1 工程概况
构皮滩乌江大桥位于贵州省余庆县构皮滩镇,横跨乌江,桥面至水面高差130 m ,左岸桥头与箐口至工地的箐马公路相连,右岸桥头与太通公路相接,它不仅是构皮滩水电站工程“四通一平”中的配套工程,也是构皮滩水电站的重要组成部分。大桥总长为347 m ,其轴线与乌江河道基本正交,桥型为三跨预应力混凝土连续刚构桥,跨径组成为90m+ 160 m + 90 m。其中1 号、2 号桥墩为双肢薄壁空心墩,设计混凝土强度等级为C40。墩高72 m ,圆端形薄壁双墩结构,墩身两壁净距为410 m ,承台顶面以上35 m 设一道横系板,板厚210 m。每个墩壁在40 m 高度以下为圆端形实心截面,直线段长610 m ,圆端半径1125 m ,墩壁厚215 m ,40～69 m 高度内为圆端形空心截面,壁厚015 m ,并在顺桥向中心线处设厚215 m 的隔板,69 m 以上又变为实心截面,且两个圆端高出墩顶715 m ,见图1。
乌江两岸施工场地的狭窄除了给施工布置带来困难外,给材料运输也造成极大困难,更困难的是大量混凝土所使用的细集料,乌江两岸几乎找不到符合质量要求的河砂。外购需到200 km 外的砂场,不仅运输条件差,材料价格也高,无形加大工程成本,耽误工期。桥墩墩高壁薄钢筋密,要求混凝土具有早强、高落差不离析、良好流动性和耐久性。掺用粉煤灰等活性材料早期强度低、影响工期还增加成本。因此,经过多种施图1 刚施工完的双肢薄壁墩
工方案的反复比较,最后决定采用导流洞出碴加工成的机制砂、不掺粉煤灰配制C40 机制砂高性能混凝土并进行长距离的泵送管道运输方式。
2 主要原材料情况
2. 1 水泥
水泥考虑长距离泵送,初凝时间宜> 2 h ,其余指标符合国家质量标准。加之附近数十家单位施工,担心水泥供应问题。施工现场选择了花岗牌P·04215R和华峰牌P·04215R 两种水泥进行配合比设计,两种水泥常规指标见表1。
212 粗集料
采用导流洞出碴加工成的510～3115 mm 连续级配碎石。主要指标见表2。
213 细集料
采用导流洞出碴加工成的机制砂,具体各项性能指标见表3。
214 减水剂
拟选了HF25 高效泵送剂和FDN2SF 高效泵送剂进行配合比设计及拌合物性能比较。
215 水
直接取乌江江水,经检验符合规范要求。
3 配合比设计
311 初步水灰比选择
根据J GJ55 —2000 规范,计算出C40 混凝土理论配合比的初步水灰比WPC = 0145 。
3. 2 砂率选择
砂率选择是机制砂高性能混凝土设计的关键。合理的砂率能使混凝土具有较大的流动性,保持良好的粘聚性、保水性和可泵性,砂率还影响混凝土的强度。砂率偏低易造成混凝土粗糙,坍落度小,不易拌和、浇筑和振捣;在运输过程中易产生泌水、离析,影响正常
泵送;混凝土易产生蜂窝、麻面且外观质量差。砂率偏高,会造成混凝土拌和物坍落度大,收缩徐变大和强度不稳定,易产生表面裂缝。因此应根据混凝土强度、施工工艺和外观质量要求,选择合理的砂率。考虑到机制砂的棱角性及级配等特点对混凝土和易性的影响,首先按理论配合比同一统计参数W/ C =0145 选用不同的砂率进行试拌。通过对41 %、40 %、39 %、38 %、37 %一系列砂率在其他条件相同情况下拌合物性能的比较,确定砂率为38 %。
3. 3 水泥用量选择
根据所选的初步水灰比和最优砂率,为减少工作量,采用花岗P·04215R、掺加110 %HF25 高效减水剂进行配合比试拌试验,W/ C 分别取0143 、0145 、0147 、0150 和0153 。初定用水量205 kgPm3 ,要求坍落度>180 mm。在进行表观密度修正后结果见表4。
结果分析,单用机制砂配制高性能混凝土,水泥用量在462～484 kg/ m3 较为合适。机制砂含石粉且粗糙,水泥用量过大,易造成混凝土粘稠,也会增大混凝土干缩和徐变;水泥用量过小,会造成混凝土拌合物泌水率、粘聚性差,会直接影响混凝土外观质量、强度和抗渗等性能。同时也说明花岗P·04215R 和掺加HF25高效减水剂相容性不是很好。
3. 4 外加剂选择
在不掺粉煤灰等活性材料,机制砂高性能混凝土外加剂只能通过高性能的外加剂来改善机制砂因级配不良及粗糙度大带来的混凝土拌合物粘稠可泵性差、泌水率和粘聚性差等问题。因此机制砂高性能混凝土外加剂应具有减水、增稠、缓凝和早强等性能,采用华峰P·04215R 和HF25 高效减水剂、FDN2SF 高效减水剂进行配合比试验,结果见表5 和表6。
