超高索塔高性能混凝土施工技術

劉朝強 （湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南 長沙 410000）

超高索塔高性能混凝土施工技術

劉朝強 （湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南 長沙 410000）

文章介紹了大岳高速洞庭湖大橋超高索塔混凝土的原材料選擇和配合比優化設計和施工工藝的研究和探索，很好地解決了在滿足高性能混凝土強度和耐久性的前提下,保證其良好的泵送性和高工作性能，順利將C55高性能混凝土一次性泵送至203m塔頂。該項技術在國內同類型橋梁建設中很少見到,之前也沒有太多的經驗可以借鑒,因此對國內超高索塔高標號混凝土施工有很好借鑒作用。

高性能混凝土；超高索塔；配合比設計；耐久性

1 概述

近年來，我國基礎建設得到迅猛發展，高性能混凝土在高速鐵路、超高層建筑、大跨徑橋梁、水利工程、地鐵等領域得到廣泛的應用。為順利將C55高性能混凝土一次性泵送至203m塔頂，混凝土除滿足203m高度混凝土泵送要求外，還需滿足強度要求和熱學性能要求，還要達到美觀、防裂、耐久和長期穩定性要求。本文通過大岳高速洞庭湖大橋超高索塔高性能混凝土施工的成功經驗，對超高索塔高標號混凝土施工有很好參考作用。

洞庭湖大橋全長2390.18m，橋面設計寬度為33.5m。主橋設計為（1480+453.6）m雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，全橋橋型布置如圖1所示。

兩岸橋塔均采用門型框架結構，由塔柱和橫梁組成，包括上塔柱、下塔柱、上橫梁和下橫，岳陽側塔高203.088m，混凝土方量28820.5m3。對于索塔，提出了比以往施工的索塔更高的質量要求，除滿足內在力學性能外，還須滿足外觀以及203m高度混凝土泵送要求，索塔混凝土除強度要求滿足以外，還須達到美觀、防裂、耐久和長期穩定性。為了確保索塔C55混凝土的內在、外在質量，應嚴格控制混凝土配合比、原材料、及混凝土的生產、泵送、澆筑、振搗和養護等各個環節。

圖1 洞庭湖大橋橋型布置圖

2 混凝土配合比設計

索塔混凝土的性能和質量是關系到整個索塔工程安全、耐久的關鍵環節之一。在混凝土的配合比設計上，運用現代混凝土新技術新材料，結合洞庭湖區原材料資源和橋梁結構、環境施工等特點，研制出可實際使用的高性能混凝土，提高其耐久性、安全性和使用壽命，同時提高混凝土外觀質量，增加美感。

2.1 原材料選擇

選擇混凝土原材料、優化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較小的熱強比、較大的抗裂能力，具體來講主要包括熱學性能和力學性能兩方面。熱學性能方面要求混凝土絕熱溫升較小、放熱速率較小。力學性能要求混凝土抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大且收縮變形較小。配合比設計時還需考慮混凝土可泵性、工作性等，以滿足施工要求。

針對本工程的特點、對混凝土各種材料進行了調研，按照國家現行標準對原材料進行篩選，將不適合本工程需要的原材料剔除掉；最后，基于材料優選試驗結果，確定各種原材料，完成原材料的優選（原材料選擇見表1）。

原材料優選結果匯總表 表1

2.2 配合比設計

①為了使索塔混凝土具有高工作性能、優異的力學性、耐久性及美觀，配合比設計時采用了：三摻技術（摻粉煤灰、礦粉、高效減水劑）、低水灰比、低水泥用量、合理砂率。采用三元正交設計法，對項目中混凝土水泥、礦粉和粉煤灰膠凝材料進行了基于各項性能的研究設計。參照《混凝土結構耐久性設計》(GB/T50476-2008)，項目對混凝土工作性、抗壓強度、堿骨料反應、抗開裂性能、氯離子滲透性以及干縮和碳化性能等各項性能指標進行了測試。根據試驗得到的測試結果，綜合分析了混凝土的各項性能指標，綜合考慮得到的推薦最優配比。

②經過試配確定索塔砼配合比后進行現場混凝土澆筑試驗，驗證其工作性能、外觀質量以及強度等。影響混凝土性能的因素有很多，其中最主要的因素有水泥種類、水膠比、拌合水及膠凝材料用量、摻合料摻量、集料類型、外加劑的使用等。考慮對混凝土影響的主要因素，以混凝土的熱學性能、力學性能、工作性能、耐久性和變形性能等為約束準則，對塔柱大體積混凝土配合比進行優化經過多次試配和調整，選擇拌和物工作性能和力學性能以及熱學性能較好的配合比。其配合比見表2。

③為確保混凝土的泵送性能在不同的索塔高度采用了不同的混凝土配合比。

④洞庭湖大橋主塔呈門型框架結構，索塔頂部、下部和塔座設計為實心段結構。由于實心段混凝土水化熱高，采用棱臺結構邊角處散熱更快，易造成混凝土內表溫差大，再加上養護較困難等特點使得實心段容易開裂。為了改善混凝土的抗拉強度低、極限應變小、抗沖擊性差、脆性大、易開裂等特點，滿足對混凝土高強度高韌性的要求，通過在高性能混凝土中摻入短切纖維以改善其上述不足。

3 索塔施工工藝

塔柱節段采用液壓爬模施工，塔柱混凝土采用高壓輸送泵垂直泵送入模。其施工工藝為：塔柱鋼筋及勁性骨架預埋→塔座鋼筋、冷卻水管、模板安裝→塔座砼澆筑→第1～2節塔柱施工→安裝液壓爬模→第3～4節塔柱施工→安裝下橫梁支架→第5～12節塔柱施工→下橫梁施工→第13～47節塔柱施工→上橫梁施工→塔冠及附屬設施施工。

