某跨海特大型橋梁預制承臺墩身混凝土的試驗研究

丁川

摘要：本特大型跨海大橋采用承臺墩身在工廠內預制成型，再整體運輸到海上施工現場進行安裝的工藝，結合120年的設計使用壽命的要求，對承臺墩身的預制工藝帶來極大的挑戰。因此，在正式開展預制工作前，進行了相關的混凝土施工工藝試驗對比，為后續的實際施工做了良好的技術準備。

關鍵詞：承臺墩身 預制 工藝試驗

1.工程概況

某大型跨海橋梁約22.9公里長的海中橋梁段，分為通航孔橋和非通航孔橋，非通航孔橋的承臺、墩身均采用在預制工廠集中預制，達到設計強度后，運到海上橋位處吊裝。預制承臺尺寸主要有14.8nx11m×4Sm、16m×12m×5m，墩身尺寸主要有10m×3.5m、10m×4m、12m×4m等多種，具有預制體積大，施工精度高等特點，環氧鋼筋在全部承臺墩身的使用，對澆筑振搗、鑿毛等施工工藝，也帶來了諸多挑戰，因此，在施工前，進行相關的工藝試驗，明確關鍵的施工工藝就顯得非常重要。

2.試驗內容

本試驗主要研究以下幾點內容：

（1）混凝土振搗的工藝標準以及使用高頻振動器輔振的必要性。

（2）進行混凝土接縫鑿毛工藝比選，通過各種鑿毛工藝的質量和功效比較，確定適用的鑿毛工藝。

（3）混凝土擬選用的幾種配合比和易性比較。

（4）進行砼接縫的密實性研究，上下層砼澆筑后在不同齡期差和不同鑿毛、澆筑工藝的綜合影響下，檢查構件施工縫的水密性。

3.試驗模型

在預制工廠進行試件的制作與試驗，按10m×3.5m墩身結構平面尺寸1：1進行模擬，其配筋方式根據構件設計圖紙進行安裝（不安裝骨架和預應力元件）；內腔倒角部分不考慮模擬，按直角進行內模安裝。

根據試驗需要，擬制作2個獨立的試件：

試件1：高度取1.4m，其外模委托專業模板廠加工（高度方向分成0.5m+0.9m），一次安裝1.4m高；內模利用木模按0.5m+0.9m分層安裝；砼分節澆筑：第一次澆筑0.5m，按普通振搗（插入式振動棒）工藝要求振搗，澆筑后斷面處理按拉毛、沖擊鉆鑿毛、高壓水沖洗方式分塊獨立鑿毛；第2次澆筑前按一半灑水后直接澆筑，一半涂抹環氧樹脂粘結劑后澆筑進行試驗。澆筑時采用在外模上安裝高頻輔助振動器進行振動比較試驗。

試件2：高度取0.5m，采用試件1總結出的振搗工藝，試驗另一種混凝土配合比。

按實驗目的，先進行試件1的制作并進行一系列的試驗研究；后制作試件2，按試件1的總結工藝進行制作，檢驗試件1的工藝總結可靠性。

4.試驗操作工藝及試驗結果分析

試件1需研究振搗工藝、鑿毛養生工藝和接縫水密試驗，因此分2次進行砼澆筑工作。砼按本項目C50海工混凝土配比進行拌制，澆筑時采用汽車泵泵送并按30cm分層澆筑控制。

4.1 砼性能比較試驗

因試件1分兩次澆筑，試件2一次澆筑，合計試驗構件澆筑次數為3次，擬將三次澆筑的砼配比分別為三種設計配合比，檢查現場施工時砼的和易性能。

實驗結果見表1和表2。

4.2 振搗工藝比較試驗

振搗工藝共按三步來進行：

①試件1第一層0.5m高，插入式振動棒，由工班自由振搗，檢查工班的振搗水平及意識；

②試件1第二層0.9n高，為本次振搗工藝研究試驗的主體工作，其將構件分為3大塊，分塊1為外模上按1m間距設置高頻振動器附著設施，采用2套高頻振動器周轉使用，進行輔助振搗，內側用插入式振搗；分塊2直接采用插入式振搗，按50cm間距均勻振搗。分塊3采用插入式振搗，在分塊2的基礎上，要求振搗完成后，沿外模邊（主筋內側）進行周邊插點式補振。

③在試件2的澆筑時，采用試件1確定的振搗工藝進行全構件同類振搗，檢查拆模后的外觀質量。

試驗結果見圖1～4。

對于由工班自由振搗的部分，與按50cm間距均勻振搗的部分效果基本相同，工班自由振搗意識較高，能夠自覺按照規范要求進行振搗。將后面三種振搗方式進行比較，振搗效果最好的為第4種振搗方式，其次為第3種振搗方式，最后為第2種振搗方式。且第4種振搗工藝，對于輔助式振動器的振搗時間按照8s、12s、15s、20s、30s的5種不同的控制時間進行振搗，試驗結果表明，輔助式振動器在12s和15s這兩個時間段控制比較合適，對模板的損傷不大，且能達到預期的振搗效果。但試驗所用外模面板剛度較小，附著式振動器效果會比較明顯，但實際使用的外模為整體桁架結構，剛度大，附著式振動器效果可能會降低。

