砼方量各605.4m3，均一次性澆注；索塔塔柱共分46個節(jié)段，1~31節(jié)分上下游、32節(jié)為合攏段，每節(jié)段一次性澆注，混凝土方量從215.8m3~13.5m3,不等；橫梁分二次現(xiàn)澆，單次最大澆筑方量為500m3,施工自2005年12月上旬開始至2007年1月底結(jié)束，共歷時13個半月（其中因設(shè)計變更影響2個月）。施工經(jīng)歷了春、夏、秋冬四季，氣溫變化較大，由于技術(shù)管理得力、施工工藝成熟、采取了很好的養(yǎng)護(hù)措施，混凝土生產(chǎn)順利、速度快，最快時三天完成一節(jié)段（夏季），混凝土質(zhì)量均勻、密實、穩(wěn)定，外觀良好，經(jīng)多方檢測，達(dá)到優(yōu)質(zhì)混凝土?；炷僚浜媳仍O(shè)計索塔混凝土配合比設(shè)計在混凝土施工前1年開始進(jìn)行，從選擇原材料到大量試配，反復(fù)研究、討論、優(yōu)化，通過大家共同努力，成功地配制出高強(qiáng)、海工高性能C50索塔混凝土配合比。主要技術(shù)指標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級為C50，84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)為≤1.5×10-12m2/s（采用非穩(wěn)態(tài)電遷移法—RCM法檢測），耐久性要求保證100年使用年限，外觀質(zhì)量要求無危害性裂縫產(chǎn)生，砼抗裂性能良好（采用日本平板試件法進(jìn)行測試），混凝土表面光滑無明顯氣泡、砂線等缺陷、且顏色一致，施工工藝采用高揚程泵送，砼粘度不能太大，要求混凝土具備高強(qiáng)高性能大流態(tài)工作性。索塔混凝土中粉煤灰摻量限制在15%以內(nèi)，塔座為大體積混凝土，粉煤灰摻量可摻至最大摻量50%。索塔混凝土中氯離子總含量限制在0.06%，塔座為0.1%。2.2索塔混凝土應(yīng)具備的性能特點（1）高性能：拌和、運輸、澆筑時具有很好的流變特性，高流動性（塌落度在20cm以上）、不泌水、不離析、塌落度經(jīng)時損失小，具有良好的可泵性；（2）體積穩(wěn)定性好：在混凝土硬化過程中體積穩(wěn)定、水化熱低、收縮徐變小，硬化后結(jié)構(gòu)均勻密實，不易產(chǎn)生各種裂縫；（3）高強(qiáng)度：早期和后期強(qiáng)度均較高，早期強(qiáng)度上升勻速穩(wěn)定，非突變性發(fā)展；（4）高耐久：混凝土結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定，具有高抗氯離子滲透性、抗凍融性和抗腐蝕性，使用壽命達(dá)到100年以上。2.3配合比設(shè)計難點和設(shè)計方向2.3.1難點既要滿足混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、抗裂性等耐久性能指標(biāo)，同時因索塔混凝土高泵程輸送，又要求混凝土具備非常好的工作性，滿足混凝土可泵性問題。2.3.2設(shè)計方向為了滿足混凝土各項指標(biāo)和施工和易性要求，我們從以下幾點著手：（1）選擇品質(zhì)優(yōu)良的原材料：膠凝材料、粗細(xì)集料、外加劑等，必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且品質(zhì)應(yīng)保持穩(wěn)定，貨源充足。（2）膠凝材料除水泥外，尚應(yīng)摻入性能良好的摻合料，如Ⅰ級粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等，摻入這些活性摻合料，可以提高混凝土的密實性，從而滿足混凝土抗氯離子滲透要求，同時還可以改善混凝土的和易性，減小水化熱及溫度裂縫的產(chǎn)生。但摻合料的細(xì)度應(yīng)適中，不宜過細(xì)（也即比表面積不宜太大），尤其是礦粉，比表面積一般控制在360~440m2/Kg為宜，過大，活性增大，混凝土水化熱增高，易產(chǎn)生裂縫，同時混凝土粘度增大，不利泵送。作為摻合料的硅灰，應(yīng)慎重考慮，由于硅灰是高活性的材料，和水泥等膠凝材料一起水化反應(yīng)時，速度快，短期內(nèi)釋放大量水化熱，大體積混凝土不適宜使用，只可在薄壁結(jié)構(gòu)情況下考慮，且摻量限制在5%以內(nèi)，對于索塔，我們只在中塔柱以上部位作為備用方案儲備。