酉水大桥主墩混凝土质量控制技术.pdf

・桥涵工程・酉水大桥主墩混凝土质量控制技术孥璃瑶（中铁二十三局集团第四工程有限公司成都６１００３１）摘要以酉水大桥主墩混凝土施工为例，介绍了混凝土配合比设计方案，并通过试验测试，分析试验结果，建立了混凝土标养强度与本体混凝土强度关系式，达到了保证混凝土早期强度，控制混凝土质量的目的。关键词桥梁主墩混凝土配合比设计质量控制中图分类号ｕ４４５．５７文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１４）增ｌ一叭１７０５１工程概况早强高效减水剂。经检验性能指标见表１。酉水大桥为孑Ｌ径采用４×４０ｍ（预应力混凝土Ｔ梁）＋８０ｍ＋１４５ｍ＋８０ｍ（预应力混凝土连续箱梁）；主桥长３０８．０４ｍ，引桥长１６４．２４ｍ，桥梁全长为４７２．２８ｍ。其中主跨４＃交接墩为薄壁矩形空心墩，墩高５５ｍ，截面尺寸为６５０ｃｍ×３４０ｃｍ；主跨５＃、６样桥墩均为矩形空心墩，最大墩高６１ｍ，截面尺寸为７００ｃｍ×６００ｃｍ。全部采用液压翻模施工。根据工程情况，为加快施工进度和便于施工人员操作，要求墩身实现混凝土流态化施工，混凝土—坍落度控制在１６０２００ｍｍ之间。本桥在６～１０℃月环境气温２０～３９．５，温度高、混凝土凝固快，要求混凝土终凝时间控制在６～８ｈ。在１～５月和ｌＯ℃～１２月环境气温在一１０～１５，温度低、混凝土凝固慢，要求混凝土的终凝时间在４～５ｈ。由于液压自升平台的负载及墩身快速施工等原因，要求墩身早期强度在１６—ｈ达６８ＭＰａ。２混凝土配合比设计２．１原材料选择水泥：海螺水泥普通硅酸盐Ｐ．Ｏ．５２．５，经检测：胶砂强度尺，、Ｒ：。分别达２４．６ＭＰａ、５８．１ＭＰａ，凝结时间３ｈ２０ｍｉｎ，其他指标符合现行标准要求。石料：粒径５～４０ｍｍ，级配合格，含泥量ｌ％。≤砂：级配合格，石粉含量ｌＯ％，细度模数３．１５。外加剂：选用ＨＥ一２缓凝高效减水剂和ｕｚＦ．２Ｂ——收稿日期：２０１４０３２５铁道建篱技术ＲＡ『ＬＭｙＣＯ～Ｓ丁尺ＵＣ丁『Ｏ＾『丁￡－ｃｆ＿ｆ￣０ＬＯＧｙ表１ＨＥ－２、ＵＺＦ．２Ｂ减水剂性能指标外加剂减水率／％泌水率比／％流动度／ｍｍ凝结时间差（终凝）ＨＥ－２８～１２≤９５１４０～１５０≤＋２ｌＯＵＺＦ．２ＢｌＯ～１５≤９５１５０～１６０—６０～＋９０２．２试验方案及测试结果确定因素位级表，选择Ｌ９（３４）正交表（见表２）。表２ＬＪ９（３４）因素位级表因素级ＡＢＣＤ位ＨＥ．２／％ＵＺＦ－２Ｂ／％水泥用量／ｋｇ水灰比砂率／％１０．６０．６３４Ｊ０Ｏ．５４４０２Ｏ．７０．７３５０Ｏ．５６４３３Ｏ．８Ｏ．８３６００．５８４６考核指标为：混凝土标准养护１６ｈ、２８ｄ的混℃凝土抗压强度，在２０条件下的混凝土坍落度与凝结时间。试验方案与计算结果见表３。２．３试验结果分析对掺ＨＥ．２高效缓凝减水剂试验结果进行直观分析，序号６、８符合施工要求。从混凝土的流动性与凝结时间比较，序号８更有利于施工。其组合条件为：Ａ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｄ２，即ＨＥ一２掺量０．７％、水泥用量３６０∥ｋｍ３水灰比０．