黃草烏江特大橋連續剛構施工質量控制

張春艷

(中鐵一局集團有限公司,西安 710054)

1 工程概況

黃草烏江特大橋是重慶至長沙高速公路彭水至武隆段第C20合同段的一座大橋,橋梁跨越天險烏江和319國道,分左右雙幅,全長787.6 m,單幅橋寬12 m,橋梁上部為4孔50 m(T梁)+113 m+200 m+113 m(剛構)+3孔50 m(T梁),主橋墩身高度分別為109 m和118 m,0號塊高度12 m,主橋剛構為單箱單室、三向預應力鋼筋混凝土結構,混凝土設計強度等級C60,屬于典型的高墩大跨度剛構橋。

2 高強度等級混凝土材料的質量控制

2.1 水泥

黃草烏江特大橋混凝土強度等級設計為C60,根據《公路橋涵施工技術規范》以及綜合水泥強度對混凝土質量的影響,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的連續級配碎石,使粗骨料的分級尺寸互相銜接,每級均占一定數量,確保混凝土和易性良好。

粗骨料的抗壓強度檢驗采用巖石的抗壓強度與混凝土強度等級之比,其值不應小于1.5。經過多家現場考察,嚴格試驗抗壓強度,確定選擇碎石抗壓強度在100～120 MPa的石場。

2.3 細骨料

對于高強度等級泵送混凝土選用中砂,細度模數為2.9～2.6,2.5 mm篩孔的累計篩余量不大于15%,0.315 mm篩孔的累計篩余量在85%～92%。嚴格按照規范控制砂子中的雜質含量,經過篩選和勘察,黃草烏江特大橋主橋剛構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、早強劑等多種類型。

在剛構橋上,經過比選采用緩凝高效減水劑,其具有較高的減水增強效果,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性,在進行配合比設計時,事先對高效減水劑與水泥的適應性進行試驗,以取得最佳摻量和應用效果。

每批減水劑進場后,試驗室都必須做適應性試驗,試驗的目的是確定減水劑和水泥的適應性和摻量。招標時確定的摻量(1.0%)在開始幾次進場時滿足要求,隨后經常不滿足這一指標，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,經過對混凝土的早期強度、水化熱、和易性和抗滲性、耐久性等各方面試驗和針對剛構橋工期(必須達到至少4 d就能進行張拉)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、運輸、澆灌和振搗,同時又使混凝土質量均勻、成形密實(又稱為工作性),利于高墩泵送。同時硅粉的二次水化作用,新的生成物堵塞混凝土中滲透通道,能提高混凝土的抗滲性能,比較普通混凝土,能有效阻止或延緩混凝土的碳化反應,避免結構中的預應力筋過早遭受銹蝕,對改善結構耐久性產生有利的影響。

(2) 聚丙烯網狀纖維

纖維經過化學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,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、干縮等非結構性裂縫的產生和發展,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“次要加強筋”提高了材料介質的連續性,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。提高混凝土工程質量,減少后期維護費用。

(3)摻入方法

外加劑的摻入方法對混凝土質量影響也很大,本項目上采用人工添加,事先根據用量用臺秤稱好之后裝入塑料袋,防止受潮。

3 C60混凝土配合比的設計和優化

混凝土配合比的設計除了滿足混凝土的強度等級和高墩泵送性,還必須使混凝土具有較大的抗裂能力,盡量節省水泥,降低混凝土絕熱溫升,減少混凝土收縮。因此剛構橋混凝土配合比的設計對于剛構橋的質量通病的控制至關重要。

3.1 配合比方案比選

試驗人員進行了30多次混凝土配合比現場試驗,通過大量試驗和實踐,最終形成了如下幾種方案,從中可以看出各自的優缺點(表1)。

表1 混凝土配合比試驗對比

3.2 配合比的確定

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

表2 理論配合比與實際配合比對比

4 剛構橋施工質量工序控制

4.1 鋼筋安裝和保護層質量控制

(1)箱梁節段的鋼筋延伸采用搭接,必須保證搭接長度。

(2)箱梁腹板鋼筋骨架綁扎位置準確、梅花形牢固綁扎鋼筋相交點,內外腹板鋼筋之間設計的掛鉤鋼筋定位準確,數量保證。

(3)為防止由于預應力徑向力的作用,導致跨中底板混凝土預應力張拉時發生崩裂。原設計圖中的防崩鋼筋不能隨意改動,并設置為135°彎折或閉合箍筋,將徑向力傳至上排鋼筋網,讓箱梁全截面受力,以減少徑向力對底板的影響。

(4)設計圖紙中對剛構橋頂板、底板、腹板均設有掛鉤,就是保證鋼筋上下層之間的距離和保護層厚度,所以必須嚴格按照圖紙進行施工,核準鋼筋保護層厚度,每個部位均必須檢查掛鉤位置和布置間距及數量。