（3）選擇性能良好的高效緩凝型減水劑，使之能與膠凝材料具有好的相容性，使拌出來的混凝土具有不泌水、塌落度經(jīng)時損失小、大流動、粘聚性好，混凝土均勻、密實、穩(wěn)定、外觀氣泡少、強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)，本結(jié)構(gòu)優(yōu)選聚羧酸類高效緩凝減水劑，其與膠凝材料相容性好，適應(yīng)范圍寬。（4）從膠凝材料水泥和外摻料的合理比例搭配、砂率大小、水膠比大小、外加劑摻量等綜合對比分析，確定最佳混凝土配合比。2.4原材料選擇《杭州灣跨海大橋?qū)ｍ検┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》對用于海工混凝土的各種原材料品質(zhì)提出了具體要求，因大橋所處的海水環(huán)境惡劣，故對混凝土原材料質(zhì)量要求較高，有些指標(biāo)比現(xiàn)行國家規(guī)范更加嚴(yán)格。經(jīng)過對各種原材料的生產(chǎn)廠家考察，在原材料檢測合格，經(jīng)投標(biāo)后優(yōu)選的廠家是水泥為安徽寧國水泥廠生產(chǎn)的海螺牌P·Ⅱ42.5型水泥（甲供料），細(xì)集料為福建閩江中砂，粗集料為寧波北侖青峙產(chǎn)5～25mm連續(xù)級配碎石，摻合料為江蘇鎮(zhèn)江諫壁電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰和安徽朱家橋S95礦粉，外加劑為上海麥斯特改性聚羧酸型高效緩凝型減水劑Rheoplus25R。表1～表7列出了各種原材料的驗證試驗的檢測結(jié)果。表1福建閩江中砂試驗結(jié)果檢測項目細(xì)度模數(shù)含泥量(%)泥塊含量(%))氯離子含量(%%)SO3含量(%)堿骨料反應(yīng)膨脹脹值(%)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)試驗結(jié)果2.70.20.10.0010.150.0825901460表2寧波北侖碎石試驗結(jié)果檢測項目壓碎值(%)含泥量(%)泥塊含量(%))針片狀含量(%%)SO3含量(%)堿骨料反應(yīng)膨脹脹值(%)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)試驗結(jié)果5.00.30.17.50.080.0826101500表3海螺P·Ⅱ42.5水泥試驗結(jié)果檢測項目比表面積(m2/kg)凝結(jié)時間安定性氯離子含量(%%)C3A含量(%)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量量(%)抗壓強(qiáng)度(MPPa)初凝min終凝h:min3d28d試驗結(jié)果3621453:27合格0.0086.926.834.956.1表4鎮(zhèn)江諫壁粉煤灰試驗結(jié)果檢測項目比表面積(m2/kg)需水量比(%)燒失量(%)SO3含量(%)含水量(％)試驗結(jié)果641921.100.40.3表5朱家橋S95礦粉試驗結(jié)果檢測項目比表面積(m2/kg)需水量比(%)燒失量(%)SO3含量(%)氯離子含量(%%)活性指數(shù)(%))3d7d28d試驗結(jié)果428960.420.30.0165786106表6上海麥斯特Rheoplus25R外加劑試驗結(jié)果檢測項目減水率(%)對鋼筋銹蝕含氣量(%)總堿含量(%)凝結(jié)時間差(mmin)氯離子含量(%%)抗壓強(qiáng)度比(%%)初凝終凝3d7d28d試驗結(jié)果29無4.11.01366/0.011781591392.5配合比設(shè)計2.5.1塔座塔座為圓臺型結(jié)構(gòu)，上部直徑為15m、下部直徑為20m、厚2.5m，屬大體積混凝土，重點解決混凝土的水化熱防止裂縫產(chǎn)生和滿足氯離子擴(kuò)散系數(shù)問題（因泵程短，混凝土粘度對可泵性影響不大）基于這樣的主要矛盾，在膠凝材料的組合上，我們采取大摻量礦物摻合料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，選擇如表7的混凝土配合比。表7C50塔座高性能海工混凝土配合比材料名稱水泥粉煤灰礦粉粗集料細(xì)集料水減水劑材料產(chǎn)地寧國海螺鎮(zhèn)江諫壁蕪糊朱家橋?qū)幉ū眮銮嘀鸥＝ㄩ}江浙江乍浦Rheopluus25RR材料規(guī)格P.