大跨度雙塔斜拉橋主塔泵送混凝土施工質量控制技術研究

游 丘 林， 楊 雷

(1.中國水利水電第七工程局有限公司 試驗檢測研究院，四川 郫都 611730；2.中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

韓灘雙島大橋位于金堂縣沱江上游600 m處，工程全長1 641 m，橋面寬38 m，按雙向6車道設計，是成都市目前跨度最大、鋼箱梁最重、主塔柱最高的一座雙塔雙索面斜拉橋。大橋主塔高137.5 m，呈鉆石型。下塔柱由6個不規則的箱室構成，高10 m，下橫梁高度為2 m；中塔柱為77.6°的內傾角，高度為70 m，結構尺寸為5.5 m×8.8 m，箱室壁厚分別為60 cm和1.2 m；中橫梁高度為5 m，圓弧過渡段為11 m，圓弧半徑為50 m；上塔柱高度為38.7 m，布置了17組鋼錨梁，上橫梁高度為3.8 m，塔冠高8 m。主要工程量：單個主塔混凝土總量為87 00 m3，鋼筋2 000 t。

2 主塔混凝土施工方案

主塔混凝土為單塔分層澆筑，其中下橫梁及下塔柱連續三層采用臂架泵車入倉；下塔柱三層以上、中橫梁、上塔柱、上橫梁、蓋帽采用混凝土地泵入倉?；炷猎诰嚯x主塔4 km處的SZ90自動稱量拌和站集中拌制，所有混凝土均由21 m3混凝土攪拌車運送到現場。在距離主塔18 km處設有另一座SZ90自動稱量拌和站作為應急攪拌站；1臺車載泵、2臺塔吊和2 m3吊罐作為混凝土應急入倉方案。[1]

2.1 下塔柱混凝土施工方案

下塔柱及橫梁高12 m，分三層進行澆筑，第一次澆筑高度為5 m、第二次澆筑高度為5 m，第三次澆筑高度為2 m。下塔柱上、下側分別設置現澆支架，現澆支架采用型鋼焊接桁架作為主受力結構(I56b和I36b)，左、右側各布置8片桁架，桁架間距為1.2 m。橫向設置分配梁(I28b)，面板采用18 mmWISA板。下塔柱內側箱室采用鋼管腳手架和木模在現場搭設。為防止在混凝土澆筑過程中下塔柱外側箱室內模系統上浮，在現場設置臨時連接將內模與下塔柱豎向主筋進行連接，同時在各箱室模板之間設置對拉鋼筋相對定位，并將所有對拉鋼筋與外模支架對拉鋼筋連通。

2.2 中塔柱混凝土施工方案

中塔柱因第①、②節段高度較低，故優先采用汽車泵入模，第③～第節采用三一重工HBT80C-2118地泵進行混凝土輸送。中塔柱泵管順塔柱靠中線側的順橋向面布置，以充分利用結構仰角、減少布設難度。在待澆段模板高度范圍內，泵管不得附在模板上，以避免振動導致模板變位?；炷翝仓r，為了減小混凝土自由落體高度，采用懸掛溜筒下料進行混凝土布料。溜筒布置間距為1.5 m，溜筒單節長度為1 m，根據澆筑高度，在澆筑過程中接長或縮短溜筒長度，從而保證混凝土自由落體高度不大于2 m?；炷翝仓ΨQ下料、分層振搗，分層澆筑厚度不得超過30 cm。混凝土振搗時分區定塊、定員作業，混凝土振搗應密實，無漏振、過振現象。振搗采取快插慢拔方式，嚴格控制棒頭插入混凝土的間距、深度與作用時間，并密切觀察振搗情況，在混凝土泛漿、不再冒出氣泡時視為混凝土振搗密實，防止混凝土表面出現蜂窩、麻面，甚至空洞等缺陷?；炷琳駬v間距小于40 cm，振搗上層混凝土時要插入下層混凝土5 cm以上。將每個振動點的振搗時間控制為35～45 s?；炷翍匆欢ê穸?、順序和方向分層澆筑，上下兩層混凝土的澆筑時間間隔不宜超過90 min，在混凝土初凝前完成上層混凝土澆筑，防止產生施工縫。由于節段高度達6 m，故其下方3 m范圍內的混凝土振搗需操作人員進入塔柱內進行，以確保質量。