５８、砂率４３％。相应的试验结果：混凝土强度１６ｈ为８．ｏＭＰａ，Ｒ勰为３８．８ＭＰａ，坍落度１８０ｍｍ，混凝土终凝时间７．８ｈ。掺ｕｚＦ－２Ｂ高效早强减水剂试验结果直观分２０７４’ｆ增Ｊ¨７万方数据桥涵工程・析，序号３、８、９均符合施工的要求。从混凝土的强度来考核，序号８更优于序号３、９。其组合条件为：Ａ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｄ２，相应的试验结果：混凝土强度１６ｈ为８．７ＭＰａ，尺２８为３８．ｏＭＰａ，坍落度１７１ｍｍ，混凝土终凝时间５．３ｈ，表３试验方案与结果结果外加ＡＢＣＤ强度／ＭＰａ剂坍落度／ｍｍ终凝时间／ｈ１６ｈ２８ｄｌｌｌ３２４．１２９．９２０１７．４２２１１１９．４３９．９１４０５．１掺３３１２３５，８３４．４１４６８．０缓４１２２ｌ６．６３５．４１７０５．７凝５２２３３２．８３０．９２ｌＯ８．８减水６３２ｌ２１０．６４０．１１６６６．０剂７ｌ３Ｉ３７．８３６．１１４１５．８８２３２２８．０３８．８１８０７．８９３３３ｌ６．２３４．９１８８８．６１１１３２４．６３１．４１５８４．４２２ｌｌＩ１０．６４０．３１５０３．４掺３３１２３８．１３５．８１７８５．２早４１２２ｌ８．７３６．４１４４３．８强５２２３３３．９３１．２１７１４．５减水６３２ｌ２１２．０４１．２１３８３．１剂７１３】３９．８３９．１１３０３．４８２３２２８．７３８．Ｏ１７ｌ５．３９３３３ｌ７．３３５．２１７２５．５掺ＨＥ一２型与掺ｕｚＦ一２Ｂ型的两种试验，从表４分析得知，影响混凝土强度与流动性主要因素均相同。主次顺序为：水灰比ｃ一砂率Ｄ一外加剂Ａ一水泥用量Ｂ。影响混凝土凝结时间条件亦相同。主次顺序为：水灰比Ｃ一外加剂Ａ一水泥用量Ｂ一砂率Ｄ２．４配合比的选定℃若环境气温在２０以上，可采用掺ＨＥ－２型试验中序号８的组合条件进行施工。℃若环境气温在一１０～２０，可选用掺ｕｚＦ．２Ｂ型试验中第８号的组合条件进行施工。１１８表４试验结果分析结果外加ＡＢＣＤ强度／ＭＰａ剂坍落度／ｍｍ终凝时间／ｈ１６ｈ２８ｄ１ｌ１３２４．１２９．９２０１７．４２２１１ｌ９．４３９．９１４０５．１掺３３ｌ２３５．８３４．４１４６８．Ｏ缓４ｌ２２ｌ６．６３５．４１７０５．７凝５２２３３２．８３０．９２１０８．８减水６３２ｌ２ｌＯ．６４０．１１６６６．Ｏ剂７ｌ３ｌ３７．８３６．１１４１５．８８２３２２８．Ｏ３８８１８０７．８９３３３ｌ６．２３４．９１８８８．６１ｌｌ３２４．６３１．４１５８４．４２２ｌｌｌｌＯ．６４０．３１５０３．４掺３３ｌ２３８．１３５．８１７８５．２旦４ｌ２２１８．７３６．４１４４３．８强５２２３３３．９３１．２１７ｌ４．５减水６３２ｌ２１２．０４１．２１３８３．１剂７ｌ３ｌ３９．８３９．１１３０３．４８２３２２８．７３８．Ｏ１７ｌ５．３９３３３１７．３３５．２１７２５．５３建立系统早期强度关系式３．１用快速养护法建立强度关系式根据选定的配合比，制取试件２０对组。其中２０组标准养护２８℃ｄ，另２０组采用８０热水法进行加速养护，取其两者的抗压强度值。标准养护（尺：。）与快速养护（Ｒ。）的强度值见表５。