劉朝強 （湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

超高索塔高性能混凝土施工技術(shù)

劉朝強 （湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)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(yōu)化設(shè)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(shù)在國內(nèi)同類型橋梁建設(shè)中很少見到,之前也沒有太多的經(jīng)驗可以借鑒,因此對國內(nèi)超高索塔高標(biāo)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(shè)計；耐久性

1 概述

近年來，我國基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)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(xué)性能要求，還要達到美觀、防裂、耐久和長期穩(wěn)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(jīng)驗，對超高索塔高標(biāo)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(shè)計寬度為33.5m。主橋設(shè)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(jié)構(gòu)，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(cè)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(zhì)量要求，除滿足內(nèi)在力學(xué)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(wěn)定性。為了確保索塔C55混凝土的內(nèi)在、外在質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土配合比、原材料、及混凝土的生產(chǎn)、泵送、澆筑、振搗和養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)。

圖1 洞庭湖大橋橋型布置圖

2 混凝土配合比設(shè)計

索塔混凝土的性能和質(zhì)量是關(guān)系到整個索塔工程安全、耐久的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在混凝土的配合比設(shè)計上，運用現(xiàn)代混凝土新技術(shù)新材料，結(jié)合洞庭湖區(qū)原材料資源和橋梁結(jié)構(gòu)、環(huán)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(zhì)量，增加美感。

2.1 原材料選擇

選擇混凝土原材料、優(yōu)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(xué)性能和力學(xué)性能兩方面。熱學(xué)性能方面要求混凝土絕熱溫升較小、放熱速率較小。力學(xué)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(shè)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(diào)研，按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)選試驗結(jié)果，確定各種原材料，完成原材料的優(yōu)選（原材料選擇見表1）。

原材料優(yōu)選結(jié)果匯總表 表1

2.2 配合比設(shè)計

①為了使索塔混凝土具有高工作性能、優(yōu)異的力學(xué)性、耐久性及美觀，配合比設(shè)計時采用了：三摻技術(shù)（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(shè)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(shè)計。參照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計》(GB/T50476-2008)，項目對混凝土工作性、抗壓強度、堿骨料反應(yīng)、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(biāo)進行了測試。根據(jù)試驗得到的測試結(jié)果，綜合分析了混凝土的各項性能指標(biāo)，綜合考慮得到的推薦最優(yōu)配比。

②經(jīng)過試配確定索塔砼配合比后進行現(xiàn)場混凝土澆筑試驗，驗證其工作性能、外觀質(zhì)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(xué)性能、力學(xué)性能、工作性能、耐久性和變形性能等為約束準(zhǔn)則，對塔柱大體積混凝土配合比進行優(yōu)化經(jīng)過多次試配和調(diào)整，選擇拌和物工作性能和力學(xué)性能以及熱學(xué)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(jié)構(gòu)，索塔頂部、下部和塔座設(shè)計為實心段結(jié)構(gòu)。由于實心段混凝土水化熱高，采用棱臺結(jié)構(gòu)邊角處散熱更快，易造成混凝土內(nèi)表溫差大，再加上養(yǎng)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(yīng)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(jié)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(yù)埋→塔座鋼筋、冷卻水管、模板安裝→塔座砼澆筑→第1～2節(jié)塔柱施工→安裝液壓爬模→第3～4節(jié)塔柱施工→安裝下橫梁支架→第5～12節(jié)塔柱施工→下橫梁施工→第13～47節(jié)塔柱施工→上橫梁施工→塔冠及附屬設(shè)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(shè)備搭設(shè)遮陽棚，可以使粗、細集料免受雨、陽光等環(huán)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(biāo)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(yīng)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(yīng)有固定的堆放地點和明確的標(biāo)識，標(biāo)明材料名稱、品種、生產(chǎn)廠家、和進廠（場）日期。原材料堆放時應(yīng)有堆放分界標(biāo)識，以免誤用。骨料堆場地面應(yīng)進行硬化處理，并設(shè)置必要的排水設(shè)施。

4.2 混凝土的生產(chǎn)

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

②生產(chǎn)工序的計量電子稱應(yīng)定期檢定，每一次混凝土澆筑前應(yīng)進行零點校核。

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

④混凝土開始澆筑時及生產(chǎn)過程中應(yīng)對新拌混凝土的坍落度進行測定，當(dāng)坍落度變化時，要及時調(diào)整用水量，避免出現(xiàn)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(chǎn)過程中，根據(jù)規(guī)范要求，對混凝土隨機取樣，按照J(rèn)TJ053-94標(biāo)準(zhǔn)，制作試塊，并按JTJ071-98標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣組數(shù)進行取樣，并對混凝土的強度進行評定。根據(jù)強度試驗結(jié)果繪制質(zhì)量控制圖。

4.3 混凝土的泵送

①混凝土泵啟動后，應(yīng)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(nèi)壁等直接與混凝土接觸部分。

②經(jīng)泵送水檢查，確定混凝土泵和輸送管內(nèi)無異物后，應(yīng)泵送與混凝土內(nèi)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(xù)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(guī)，混凝土與澆筑前應(yīng)對模板進行檢查，要嚴(yán)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(zhǔn)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(nèi)，串筒和下料溜槽間距控制在2m左右，在澆筑塔柱上方設(shè)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(chǎn)生過厚浮漿。

③使用插入式振搗器時，注意快插慢抽規(guī)則，應(yīng)避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其它預(yù)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(yīng)連續(xù)進行，如因故必須間斷時，其間斷時間應(yīng)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(yǎng)護

①摻粉煤灰、礦粉混凝土養(yǎng)護非常重要。在養(yǎng)護工序中，應(yīng)控制混凝土處在有利于硬化及強度增長的溫度和濕度環(huán)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(dāng)材料覆蓋和灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)應(yīng)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(dāng)氣溫低于5℃時，應(yīng)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(yǎng)護用水采用自來水，避免污水養(yǎng)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?；炷翉姸任催_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(shè)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(shè)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(yǎng)護措施，冬季施工的下塔柱沒有出現(xiàn)有害裂紋。

5 結(jié)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(yù)期效果。

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[2]GB50496-2009，大體積混凝土施工規(guī)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.

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TU755.6

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.022

劉朝強（1973-），男，貴州遵義人，畢業(yè)于長沙理工大學(xué)，工程師。