2.3 中橫梁混凝土施工方案

中橫梁結構尺寸高度為5 m，寬度為6.8 m，長度由10.36～9.11 m漸變，內部空腔結構尺寸：高3.8 m，寬5.6 m，四側倒角為50 cm×50 cm，上下底板厚度均為60 cm(圖1)。兩側塔柱段的結構尺寸高度為5 m，橫向寬度為5.632 m,縱向寬度為8.8 m，上下橫隔板厚度為60 cm，縱向塔柱厚度為2.5 m,橫向塔柱厚度為60 cm。混凝土澆筑采用兩臺地泵同時進行，地泵布置在主塔前后兩側，配置罐車7輛(每臺地泵配3輛罐車)。從中橫梁中部往兩側塔柱分層進行澆筑，每層厚度為50 cm，當澆筑完下倒角及中橫梁底板(第一層)后，需對地泵進行沖洗后方可進行下層澆筑。中橫梁處采用溜槽(Ф630鋼管切割形成)進行澆筑，在溜槽長度方向上開設3個孔洞接Ф250帆布下料筒用于中橫梁下料；塔柱混凝土下料采用地泵軟管直接下料。溜槽布置情況見圖1。

圖1 中橫梁溜槽平面布置圖

澆筑前，在塔柱順橋向壁厚0.6 m墻的模板上間隔1 m上下共布置了8個10 cm×10 cm的振搗孔，同時每面墻上設置了1個平板振搗器，共計4個，在斜拉索精扎螺紋鋼錨固區與張拉區交接位置處的模板上設置平板振搗器，每個塔柱(靠塔吊側)邊角各設置1個，本次共設置了4個。澆筑過程中下料連續、均勻，控制混凝土入模速度，盡量減小其沖擊力，混凝土振搗主要使用插入式振搗器(Ф30、Ф50、Ф70等)，附著式振搗器輔助，分區專人振搗，分區由專人監督，以確保混凝土澆筑密實。澆筑混凝土時，應經常觀察模板、支架有無異樣，當發現有松動、變形時，應立即停止澆筑，馬上加固，測量人員利用支架上的反光貼觀察支架的沉降變形情況，若出現異常，則須調整后方可繼續澆筑混凝土。為保證混凝土質量，澆筑完成后對達到一定強度的終凝混凝土必須及時進行養護，通過提前布置的冷卻水管并在中橫梁混凝土頂面進行土工布+蓄水養護，塔柱進行灑水養護。

3 主塔C55泵送混凝土澆筑常見的問題

根據其他類型橋梁工程施工經驗，主塔C55泵送混凝土施工常易出現以下現象或質量缺陷：(1)混凝土在經攪拌車運輸到現場后其坍落度、擴展度損失大而影響到混凝土拌和物的工作性能，從而導致出現泵送入倉困難或堵泵現象，影響混凝土的澆筑速度，澆筑成型后的混凝土容易出現蜂窩麻面情況，更嚴重時會造成混凝土狗洞、施工冷縫；(2)混凝土出現深度超過鋼筋保護層的裂縫或貫穿性裂縫；(3)混凝土澆筑成型后強度達不到設計要求等。由于主塔具有塔身高、懸空外露的特點，若出現質量缺陷將很難處理，不但影響工程進度、質量，還會給項目及企業帶來一定的負面影響，因此，主塔C55泵送混凝土施工是主塔施工質量控制的關鍵。筆者詳細介紹了主塔C55泵送混凝土采取的施工質量控制措施以及取得的效果，希望能為后續類似工程施工提供參考。

4 主塔C55泵送混凝土施工質量控制措施

工程實踐證明：項目的所有參與人員的認識程度對其混凝土施工質量控制起著決定性的作用，決定著所有參與人員的重視程度，項目決策、措施到位的深度以及落實程度。

主塔混凝土施工前，項目技術部通過組織主塔C55泵送混凝土施工技術交底，以及組織相關人員到類似工程施工現場觀摩學習的方式，從理論和實際出發講解并分析了C55泵送混凝土施工中容易出現的各種常見問題、質量缺陷以及所帶來的相應負面影響，讓參建人員深刻認識到質量控制的重要性，形成上下一心確保主塔混凝土質量的氛圍，從而保證以下決策、措施的制定和人、機、物、資金的投入，所采取的主要措施如下[2]。