表５标准养护与快速养护的强度值序号ＲＪＲ２８序号尺Ｊ尺２８１９．４２８．８ｌｌ７．９２８．９２１０．６３３．０１２１０．６３６．８３１２．６４１．０１３１２．１４１．Ｏ４９．１３１．８１４１０．１３６．４５１１．０３８．４１５９．０３２．４６１１．６３９．Ｏ１６ｌＯ．８３７．１７８．９３２．８１７８．４３０．６８９．５３４．２１８１１．６３９．１９１２．６４２．Ｏ１９１０．１３５．９１０９．１３３．Ｏ２０８．４３０．６铁道建笳技术ＲＡ『ＬＷ４ｙＣＯ～Ｓ丁尺ＵＣ丁ｆＯ～丁￡－ｃＨ～ＯＬＯＧｙ２Ｄ７４ｆ增ＴＪ万方数据桥涵工程・根据强度关系式：尺＝Ａ＋Ｂｘ尺；，按照表６数据计算如下：尺２８＝７０２．８／２０＝３５．１尺．＝２０３．４／２０＝１０．１７Ｂ：婴兰塑堂兰坐生盟掣：２．６９９—２１０７．４０．０５×２０３．４２—，４＝３５．１２．６９９×１０．２＝７．６９得混凝土强度关系式：尺２８＝７．６９＋２．６９９尺，关系式相关系数７和剩余的标准差．ｓ的计算：７—２５２．３０．０５×２０３．４×７０２．８￣／（２５０１６一ｏ．０５×７０２．８２）×（２１ｃｒ７．４一ｏ．０５×２０３．４２）＝０．９３９７５耻．／坐些墅竺磐挈訾旦盟幽：１．４４—√。—２０２—‘１一ｙ＝０．９３９＞０．８５５／Ｒ２８＝（１．４４／３５．１）×１００％＝４．１％＜１０％表６强度关系计算表序号尺Ｊ尺２８尺；Ｒ五‘尺，Ｒ２８ｌ９．４２８．８８８．４８２９．４２７０．７２ｌＯ．６３３．０１１２．４ｌ０８９３４９．８３１２．６４１．０１５８．８ｌ６８１５１６．６４９．１３１．８８２．８ｌ０１１．２２８９．４５１１．Ｏ３８．４１２１．０ｌ４７４．６４２２．４６１１．６３９．０１３４．６ｌ５２１．０４５２．４７８．９３２．８７９．２ｌ０７５．８２９１．９８９．５３４．２９０．３１１６９．６３２４．９９１２．６４２．０１５８．８ｌ７６４．０５２９．２ｌＯ９．１３３．０８２．８ｌ０８９．０３００．３ｌｌ７．９２８．９６２．４８３５．２２２８．３１２１０．６３６．８１１２．４ｌ３５４．２３９０．１１３１２．１４１．０１４６．４ｌ６８１．Ｏ４９６．１１４１０．１３６．４１０２．Ｏ１３２５．Ｏ３６７．６１５９，Ｏ３２．４８１．Ｏｌ０４９．８２９Ｉ．６１６１０．８３７．１１１６．４ｌ３７６．４４００．７１７８．４３０．６７０．６９３６．４２５７．Ｏ１８１１．６３９．１１３４．６ｌ５２８．８４５３．７１９１０．１３５．９１０２．０ｌ２８８．８３６２．６２０８．４３０．６７０．５９３６．３６２５７．０∑２０３．４７０２．８２１０７．４２５０１６７２５２．３铁道建镝技术闩Ａ『ＬｗＡｙＣ０～Ｓ丁只ＵＣ丁『ｏ～丁ＥＣＨ～ＯＬＯＧｙ相关系数不少于０．８５，关系式标准差应不大于标准养护２８ｄ强度平均值的１０％。因此，所建立的关系式可用于推定标准养护２８ｄ强度。３．２建立１６ｈ强度关系式３．２．１１６ｈ与２８ｄ混凝土试件关系式制取混凝土试件１８对组，其中１８组标准养护１６ｈ，另１８组标准养护２８ｄ。根据试验数据，建立强度关系式：尺２８＝２６．１３２１０７＋１．３０２５９×尺１６ｈ相关系数：ｙ＝０．９６９４＞０．８５标准差：５＝１．０４．ｓ／Ｒ２８＝（１．