4 混凝土施工控制

4.1 混凝土的原材料控制

①堆料場和料斗以及攪拌設備搭設遮陽棚，可以使粗、細集料免受雨、陽光等環境影響，減少粗、細集含水率的波動。

表2索塔混凝土配合比一覽表

②混凝土用水泥、粉煤灰、礦粉采用儲存罐單獨儲存，并做好標識，特別注意防止混料和防潮。

③碎石采用三級或兩級配，碎石應分級采購、分級運輸，分級儲存堆放，分級計量，堆放高度不超過5m。

④不同混凝土原材料應有固定的堆放地點和明確的標識，標明材料名稱、品種、生產廠家、和進廠（場）日期。原材料堆放時應有堆放分界標識，以免誤用。骨料堆場地面應進行硬化處理，并設置必要的排水設施。

4.2 混凝土的生產

①索塔混凝土在開盤前均要測定砂、碎石含水率，根據含水率換算施工配合比通知單。混凝土生產過程中，天氣變化和含水率明顯變化時，應增加測定次數，依據檢測結果及時調整用水量和砂、石用量。

②生產工序的計量電子稱應定期檢定，每一次混凝土澆筑前應進行零點校核。

③在配料工藝中，整個生產期間，每盤混凝土的各種組成材料的稱量結果的偏差應滿足粉料±1%，集料±2%，水和減水劑±2%的規定。

④混凝土開始澆筑時及生產過程中應對新拌混凝土的坍落度進行測定，當坍落度變化時，要及時調整用水量，避免出現坍落度偏大或偏小。在對坍落度測定時，同時觀察混凝土拌和物的粘聚性和保水性。

⑤混凝土的攪拌時間最短不得低于120s。

⑥混凝土生產過程中，根據規范要求，對混凝土隨機取樣，按照JTJ053-94標準，制作試塊，并按JTJ071-98標準規定的取樣組數進行取樣，并對混凝土的強度進行評定。根據強度試驗結果繪制質量控制圖。

4.3 混凝土的泵送

①混凝土泵啟動后，應先泵送適量的水以濕潤混凝土泵的料斗活塞及輸送管的內壁等直接與混凝土接觸部分。

②經泵送水檢查，確定混凝土泵和輸送管內無異物后，應泵送與混凝土內除粗骨料外的其它成分相同配合比的水泥砂漿，潤滑的水泥漿必須泵送到模板之外。

③混凝土泵送連續進行（配備用混凝土泵），要盡量避免和縮短中斷時間。

4.4 混凝土的澆筑、振搗

①按照常規，混凝土與澆筑前應對模板進行檢查，要嚴格控制模板的清潔，模板在涂刷機油時，不得過厚和漏刷，機油的粘度不宜過大。并檢查鋼筋位置和保護層厚度是否準確，是否按要求固定好墊塊，以免露筋。

②混凝土澆筑時自由傾落高度控制在1.5m以內，串筒和下料溜槽間距控制在2m左右，在澆筑塔柱上方設置一中央料斗采取多點同時布料工藝，混凝土分層澆筑厚度不宜超過20cm，避免混凝土離析、流動過遠和產生過厚浮漿。

③使用插入式振搗器時，注意快插慢抽規則，應避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其它預埋件。振搗程序是先周圍后中間，呈梅花形布點，并注意混凝土攤鋪四周高中間低，以便把氣泡盡量往中間趕出，避免聚集在模板處。并不得漏振、少振，又不能過振避免混凝土離析。

④混凝土澆筑應連續進行，如因故必須間斷時，其間斷時間應小于前層混凝土的初凝時間或能重塑時間。

4.5 混凝土的養護

①摻粉煤灰、礦粉混凝土養護非常重要。在養護工序中，應控制混凝土處在有利于硬化及強度增長的溫度和濕度環境中，使硬化后的混凝土具有必要的強度和耐久性。

②混凝土澆筑完畢后，在初凝以后，及時采用適當材料覆蓋和灑水養護，灑水次數應維持混凝土表面濕潤，拆模后立即在混凝土表面進行覆蓋。

③當氣溫低于5℃時，應覆蓋保溫，不得向混凝土面上灑水。

④為了使混凝土顏色保持一致，養護用水采用自來水，避免污水養護。

⑤混凝土強度未達到2.5MPa前，不得使其承受行人、模板、支架及腳手架、堆放的鋼筋等荷載。混凝土強度未達到15MPa前不得安裝下道工序的鋼筋，避免振動破壞待強混凝土。

⑥塔座、下塔柱施工正值冬季施工，為此專門設計了保溫隔冷模板，混凝土澆筑完后，在模板頂口做好覆蓋保溫工作，并搭設暖棚。拆模后加強成品保護，防止混凝土表面受到污染，由于采取了以上混凝土的養護措施，冬季施工的下塔柱沒有出現有害裂紋。

5 結語

大岳高速洞庭湖大橋203m高索塔C55混凝土分47次澆筑,索塔線性順直混凝土表面平整光潔，垂直度、偏位情況以及混凝土的強度外觀等均達到預期效果。

[1]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]GB50496-2009，大體積混凝土施工規范[S].

[3]中交第二公路工程局有限公司.公路橋梁施工系列手冊——懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4]CECS207:2006，高性能混凝土應用技術規程[S].

[5]王達乾.公路橋梁高性能混凝土應用分析[J].福建建材，2010（6）.

[6]姚燕，等.高性能混凝土[M].北京：化學工業出版社，2006.

TU755.6

B

1007-7359（2016）06-0058-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.022

劉朝強（1973-），男，貴州遵義人，畢業于長沙理工大學，工程師。