4.1 混凝土原材料質量控制

(1)膠凝材料、摻和料、外加劑的質量控制。所進場的每批次水泥、粉煤灰、硅粉、減水劑必須經過試驗室現場取樣檢測合格并滿足相應的規程規范及設計標準要求后才能用于工程，并分別存放于獨立的儲罐；減水劑還需做與水泥的適應性試驗和混凝土配合比拌和物性能復核試驗。

(2)砂石骨料的質量控制[3]。由于工程周邊城市大發展，建設項目猶如雨后春筍，加之城市基本建設已經大力建設了數十年，周邊方圓數百公里區域已無優良砂石骨料，周邊所能獲得的砂石骨料大多為由鵝卵石加工的人工砂和碎石，由于其含泥量、破碎面大多不滿足標準要求，項目部采取“走出去”的方式，到距離工程所在地300 km以外的區域選取礦山開采原料濕法生產的優質人工砂和人工碎石(粒徑為5～10 mm、10～20 mm)，進場后每車取樣檢測需滿足規范要求才能用于工程，且砂石骨料均與其他混凝土骨料分開，單獨分倉存放于框架式彩鋼瓦搭建的堆場中，以此確保骨料含水量表里一致、均勻，從而保證所拌制的混凝土拌和物性能均勻、穩定，避免了混凝土因拌和物性能波動過大而影響到澆筑及成品的質量。

4.2 混凝土配合比設計及參數的確定

混凝土配合比由項目部試驗室進行設計，并邀請全國知名混凝土專家丁慶軍教授蒞臨現場全程指導混凝土配合比試驗設計及論證。設計論證通過后經第三方檢測機構復核配合比并報監理工程師批準后方可用于工程施工，從而確保了配合比的可行性。主塔C55泵送混凝土配合比設計參數見表1。[4]

在混凝土配合比設計時，考慮到以下混凝土生產、運輸、泵送、澆筑等實際情況：坍落度控制在180～240 mm、擴展度控制在550～620 mm，且經時3 h無損失，5 h損失在10%以內(坍落度、擴展度均按上限控制)；含氣量控制≤3%；水泥為P·O42.5級普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為II級粉煤灰；硅粉為EBS-92半加密硅粉，固定每m3摻量為20 kg；外加劑采用VIVID-500聚羧酸高性能減水劑；砂為人工砂；石子為直徑5～10 mm、10～20 mm，兩種級配的最佳摻配比例為20∶80。

表1 主塔C55泵送混凝土配合比設計參數表

4.3 混凝土試生產及試泵送澆筑

采取混凝土試生產及試泵送澆筑的目的是通過試生產確定最終的施工配合比。試泵送澆筑模擬澆筑過程檢驗根據試生產確定的施工配合比拌制的混凝土實際泵送入倉的效果，達到提前練兵和組織協調混凝土生產、運輸、泵送、澆筑、養護等一整套完整流程以及獲得混凝土強度是否滿足設計要求的目的，從而為主塔混凝土的順利澆筑創造良好條件。

混凝土試生產的原則：以設計配合比為基準，保持水膠比、用水量、砂率不變，適當微調減水劑摻量，根據試生產混凝土拌和物和易性及力學性能指標，選取坍落度、擴展度最大、經時損失最小，拌和物性能最好的配合比作為最終施工配合比。[5]

混凝土試生產檢測項目為混凝土拌和物坍落度、擴展度、經時損失、含氣量、溫度等指標，以及每種試生產配合比標準養護試件3 d、7 d的抗壓強度?；炷猎嚿a選取的3個試驗方案見表2。經現場試驗得到的試生產混凝土拌和物性能、力學性能、可泵性見表3。

表2 混凝土試生產試驗方案表

表3 混凝土試生產試驗成果表

由表3可知：(1)3種試生產方案混凝土7 d抗壓強度已經達到28 d設計齡期強度控制值，基準有少量泌水和翻拌輕微受阻的情況；(2)由于拌和樓生產拌和方量大造成拌和物性能比室內試驗放大并引起含氣量超過設計控制值；(3)綜合3種試生產方案并進行比較后選取2號方案作為施工配合比試泵送澆筑，1號方案作為備用參考。