０４／３５．９）×１００％＝２．９％＜１０％该１６ｈ强度关系式可用于推定标准养护２８ｄ混凝土强度３．２．２建立混凝土标养强度与本体混凝土强度关系式制取混凝土试件，模拟本体混凝土温度进行试验。在试验室制取数次１０对组试件，其中１０组放入快速养护箱，模拟结构本体温度在不同的时间内进行养护。另１０组放入标准养护室作对应试验，其试验数据见表７。表７混凝土试件标准养护与模拟本体混凝土温度养护对应强度值℃模拟本体混凝土温度３０的标养不同龄期的强度／ＭＰａ不同龄期的强度值／ＭＰａ１６ｈｌｄ３ｄ５ｄ６ｄ７ｄ１６ｈｌｄ３ｄ５ｄ６ｄ７ｄＮｌ６．３８．Ｏ２０．Ｏ２５．４２６．７２８．０９．４１０．９２２．４２７．１２８．４２９．０Ｎ２７．６１０．３１８．６２３．８２５．８２６．６８．６１２．４２３．８２７．４２６．９２８．１Ｎ３６．９９．Ｏ１９．５２４．４２５．５２５．９８．８１１．８２４．８２６．７２７．２２７．７Ｎ４７．７８．８１７．７２４．８２４．９２７．０７．９１２．Ｏ２１．１２６．５２７．５２７．９Ｎ５６．６９．６１８．８２５．Ｏ２６．６２６．６８．４１１．８２４．４２７．７２６．６２８．０Ｎ６７．５１０．１１９．２２６．Ｏ２４．４２６．０９．３１０．８２３．０２７．Ｏ２７．７２８．６Ｎ７６．９９．３１８．５２３．９２５．６２７．４８．１１１．４２３．８２５．８２７．９２７．９Ｎ８６．４８．４２０．６２４．６２６．８２５．６９．７１３．１２４．５２６．４２８．０２８．８Ｎ９７．９８．５２１．３２５．８２６．３２８．１ｌＯ．４１１．３２１．２２７．４２６９２７．６ＮｌＯ８．２９．０１９．８２４．３２７．４２７．９９．０ｌＯ．５２２．０２７．０２７．Ｏ２７．４均值７．２９．１１９．４２４．８２６．０２６．９８．８１１．６２３．１２６．９２７．５２８．１根据表７数据用回归方程建立强度关系式，并绘出标养与本体强度回归对应曲线（见图１）。标养与本体强度回归曲线中，ｘ为标养强度２０７４ｆ增７Ｊ１１９万方数据・桥涵工程・（ＭＰａ）；】，为本体混凝土强度（ＭＰａ）。图１标养与本体强度回归曲线图对数回归对应强度关系式：ｙ＝一２０．７７５＋１４．８２３８ｌｎｘ推算尺，本体混凝土强度关系式：Ｒ，＝１４．５８８＋１．８８８８×Ｒ１６ｈ３．３三个强度关系式的关系快速养护强度在严格的试验条件下，能在短时间内准确判定２８ｄ混凝土强度是否合格。此关系式受试验仪器条件的限制和人的因素影响，有时产生的数据误差很大，无法判定混凝土的质量，而现场的混凝土施工不能停止，所以需要建立１６ｈ强度关系式，以进一步验证和判断混凝土质量。１６ｈ强度关系式操作简便，误差机率小，但由于原材料的变化或人为因素，有时造成标养试件强度偏低。在这种情况下，很难判定混凝土合格与否。针对这一问题，根据混凝土水化热在混凝土内部产生温度机理，以温度为纽带，建立｝昆凝土标养与本体强度关系式。三种强度关系式互为补充，相互验证，全部起用，能准确判定混凝土质量，及时有效杜绝混凝土质量事故。４现场混凝土质量试验控制４．１混凝土凝结时间控制７月底，墩身进入实心段施工，混凝土浇筑量一模５６０℃ｍ３，环境气温３９，由于受机械和场地限制，每浇筑一层混凝土在３０～４０ｍｉｎ。