大型圍堰封底混凝土配合比設(shè)計李亞民

/大型鋼圍堰水下封底混凝土協(xié)作比設(shè)計李亞民(土木工程20136011)摘要：新建蒙西華中鐵路洞庭湖特大橋主塔3#墩基礎(chǔ)設(shè)計為直徑50.5m、高31m的雙壁鋼圍堰，接受水下C30混凝土進(jìn)行圍堰封底，混凝土距離距離達(dá)10km，運輸至現(xiàn)場后泵送施工水下混凝土。因此在協(xié)作比設(shè)計時需充分考慮混凝土的綜合性能，本文結(jié)合現(xiàn)場狀況對主塔3#墩圍堰水下封底混凝土協(xié)作比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，為圍堰深水施工中混凝土施工供應(yīng)參考和借鑒。關(guān)鍵詞：鋼圍堰水下封底混凝土協(xié)作比設(shè)計BackcoverthelargesteelcofferdamofunderwaterconcretemixtureratiodesignLiYamin(20136011)incivilengineeringPickto:newstakecentralChinarailwayofdongtinglakebridgemaintower3#pierfoundationdesignfor50.5mhigh,31mdiameterdouble-wallsteelcofferdam,usingunderwaterC30concretecofferdambackcover,concretedistancedistanceupto10km,transportationtothesceneaftertheunderwaterconcretepumpingconstruction.Sointhemixtureratiodesignmustfullyconsiderthecomprehensiveperformanceofconcrete,thispapercombinedthesituationofthemaintowerof3#piercofferdamoptimizeunderwaterbottomsealingconcretemixtureratiodesign,constructionofthecofferdamforthedeepintheconcreteconstructiontoprovidethereferenceandreference.Keywords:steelcofferdam；underwater；bottomsealingconcrete；mixtureratiodesign引言洞庭湖特大橋3#墩為水中主塔墩，受地理條件和外部環(huán)境制約，混凝土拌合場只能設(shè)置在長江大堤外側(cè)，混凝土運輸至3#主墩總運距長10km，其中2km的連接線，6km的君山區(qū)蘆葦灘地和2km的鋼棧橋，單程運輸時間長45分鐘，至鋼棧橋前端平臺后接受2臺泵機和2套布料桿輸送至墩位，進(jìn)行水下封底混凝土施工，為保證混凝土各項性能在水下混凝土澆筑時滿足施工工藝要求，進(jìn)行水下封底混凝土協(xié)作比設(shè)計。1、工程概況新建蒙西華中鐵路是國家重點工程內(nèi)蒙古至江西省運煤通道，洞庭湖特大橋位于湖南省岳陽市，大橋由君山區(qū)向東南方向跨越洞庭湖和長江相連接的出口處，距上游洞庭湖公路橋約4.2km，距下游蓮花塘水位站約2.2km，河道兩岸均為湘江漫灘區(qū)。洞庭湖特大橋主橋為世界最大荷載的三塔六跨貨運鐵路斜拉橋，也是世界上首次接受鋼箱鋼桁結(jié)合梁形式。主塔3#墩基礎(chǔ)接受22根直徑3m的鉆孔樁，承臺設(shè)計為圓端形，長44.51m，寬25.5m，高6.5m（頂面標(biāo)高+13.5m，底標(biāo)高+7.0m），止水結(jié)構(gòu)接受雙壁鋼圍堰，圍堰為外徑50.5m、內(nèi)徑46.5m的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，設(shè)計高度為31m，圍堰雙壁艙厚2m，底隔艙高5.726m，設(shè)計圍堰抽水水位為+26m。在標(biāo)高為+19.1m處設(shè)置內(nèi)外連通管，管徑為Φ273mm，對稱各設(shè)置一根。圖1-13#墩基礎(chǔ)布置圖（單位：mm）圖1-2：圍堰立面示意圖2、設(shè)計背景依據(jù)對承臺施工過程中各種工況的計算，圍堰內(nèi)封底混凝土有效厚度為3.5m，接受水下C30混凝土，分區(qū)一需2017方，分區(qū)二需1846方，分區(qū)三需2001方，底隔艙各需170方，共需混凝土6204方。依據(jù)施工方案和施工工藝,混凝土由岸上混凝土工廠生產(chǎn),經(jīng)40～50min混凝土攪拌運輸車運輸至棧橋端頭，再由泵機經(jīng)布料機將混凝土泵送至各個下料點。圖2-1圍堰封底分區(qū)布置圖3、水下封底混凝土設(shè)計技術(shù)要求1混凝土強度為C30MPa；2初始坍落度為180mm～220mm，擴展度≥550mm，混凝土3在2h內(nèi)，坍落度≮180mm，擴展度≥500mm，流淌性良好4混凝土初凝時間在24h～26h；5含氣量2.0%～4.0%；6為保證導(dǎo)管埋深，確?？