試泵送澆筑選用2號方案生產混凝土后運輸至距拌和站6 km處與主塔基本相同的倉號澆筑，運輸罐車和混凝土泵機均為以后主塔澆筑所用?；炷吝\輸至現場后在罐車里放置2 h和4 h測定混凝土拌和物的和易性，其拌和物性能結果和試生產試驗結果基本一致，同條件取樣成型試件3 d、7 d齡期抗壓強度也與試生產標養試件抗壓強度結果基本一致，故最終選定2號方案作為最終混凝土配合比，1號方案作為備用參考。

4.4 混凝土溫控及養護

混凝土溫控及養護的主要目的是為了保證混凝土強度滿足設計要求并防止混凝土產生裂縫。由于本工程使用C55高強混凝土，其膠凝材料用量非常高且倉號鋼筋布置密集、斷面尺寸小(600 mm×1 200 mm)，溫控措施不到位混凝土澆筑后開裂風險更高。故該工程溫控主要從澆筑入倉及澆筑后混凝土內外溫差兩方面進行控制預防。

(1)混凝土入倉溫度控制。混凝土入倉溫度按≤28 ℃控制，其主要為原材料及混凝土運輸、泵送控制。該工程入倉溫度控制措施為：拌和用水采用深井地下水(常年水溫15 ℃～20 ℃)；水泥入罐溫度控制在50 ℃及以下，生產混凝土時使用儲罐內放置10 d以上的水泥；砂石骨料均采用框架式彩鋼瓦搭建的料場堆放，必要時噴拌和用水降低骨料溫度；夏季施工時盡量避開高溫時段澆筑，運輸罐車配置噴淋裝置用以降低罐車溫度，在混凝土泵送管路安裝噴淋裝置，澆筑前先通水以降低泵送管路溫度。

(2)混凝土內外溫差的控制及養護。夏季施工倉號配置噴淋裝置，使澆筑期間倉面溫度降低；冬季低溫施工時采用澆筑后用保溫被覆蓋以防止內外溫差過大造成溫度開裂；澆筑結束至混凝土初凝后保濕養護，終凝后過水養護；24 h后松動模板防止內外溫差過大造成裂縫及表面龜裂現象。

(3)上下兩倉澆筑時間間隔控制。該工程上下兩倉混凝土澆筑間隔時間均控制在14～18 d以內。因為下層混凝土齡期越長、越穩定，溫度變形越小，但對上層新澆混凝土的溫度變形約束越大，就越容易造成上層混凝土出現裂縫。必須嚴格按照試驗室提供的同條件試件抗壓強度數據確定拆模時間。

(4)所有參與人員必須全程參與。該工程從混凝土試生產、試澆筑、正式澆筑等過程所有參與人員必須全程參與，切實做到心中有數，才能確保混凝土施工質量。

5 取得的效果

通過上述施工質量控制措施的逐一布置落實，韓灘雙島大橋主塔混凝土C55泵送混凝土施工過程井然有序，從正式澆筑到目前，半年時間過去了，澆筑了近40倉約5 000多m3混凝土，混凝土拌和物性能穩定，未發生拌和物性能波動過大從而影響混凝土泵送入倉的現象，混凝土標準養護、同條件養護試件抗壓強度均滿足設計要求。對現場混凝土進行實體回彈強度檢測其結果均滿足設計要求。經現場排查，除西塔中橫梁因單次澆筑方量達500 m3、倉號內未布置安裝冷卻水管造成淺表性龜裂外(東塔中橫梁因西塔中橫梁發現表面龜裂后采用了布置冷卻水管措施)，未發現其他裂縫。

6 結 語

金堂韓灘雙島大橋主塔C55泵送混凝土施工及質量控制實踐證明：只有通過提高全體參建員工的認識，統一思想，慎重擬定混凝土配合比，嚴把原材料質量關，并通過混凝土試生產、試泵送澆筑確定最終的施工配合比，以及切實有效的混凝土溫控及養護措施等，是可以有效地避免韓灘雙島大橋C55泵送混凝土在施工中出現混凝土拌和物工作性能不穩定從而影響泵送澆筑、混凝土強度不滿足設計要求、混凝土出現裂縫、蜂窩麻面甚至狗洞等常見的質量問題，同時亦避免了因質量缺陷對施工進度、項目及企業造成的不良影響，所取得的經驗值得類似工程借鑒參考。