根据施工条件，选掺ＨＥ一２型高效缓凝减水剂，试验中序号８的组合条件进行施工。按照配合比，严格控制水灰比，认真调配外加剂溶液。经现场抽检，混凝土坍落度１８６ｍｍ，终凝时间６ｈ３０ｍｉｎ。所浇筑混凝土色泽一致，消除了混凝土施工中的冷缝、色差。１２０℃１０～１２月间，日平均气温在５～１５。由于环境温度低，混凝土终凝时间长，影响施工进度。为此选用掺ｕｚＦ－２Ｂ早强减水剂，试验中第８号的组合条件进行施工。根据影响混凝土凝结时间的主要因素：水灰比与外加剂，在现场抽查、试验，严格掌握｝昆凝土拌和物的主要控制指标。如４号墩身第５７板，混凝土浇筑量１８６℃ｍ３，当时环境气温６．５，仅用４．５ｈ混凝土浇筑完毕。经现场试验，混凝土坍落度１６８ｍｍ，凝结时间５ｈ２５ｍｉｎ，混凝土强度合格，满足了施工的要求。４．２混凝土坍落度控制混凝土施工时的坍落度，一定要符合配合比的要求。若坍落度偏大，混凝土泌水增大，凝结时间延长，强度降低；若坍落度偏小，混凝土不能自动流动，增加施工困难，影响施工进度。除此以外还要根据气候温度与每板混凝土浇筑量适时调整。℃环境温度在２０以上，坍落度控制在１８０～２００ｍｍ，在混凝土浇筑到每一板的３／４时，将坍落度调整为１４０ｍｍ，以缩短混凝土的凝结时间，提高模板的周转率，加快施工进度。℃℃环境气温在５～２０，坍落度控制在１４０～１７０ｍｍ。在混凝土浇筑到每一板的２／３时，调整混凝土坍落度为１００～１４０ｍｍ，减少拌合用水量，缩短凝固时间，增加混凝土的早期强度。坍落度调整应根据试验结果极差分析，影响混凝土流动性主要因素进行。４．３混凝土早期强度控制为了消除因早期强度低带来的混凝土弊端，及时准确掌握早期强度数据，在混凝土的施工中，三个强度关系式全部起用。如５号墩身混凝土施工４６℃ｍ处，环境温度１５、混凝土浇筑量１９８ｍ３，仅用４ｈ１０ｍｉｎ就浇筑完毕。现场抽样检查试验数据见表８、９。表８现场抽样试验数据混凝土坍落度１７０ｍｍ凝结时间５ｈ５ｍｉｎ混凝土入模温度１９．６ｏｃ１６ｈ混凝土内部温度℃３０．５快速养护强度９．８ＭＰａ推算标养２８ｄ混凝土强度３４．１ＭＰａ推算标养２８ｄ混凝土强度３４．６ＭＰａ１６ｈ标养强度６．５ＭＰａ推算混凝土结构本体强度７．３ＭＰａ推算７ｄ结构本体混凝土强度２６．９ＭＰａ铁道建筑技术ＲＡｌＬＷＡＹｃｏＮｓＴＲＵｃＴｌｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１４ｉ增１）万方数据・桥涵工程・表９混凝土温度时间／ｈ℃环境温度／混凝土内温度／ｑＣ℃墩内温度／１６１５３０２０２４１８４０２３４８１４４５２３７２１７４６２５９６１６４６２５以上数据均符合试验控制的要求，满足了施工的需要。５结束语（１）混凝土实行流态化，降低了劳动强度，加快了施工进度。但其早期强度低，混凝土不能及时脱膜，施工人员不能及时在液压平台上操作。否则液压平台、机具及施工人员产生的力将破坏强度低的混凝土结构，造成混凝土外表出现脱皮现象，严重影响施工进度与外观质量。若有快速施工和规定期限强度的要求，必须建立一套系统的早期强度控制手段，以及时、准确掌握混凝土的早期强度数据，发现问题随时修正施工配合比，杜绝发生混凝土强度质量事故。