由表5、表6 试验结果可以看出: 当采用华峰P·04215R、掺加018 % FDN2SF 高效减水剂或掺加1. 0 % HF25 高效减水剂,W/ C = 0143 时,均符合设计要求。
3. 5 配合比确定
通过两种减水剂单价比较, 认为采用华峰P·04215R、掺加0. 8 % FDN2SF 高效减水剂, W/ C =0143 时混凝土成本低,拌合物流动性好、强度高。经
监理工程师审核,最终选择用于C40 施工的配合比为表6 中1 号配合比方案。
4 施工控制
1) 混凝土生产 采用HZS25A 型自动计量拌合站集中进行搅拌,HBT60C21416 型混凝土输送泵直接设在搅拌机下,由输送管输送到浇筑面。确保整个混凝土质量生产的稳定性。在混凝土生产过程中要严格按配合比计量,控制好出机坍落度为180～200 mm;适当延长搅拌时间,借以改善混凝土和易性,提高保水性和粘聚性。
2) 严格控制机制砂生产 由于机制砂加工过程易造成颗粒大小比较集中,为此细度模量控制在313～316 之间较为适宜。颗粒太粗则混凝土浆体太少,易
出现蜂窝麻面等外观缺陷,太细则降低混凝土强度。机制砂中宜保持适宜的石粉含量,以改善泵送混凝土的和易性,提高混凝土的强度和耐久性, < 0108 mm 的石粉含量控制在4 %～6 % 较适宜。在机制砂加工过程中要经常测定石粉含量,确保石粉含量控制在允许范围内。
3) 混凝土捣固 墩身混凝土分多节灌筑完成,采用L = 75 cm的捣固棒进行捣固,每30 cm 振捣一遍,保证混凝土密实连续。要适当缩短振捣时间,以克服
机制砂高性能混凝土的泌水现象,避免混凝土表面形成疏松层,以混凝土表面开始泛浆为度。切忌捣固过度,造成混凝土离析、表层光洁度差、起褶皱等表面缺陷。
4) 选用经验丰富的施工人员 严格按照泵送规程,操作过程中尽量避免停泵,工人倒班昼夜作业,泵送中途若停歇时间> 20 min 时,应每隔5 min 开泵一
次,使泵正反运转几次,同时开动料斗的搅拌器,使管内混凝土蠕动,防止混凝土离析;若长时间停泵,应将管内混凝土返泵出管,然后加海棉球压水清洗。
5) 混凝土养护 混凝土灌筑完毕后在模板外侧洒水养护,拆模后用双层塑料薄膜覆盖洒水养护14 d 以上,以防止早期表面裂缝的产生。
5 试验结果及分析
双肢薄壁空心墩施工中共制做了104 组自检混凝土试件,其中1 # 墩55 组,2 # 墩49 组。根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041 —2000 评定标准。墩身的强度应同时满足:
Rn - KpSn ≥019 R = 019 ×40 = 36. 0 MPa
Rmin ≥ K2 R = 0185 ×40 = 3410 MPa
式中 Rn ———同批n 组试件强度的平均值(MPa) ;
n ———同批混凝土试件组数;
Sn ———同批n 组试件强度的标准差(MPa) ;
R ———设计的混凝土强度等级(MPa) ,取40 MPa ;
Rmin ———n 组试件中强度最低一组的值(MPa) ;
K1 、K2 ———合格判定系数, 当n ≥25 时, K1 取1160 , K2 取0185。
经计算1 # 墩Rn = 4615 MPa , Sn = 2142 MPa , Rmin =
4110 MPa , Rn - K1 Sn = 4216 MPa ;2 # 墩Rn = 4714 MPa ,
Sn = 2134 MPa , Rmin = 4118 MPa , Rn - K1 Sn = 4317 MPa 。
1 # 墩和2 # 墩混凝土强度评定均合格。
构皮滩乌江大桥双肢薄壁空心墩采用机制砂高性能混凝土施工,外观杜绝了色差、冷缝、蜂窝、麻面,达到了光洁、颜色一致、内实外美的标准。
6 结语
1) 机制砂颗粒及人工砂颗粒的形状为尖锐、棱角形,有别于浑圆状的天然砂,其粘结力大,机械咬合作用强,在通过控制石粉含量在4 %～6 %、选用合适泵送剂增大混凝土流动性的同时能抵消机制砂的部分缺陷,单纯采用机制砂作为细集料是能配制出C40 高性能混凝土的。
2) 单用机制砂配制C40 高性能混凝土,由于水泥用量较大且用在高墩,砂率不宜过大,应通过试拌选用。
3) 进场水泥必须存放一周以降低水泥本身热量,防止水泥过热造成混凝土坍落度损失过快。
4)选用性能好且具有高低压输送方式的混凝土泵。