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

4.2 混凝土施工質量控制

(1) 0號塊的澆筑

0號塊與墩身之間在結構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基本完成,才開始0號塊的澆筑。如果分層位置靠近墩頂,二次澆筑容易產生豎向收縮裂縫,所以0號塊一定要一次澆筑至箱梁中性軸附近再設斷縫,余下一次澆筑完成才不會產生豎向收縮裂縫。為了避免高度很大的0號塊兩次澆筑時間間隔太長,造成混凝土不同收縮產生豎向裂縫,要求2次澆筑的齡期最長不要超過15 d,最好在一周之內完成,并在0號塊內部增加防裂鋼筋網片。

(2)懸臂節段混凝土澆筑質量控制

箱梁混凝土澆筑時兩端掛籃澆筑要對稱進行,并且先底板后腹板再頂板。兩端底板澆筑完成后再同時開始澆筑腹板,但是兩端不能間隔時間太長。同一端掛籃腹板兩側要盡量澆筑水平,防止掛籃偏壓受力,影響穩定性。

高墩大跨度剛構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,防止振搗時底板翻漿,導致腹板與底板夾角處混凝土不密實,留下質量隱患,一般的做法是用模板進行封口少量壓載。

(3)合龍段混凝土質量控制

合龍段混凝土采用一次性澆筑成形。

合龍段兩側水箱同時放水,保證混凝土的澆筑質量與放水質量基本相等,邊跨側配重不變。

合龍段采用微膨脹混凝土,在攪拌過程中加8%～12%膨脹劑,以免新老混凝土的連接處產生裂紋。同時摻入泵送劑和早強劑,因為合龍段鋼筋、波紋管較多,所以要求混凝土的流動性與和易性要好,在整個混凝土的澆筑過程中混凝土的入模坍落度為190～200 mm。

4.3 混凝土養護

C60高強度等級混凝土在澆筑完成后,強度在迅速增長。為了消除混凝土內外溫差而引起的溫度應力裂紋,澆筑完成終凝后用土工布進行覆蓋,并安排專人不斷用水噴灑混凝土表面同時往預應力管道內通水,做到保溫保濕,同時滿足強度增長所需水分。黃草烏江特大橋位于重慶武隆縣境內,當地氣候濕潤,年平均氣溫在18 ℃,濕度較大,平均相對濕度為76.8%～80.7%，有利于混凝土的養護。施工現場同條件養護試件不得少于3組,分別代表底板、頂板和腹板混凝土。經過施工的全過程檢驗,同條件養護試件的4 d強度基本達到51 MPa以上，為設計強度的85%，是能真實的反映現場實際強度的。

4.4 預應力質量控制

(1)縱向、豎向、橫向預應力施工質量控制

預應力鋼束張拉按設計要求的順序進行,一般為先縱向后橫向再豎向,縱向預應力束必須保證兩端同步張拉,橫向保證兩邊對稱張拉,預應力鋼絞線的張拉采用張拉力和伸長值雙控。預應力鋼束張拉完畢后,嚴禁撞擊鋼束,鋼絞線和粗鋼筋多余長度應用切割機切割,但不能使用氧氣切割。

(2)張拉所用設備必須嚴格進行校正,保證始終在試驗有效期內使用；對于每次鋼絞線伸長量與設計不符時必須查明原因后才能再次進行張拉。

(3)豎向預應力鋼筋采用精軋螺紋粗鋼筋(JL930級JL32),屈服強度≥930 MPa,抗拉強度≥1 080 MPa,Ey=2.0×105MPa,設計張拉力657 kN,每根精軋螺紋鋼筋均需用690 kN張拉力預拉合格后才能進行安裝。

4.5 預應力管道壓漿

壓漿嘴和排氣孔在預應力管道上必須進行設置,壓漿前應用壓縮空氣清除管道內雜質,管道壓漿強度R28達到60 MPa；縱向預應力采用真空灌漿工藝。預應力鋼束錨固齒板上的錨具壓漿后應及時澆筑封錨混凝土,施工應采取加微膨脹劑確保預應力管內灌漿密實和飽滿。

4.6 橋梁線形控制

施工中進行梁頂高程、墩頂變位測量、預埋測試元件測試大橋控制截面應力,以實測參數預測施工預拱度,以便隨時指導和提供各梁段立模高程,用水準儀控制安裝底模側模和頂模。通過調整掛籃前吊桿高度等方法,使底模、側模和頂模高程滿足立模高程要求,誤差應控制在±5 mm(高程)和±5 mm(中軸線位置)之內。合龍時合龍段兩端豎向誤差不大于1 cm,軸向偏位不大于1 cm,確保成橋線形與設計吻合。

5 取得的效果

橋梁預應力張拉的數據和內部應力監控的數據反映了橋梁整體剛度滿足要求,梁體高程和變形監控基本與線性計算數據吻合,為更好地控制剛構橋整體線形提供了有力的依據,橋梁整體線形美觀、符合設計要求。橋梁施工中C60添加硅粉和網狀纖維混凝土配合比的成功運用,為提高高強度等級混凝土強度和保證質量提供了參考。橋梁施工中運用的新技術、新設備、新材料對高墩大跨度剛構橋施工提供了寶貴的經驗。黃草烏江特大橋百米高墩和大跨度預應力混凝土剛構橋,充分體現了質量控制的全面和細致,受到了重慶市高速公路發展有限公司及設計單位、監理單位的一致好評和肯定。

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