因此试验控制工作风险较大。（２）墩身混凝土流态化，要根据气候、温度随时调整。尤其是每板的最后二层混凝土要减少拌合用水量，以加速混凝土凝固，提高早期强度与模板使用周转率。（３）由于掌握了混凝土强度增长规律，建立了比较实用的早期强度关系式，不仅达到了好施工目的，而且保证了混凝土早期强度。“—————“・＋Ｐ－－＋．－Ｐ一－Ｐ一－Ｐ－＋一＋＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一十一十一＋一＋一十一＋一＋一＋一十一＋一＋一十一＋一＋一十一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋（上接第９１页）桥为２×１６ｍ双孔框架结，净空高５．２ｍ，基底持力—层为淤泥层及流砂层，承载力仅为５０６０ｋＰａ，箱体“”在脱离滑板后就出现了扎头。分别采用了注浆、换填、打桩等常规做法后，地基加固后承载力提高效果不明显，在刚刚进入路基后就出现近１０ｃｍ的“”“”扎头，且趋势明显。为控制继续扎头在桥的另一侧打入６００×１４ｍｍ的钢管，３根一组，每组间距３ｍ，形成一个支撑导向基础，同时在桥体底板前端３ｍ范围内施工由３０ｃｍ的高压旋喷桩加固桥体前端的路基及基底，以便桥体顺利平稳上钢管及减少“”钢管前端下沉，采用此法控制了扎头增大的趋势。顶进就位后前后高低差仅为１．６ｍｍ，见图６。图６钢管导向滑道（单位：ｃｍ）４．４其他技术“”（１）管幕法防扎头技术。此技术是在框架桥的四周打入钢管做帷幕，框架桥在帷幕内进行顶进施工。帷幕既可防水又可以对土体起到支护作用，还能控制框架的标高及方向，在软基条件下需口字型布置。边墙、中墙下的钢管宜密布且铰合，其他部位可以按一定间距布设。此技术在南水北调中线一期工铁道建篇技术只饵ＪＬＷＡｙＣ０～Ｓ丁尺ＵＣ丁『０～丁ＥＣＨ～ＯＬＯＧｙ程河北省霸州市境内穿越津保高速公路顶进３孔４．４ｍ×４．４ｍ钢筋混凝土方涵中得以应用。“”（２）框架桥盾构法防扎头技术。此技术是在框架的前端安设盾构机，盾构机是一种可以分块组成的机械，可以把大框架断面分成若干个小的断面。盾构机分块切土前进，后面的预制框架再进行“”跟进，前端扎头通过盾构机进行控制。江西南昌绕城公路穿越南昌火车站顶进１８ｍ跨钢筋混凝土框架桥时应用此技术。因加工盾构机一次投入费用高，此技术受到一定限制，仅对有覆土，富水饱和软土、穿越公路、铁路等复杂条件下较适用。另外，此技术应用较少，技术尚未成熟，但也不失为一种框架桥软土地基顶进中值得探讨的技术。５结束语““顶进框架桥中扎头控制由于受多种因素的影响，其受力比较复杂，很难从受力的角度找到一种平衡，所以在顶进施工设计时，除从框架桥结构设计上采用必要的措施，提高地基承载力外，在施工顶进中也要选用适当的顶部加固措施，控制地下水对地基的干扰，并加强施工监测，根据监测结果随时调整挖土方式。只有采取综合施工措施，才能“”控制好扎头，保证顶进效果。参考文献［１］李家稳．地道桥设计与施工［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２０１１．２０１４ｌ增１｛１２１万方数据