通過試驗確定實際施工采用工藝3施工。

4.3 混凝土鑿毛工藝的研究

試件的養生前期直接采用灑水養生，鑿毛后頂部覆蓋土工布并灑水保持濕潤，外模拆除后外表面采用塑料薄膜包裹，內模采用噴灑養護劑的方式模擬構件養生環境。構件1兩次砼之間施工縫需進行處理，其處理方式共分三種：

①水沖洗鑿毛：在混凝土強度達到0.5mpa時，利用加壓泵將自來水加壓，沖洗混凝土表面的表面砂漿和松弱層。按澆筑完成后4h、6h沖洗，觀察試驗結果，確定水沖洗鑿毛的工藝具體指標性要求和大約時間段。

②空壓機鑿毛：此工藝較為成熟，混凝土強度達到10mpa時，采用空壓機+風鎬對混凝面進行鑿面，主要研究是空壓機鑿毛的施工便利性和工效分析。

③沖擊鉆鑿毛：混凝土強度達到2.5nipa-l0nipa時，采用沖擊鉆進行紋路式鑿毛，主要研究是沖擊鉆鑿毛的施工便利性和工效分析。

試驗結果如下：

（1）高壓水槍鑿毛試驗結果：

試件1混凝土鑿毛表面積為4㎡，在澆筑4小時后即可利用高壓水槍對混凝土表面進行沖毛；經過對水壓的調節，把水壓控制于20MPa時，沖毛效果較好，對試件1的沖毛時間為10分鐘，高壓水槍沖毛作業工效為24㎡/h。沖毛效果如圖5。

試件2的混凝土鑿毛表面積為4㎡，澆筑完成后在混凝土表面噴灑混凝土緩凝劑（緩凝劑按照3h緩凝時間配置），按照0.5㎡/kg標準噴灑，在澆筑6小時鐘后進行高壓水槍沖毛，在水壓為20MPa時，水槍的沖鑿力對混凝土表面的影響較?。缓髮⑺畨毫φ{至30MPa，此時沖毛效果較好，對試件2的沖毛時間為8分鐘，高壓水槍沖毛作業工效為30㎡/h。沖毛效果如圖6。

（2）利用空壓機鑿毛試驗結果：

利用空壓機鑿毛的構件，在澆筑完后9小時方可進行，且由于構件1內部存在墩身豎向鋼筋，空壓機鑿毛操作空間較小。空壓機鑿毛面積為1.6㎡2，鑿毛時間為25分鐘，即空壓機作業工效為3.75㎡/h。

（3）利用沖擊鉆鑿毛試驗結果：

利用沖擊鉆鑿毛的構件，在混凝土澆筑完畢后7個小時候可進行沖擊鉆鑿毛。利用沖擊鉆進行鑿毛時，鑿毛空間有限但可操作，兩臺沖擊鉆鑿毛面積為10㎡，鑿毛時間為85分鐘，沖擊鉆作業工效為3.5㎡/h。

綜合比較以上3種鑿毛工藝，高壓水槍沖毛作業工效最高，開始沖毛時間較早，在混凝土澆筑后4個小時即可開始沖毛。沖擊鉆和空壓機鑿毛工效相當，但沖擊鉆鑿毛開始時間較早。對于高壓水槍沖毛，由于沖毛水壓力較大，在沖毛過程中水壓力會出現不穩定狀況，同時高壓水槍設備容易出現故障。 通過試驗，推薦實際使用時采用高壓水沖毛，過程加強對設備的檢修。

4.4對混凝土試件接縫的密實性研究

試件鑿毛處理后，部分區域涂環氧樹脂粘結膠，增加接縫的粘結性和抗滲性。其他區域在第2次砼澆筑前進行灑水濕潤處理。根據前述試驗過程中不同的接縫鑿毛工藝和二次澆筑時界面連接處理措施，組合出如左圖所示的區域。在試件1第二層砼養生達到7d后，先將腔1、2內加水注滿空腔，連續觀察3天分塊1～6接縫是否有水滲出。

試驗結果如下：對于上述7塊區域的外表面進行觀察，均未發現漏水狀況，如圖7。

5 結語

通過此次施工前的工藝試驗，明確了混凝土施工配合比和主要的施工工藝，為實施性施工方案的編制提供了重要依據，對后續的承臺墩身預制施工起到非常積極的作用。endprint