城蚧炷凉嘧⒁淮纬晒Γ着炷敛簧儆?8m4、混凝土設(shè)計依據(jù)1《一般混凝土協(xié)作比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011；2《鐵路工程混凝土施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010；3《一般混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2002；4《一般混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002；5《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》TB10005-2010。5、混凝土原材料狀況1水泥：華新水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5一般硅酸鹽水泥；2細(xì)集料：汨羅河砂，中砂，表觀密度2640kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.8；3粗集料：白云鎮(zhèn)5～10mm、10～25mm二種級配按2:8混合后符合5～25mm連續(xù)級配碎石要求，表觀密度2720kg/m3，孔隙率39%4粉煤灰：華能電廠F類Ⅱ級；5外加劑：特密斯混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能緩凝型減水劑；6水：地下水。6、混凝土協(xié)作比設(shè)計確定配制強度：fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2Mpa。6.1初步協(xié)作比和試拌依據(jù)《鐵路工程混凝土施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》和設(shè)計要求，水泥用量取280kg/m3，粉煤灰為120kg/m3，膠凝材料總量為400kg/m3，粉煤灰占膠凝材料總量的30%，外加劑摻量為膠凝材料總量的1.0%，和水泥、水等一起摻入。依據(jù)《一般混凝土協(xié)作比設(shè)計規(guī)程》經(jīng)試驗確定砂率為45%，混凝土拌合用水量經(jīng)試驗確定為160kg/m3，水灰比為0.57，水膠比為0.40，按以上初步協(xié)作比進(jìn)行試拌，分別調(diào)整水膠比為0.37和0.43，得到相近的兩個協(xié)作比進(jìn)行試拌，見表1；表1、C30水下混凝土協(xié)作比kg/m3編號W/B水泥粉煤灰砂碎石水外加劑10.373021308159961604.3220.4028012083010141604.0030.4326011284310301603.726.2協(xié)作比調(diào)配，調(diào)試及確定1接受水灰比為0.40的基準(zhǔn)協(xié)作比拌和混凝土和易性良好，具有良好的粘聚性、保水性。2同盤初始坍落度為230mm，擴展度590mm；2小時為215mm，擴展度570mm；混凝土插搗時較為輕松，沒3水灰比的選取狀況：接受三個不同的協(xié)作比時，基準(zhǔn)協(xié)作比分別按0.03增加或削減，保持用水量不變。表2、拌合物性能試驗結(jié)果編號凝合時間（h:min）坍落度（mm）擴展度（mm）表觀密度kg/m3含氣量%初凝終凝初始2h初始2h125:4629:0321520058055024202.2224:3028:2023021559057024102.6323:3827:5222021055050023903.0表3、抗壓強度試驗結(jié)果編號抗壓強度，MPa7d28d56d134.143.449.2231.740.745.9328.836.941.86.3依據(jù)以上試驗結(jié)果，結(jié)合施工須要和經(jīng)濟性要求，確定理論協(xié)作比如下：水泥：粉煤灰：砂：石：水：外加劑=280：120：830：1014：160：4.0=1：0.43：2.96：3.62：0.57：0.0147、施工中效果驗證及分析在混凝土施工過程中，依據(jù)粗細(xì)集料的含水率計算施工協(xié)作比，經(jīng)過三次圍堰分倉混凝土施工證明，在每小時澆筑混凝土40多立方米的狀況下（每次澆筑約50小時）、每次連續(xù)施工時間45小時，混凝土拌合物性能還能滿足現(xiàn)場施工要求，更甚至在出現(xiàn)交通、泵機和施工現(xiàn)場影響，導(dǎo)致混凝土需等待3小時，還能較為輕松地用于施工。經(jīng)分析，此種狀況和減水劑的滯后反應(yīng)是離不開的：由于施工地點和攪拌站相距較遠(yuǎn)，混凝土的運輸時間較長，為了保證混凝土的坍落度及擴展度，部特別加劑成份于攪拌后30分鐘起先發(fā)揮作用。由此看來，配制、拌制及運用高性能混凝土，不但是礦物摻合料的高比例摻用，更要接受高性能的減水劑，這樣才能降低水膠比，使得混凝土走向大坍落度、大擴展度、大流淌性及低收縮率。8、結(jié)束語圍堰封底是主塔墩基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，水下混凝土則是保證施工質(zhì)量的最重要組成部分。在洞庭湖特大橋主