Ⅱ42.5Ⅰ級S955～25mm中砂飲用水高效緩凝用量（Kg/mm3）18013513510387521404.5配合比0.40.30.32.311.670.311.0%表8C50塔座配合比混凝土拌和物性能混凝土粘聚性情情況初凝時間（h）塌落度擴(kuò)展度（cm）含氣量(%)S0hS1h0h1h良好1319520052×5048×524.4表9C50塔座混凝土配合比耐久性、物理力學(xué)性能氯離子總含量（%）84d氯離子擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)RCM法(×10-112m2/s)抗裂性（平板法法）28d彈性模量量（Mpa）抗壓強(qiáng)度（Mppa）3d7d28d0.01930.331無裂紋4.32×100438.652.863.72.5.2索塔C50索塔混凝土配合比設(shè)計時，膠凝材料采用水泥和各類礦物摻合料以不同比例進(jìn)行組合，進(jìn)行優(yōu)化后，確定最佳的搭配，然后再進(jìn)行不同的砂率、不同的水膠比、不同的外加劑摻量進(jìn)行對比試驗優(yōu)選。（1）合適膠凝材料組成比例的確定：表10不同比例膠凝材料組合的C50索塔混凝土配合比編號配合比（Kg//m3）水泥粉煤灰礦粉硅灰細(xì)集料粗集料水減水劑ST00137469/1775310401475.75ST00220769184/74610301475.75ST00323069161/74610301475.75ST00427669115/74610301475.75ST0053226969/74610301475.75ST0063684646/74610301475.75表11C50索塔配合比混凝土拌和物性能配合比編號粘度描述初凝時間（h）塌落度擴(kuò)展度（cm）含氣量(%)S0hS1h0h1hST001一般818518037×4033×353.6ST002很粘1421522057×5553×554.8ST003較粘1321522050×5649×524.4ST004一般1120020552×4851×484.3ST005較小1119519545×4942×454.3ST006不粘919018040×4135×354.0注：六種配合比拌制的混凝土均不泌水，但ST002和ST003號稍有泌漿現(xiàn)象。表12C50索塔配合比混凝土耐久性、物理力學(xué)性能配合比編號各項目檢測檢測測結(jié)果氯離子總含量（%）84d氯離子擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)RRCM法(×10-112m2/s)抗裂性（平板法法）28d彈性模量量（Mpa）抗壓強(qiáng)度（Mppa）3d7d28dST0010.0217000.299無裂紋4.61×100451.456.367.3ST002/0.621無裂紋4.38×100440.950.864.2ST003/0.810無裂紋4.40×100442.552.463.7ST0040.0052110.866無裂紋4.49×100444.157.967.8ST0050.02041.219無裂紋4.45×100446.258.566.3ST006/1.982無裂紋4.52×100448.657.565.7從上述試驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：ST001配合比優(yōu)點是混凝土84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)很小，粘度較小，缺點是塌落度和擴(kuò)展度均偏小，初凝時間較短，水化反應(yīng)較快，早期保濕養(yǎng)護(hù)如果跟不上，會引起裂紋，故該配比只作為儲備，非特殊情況下不使用（本項目未使用）；ST002和ST003兩種配比混凝土因摻合料摻量較大，導(dǎo)致粘度偏大，影響可泵性，不適宜高泵程輸送，同時如果振搗不當(dāng)會產(chǎn)生大量浮漿，不宜使用；ST004配比混凝土摻合料摻量適中，各項指標(biāo)均滿足要求，粘度一般，比較適合長距離輸送；ST005配比混凝土摻合料用量較小，水化熱稍高，84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)為1.219×10-12m2/s接近設(shè)計值（設(shè)計值為≤1.5×10-12m2/s），保險系數(shù)不大，優(yōu)點是粘度較小，適合高泵程輸送，作為備用配合比，在上塔柱混凝土泵送艱難時擬采用（本項目未使用）；ST006配比混凝土粘度最小，但84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)不滿足設(shè)計要求，故不能使用。通過綜合分析，六種不同比例組合中，以ST004結(jié)果最佳，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，其初凝時間、粘度、塌落度適中，滿足施工工藝要求，同時振搗時也不易產(chǎn)生過多浮漿（塌落度過大，則易產(chǎn)生浮漿，而且影響強(qiáng)度，過小不易振搗密實，入模塌落度以200mm為最好），早期強(qiáng)度和28d強(qiáng)度比較理想。因此，采用的膠凝材料構(gòu)成為C+F+K=276+69+115=460（Kg/m3）。（2）最佳砂率、合適水膠比的確定根據(jù)砂子的細(xì)度模數(shù)和級配情況，用ST004配合比的膠材組成，我們選擇了40%、41%、42%、43%四種不同的砂率和0.31、0.32、0.33水膠比進(jìn)行對比試驗，結(jié)果為42%砂率、0.32水膠比拌制的混凝土和易性最佳。（3）減水劑最佳摻量的確定我們以1.05%、1.15%、1.25%、1.35%摻量作對比試驗，結(jié)果是1.25%摻量為最佳（減水率達(dá)28%），既滿足性能要求，又達(dá)到耐久性、強(qiáng)度指標(biāo)和外觀要求，而1.35%摻量粘度增大給泵送帶來不利（塌落度稍大時會引起泌漿，不宜采用），1.05%摻量初凝時間又偏短（只在小體積和冬季氣溫很低時采用），故正常施工時選擇1.25%的摻量（大體積和氣溫較高時采用）。（4）混凝土配合比的確定找出膠凝材料的比例、砂率、水膠比、減水劑摻量等最佳參數(shù)后，又反復(fù)進(jìn)行了多次試配，最后經(jīng)修正得出最佳混凝土配合比如表13，耐久性、物理力學(xué)性能、水化熱如表14、15：表13主墩索塔C50海工高性能混凝土配合比材料名稱稱水泥粉煤灰礦粉粗集料細(xì)集料水減水劑材料產(chǎn)地寧國海螺鎮(zhèn)江諫壁蕪糊朱家橋?qū)幉ū眮銮嘀鸥＝ㄩ}江浙江乍浦Rheopluus25RR材料規(guī)格P.Ⅱ42.5Ⅰ級S955～25mm中砂飲用水高效緩凝用量（Kg/mm3）2766911510347491475.75配合比0.60.150.252.251.630.321.25%表14主墩索塔C50配合比混凝土耐久性、物理力學(xué)性能氯離子總含量（%）84d氯離子擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)RCM法(×10-112m2/s)抗裂性（平板法法）28d彈性模量量（Mpa）抗壓強(qiáng)度（Mppa）3d7d28d0.02320.654無裂紋4.52×100445.055.366.6表15主墩索塔C50配合比混凝土水化熱齡期（d）1d3d7d10d熱量（J/g）76.69166.67245.82272.86(5)備用配合比為了防止到了上塔柱，因泵程高，混凝土不易施工，要準(zhǔn)備好第二套配合比。ST005號配合比混凝土粘度較ST004號小，可泵性相對要好些，同時滿足設(shè)計要求的各種參數(shù)指標(biāo)，因此我們將其作為備用方案，配合比成果見表16、17、18。表16主墩索塔C50海工高性能混凝土備用配合比材料名稱稱水泥粉煤灰礦粉粗集料細(xì)集料水減水劑材料產(chǎn)地寧國海螺鎮(zhèn)江諫壁蕪糊朱家橋?qū)幉ū眮銮嘀鸥＝ㄩ}江浙江乍浦Rheopluus25RR材料規(guī)格P.Ⅱ42.5Ⅰ級S955～25mm中砂飲用水高效緩凝用量（Kg/mm3）322696910347491474.83配合比0.70.150.152.251.630.321.05%表17主墩索塔C50備用配合比混凝土耐久性、物理力學(xué)性能氯離子總含量（%）84d氯離子擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)RCM法(×10-112m2/s)抗裂性（平板法法）28d彈性模量量（Mpa）抗壓強(qiáng)度（Mppa）3d7d28d0.02041.206無裂紋4.58×100446.257.565.0表18主墩索塔C50備用配合比混凝土水化熱齡期（d）1d3d7d10d熱量（J/g）89.80177.77256.89280.70索塔混凝土施工工藝和質(zhì)量控制3.1施工工藝工藝流程：材料儲備檢驗混凝土攪拌檢驗、泵送入模、振搗養(yǎng)護(hù)、鑿毛設(shè)備配置及泵送管線布置在主墩鋼平臺上搭設(shè)一臺75型自動化程度較高的全電腦攪拌站，攪拌站實際生產(chǎn)能力為30~40m3/h，另安排一艘攪拌船在附近應(yīng)急備用。攪拌站混凝土出料口邊設(shè)一大功率拖泵，將混凝土泵送入模，拖泵機(jī)械參數(shù)見表19，考慮到索塔垂直高度較大（承臺距塔頂196.8m），泵壓大，泵管布置時，盡量減少彎頭，用φ125mm高壓泵管，上下游索塔柱各布置一套泵管，因海工高性能混凝土粘度相對較大，泵管容易磨損，故要經(jīng)常認(rèn)真檢查泵管，及時更換破舊泵管，防止爆管，確保泵送順利。表19拖泵機(jī)械性能產(chǎn)地長沙中聯(lián)理論輸送量105/65m3/h型號HBT105，21，286RRS最大泵送壓力21/13Mppa主機(jī)功率286KW外型尺寸(長××寬×高)7000×22200×22940mmm33.2質(zhì)量控制澆注混凝土前，先在試驗室做水泥與外加劑相容性檢驗，再將經(jīng)檢驗合格的各原材料儲運到位。開盤前認(rèn)真做好砂、石料的含水率檢驗工作，將試驗室配合比轉(zhuǎn)化為施工配合比，混凝土攪拌時嚴(yán)格控制混凝土的初始塌落度和入模塌落度，根據(jù)砂石料含水率的變化，隨時調(diào)整，使之滿足設(shè)計和施工要求（入模塌落度為200±20mm），攪拌站計量除了按規(guī)定進(jìn)行法定校準(zhǔn)外，每周還須進(jìn)行自校一次，對有懷疑的要隨時校正，尤其是外加劑秤的計量準(zhǔn)確度至關(guān)重要?；炷寥肽r，因每節(jié)高度較大（4.5m），為防止混凝土碰撞鋼筋產(chǎn)生離析，采用鐵皮做成的串筒，讓混凝土從串筒里流下，布料時采用多點布料，每點布料間距不超過2.5m，分層厚度一般不超過30cm，倒角處鋼筋更加密集，應(yīng)加強(qiáng)布料?；炷琳駬v采用插入式振搗棒進(jìn)行，按布料順序振搗，移動間距不超過振搗作用半徑1.5倍。由于高性能混凝土粘度和含氣量稍大，振動時間應(yīng)比普通混凝土稍長一些，以振平、泛漿、不再排氣泡為準(zhǔn)，不能過振，也不能少振，過振易產(chǎn)生浮漿，少振不利氣泡排出而導(dǎo)致混凝土不夠密實。上下層間隔時間不能過長，以不超過2h為宜，上下層結(jié)合時，振搗棒應(yīng)插入下層5~10cm，以保持混凝土的良好粘結(jié)?；炷帘砻娌捎萌斯よ徝?，在混凝土剛達(dá)到終凝時進(jìn)行，過早易擾動下部混凝土，過遲則費工。勁性骨架的焊接應(yīng)在混凝土終凝結(jié)束后開始，避免因風(fēng)荷載作用于勁性骨架而擾動剛澆注好的混凝土，降低上部裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。混凝土采用土工布灑水養(yǎng)護(hù)，在澆注第二節(jié)段前一直處于潮濕狀態(tài)，冬季施工時，尚應(yīng)采取保溫措施，因索塔爬模是定型模板，雙層結(jié)構(gòu)，中間夾有泡沫保溫層，有一定的保溫效果，對于混凝土頂面，采用采用覆蓋潮濕土工布并輔以碘鎢燈進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。3.3特殊季節(jié)的施工（1）夏季主要是控制混凝土入模溫度，對砂、石提前進(jìn)行灑水降溫，對出廠水泥溫度給以限制，不得超過65℃。高溫時，混凝土澆注選擇在溫度較低的夜間進(jìn)行，必要時對拌和用水采取加冰降溫措施，同時對泵管覆蓋潮濕的麻袋降溫，確保混凝土入模溫度在30℃以內(nèi)，對澆好的混凝土加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)。（2）冬季混凝土施工時，對混凝土拌和用水采取加熱措施，確保混凝土入模溫度不小于10℃，并加強(qiáng)混凝土的保溫和保濕養(yǎng)護(hù)。雨天盡量避免施工，迫不得已時，應(yīng)提前準(zhǔn)備好彩條布等防雨材料，且密切注意砂、石含水率的變化，隨時調(diào)整，確?；炷临|(zhì)量。預(yù)應(yīng)力施工時，要準(zhǔn)備好同條件養(yǎng)護(hù)的試塊，在張拉前做混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗，待滿足要求后方可施工?；炷临|(zhì)量評定混凝土抗壓強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表20，84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)見表21質(zhì)量評定依據(jù)JTJ041-2000K1=1.60Rn-K1Sn≥0.9R即60.4＞45.0K2=0.85