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文檔簡介
1、.淺析廣東佛山平勝大橋大跨徑自錨式懸索橋錨塊混凝土裂縫控制技術 摘要: 自錨式懸索橋梁自平衡受力體系中錨區(qū)混凝土的整體性是整橋受力體系的關鍵之一,本文通過對該橋錨區(qū)混凝土裂紋控制經(jīng)驗描述,進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識,盡量避免工程中出現(xiàn)危害性較大的裂縫,并提出了可行性的預防措施。 關鍵詞:自錨式懸索橋錨塊混凝土;溫度裂縫;混凝土配方;溫升;熱散;工藝控制;摸索 一、前言 高標號大體積混凝土的工程條件比較復雜,施工情況各異,再加上市場上原材料的材性差別也較大。平勝大橋大跨徑自錨式懸索橋錨塊混凝土,其構(gòu)造尺寸設計及結(jié)構(gòu)受力更為特殊。索股錨固體是一個預應力鋼筋混凝土實體,它直接承受主纜的巨大拉力
2、,它具有體積大、強度高的特點,屬于特殊混凝土工程。錨塊作為橋梁重要受力構(gòu)體,其混凝土工藝性能及成品性能在施工中是一項重大課題,其中,解決該結(jié)構(gòu)混凝土水化熱裂紋控制問題是施工的關鍵。本人根據(jù)實際工作情況,結(jié)合參與該結(jié)構(gòu)施工的施工體驗、啟發(fā)、總結(jié),試對佛山平勝大橋錨塊混凝土施工中的幾項關鍵技術控制進行淺析。 二、工程簡介 廣東佛山平勝大橋的主橋是獨塔單跨四索面混合梁自錨式懸索橋,主跨350m,是當時世界上最大跨度的自錨式懸索橋,是佛山市“一環(huán)”城市快速干線最大的控制工程。自錨式懸索橋在形式上與地錨式懸索橋相似,但其受力和施工方法卻有很大的不同,現(xiàn)成可借鑒的經(jīng)驗不多,在設計和施工中有許多問題需要攻關
3、,主纜錨固處高標號大體積混凝土不開裂是本橋施工是否成功的關鍵之一。兩岸錨跨混凝土方量分別為8181m3、6017m3,構(gòu)造物高出地面十多米,其防開裂控制技術也是本文所要分析的核心問題。錨區(qū)與橋梁結(jié)構(gòu)關系可見圖1所示。 常規(guī)大體積混凝土工程受外荷載引起裂縫的可能性很少,而平勝大橋錨區(qū)則例外,成橋及運營階段錨區(qū)都在承擔巨大外力,這就要求施工中有切實可行的措施來保證錨體混凝土不開裂,盡量減少表面裂紋,拒絕深度開裂或貫穿性裂紋。 三、錨塊混凝土施工的關鍵技術控制 3.1混凝土配方設計 (1)錨區(qū)C50混凝土配合比原材選用原則按以下幾條控制: a、選用低水化熱品牌水泥; b、盡量減少水泥用量; c、摻入
4、適量優(yōu)質(zhì)礦渣、粉煤灰代替水泥用量以降低水化熱; d、選用緩凝高效減水劑有效延緩水化熱峰值出現(xiàn)。 (2)錨區(qū)高性能大體積混凝土配合比,見表1: 錨區(qū)混凝土每方材料用量表 (單位:kg) 表 1 3.1.1水泥品種選擇和用量控制 (1)水化熱數(shù)值: 通過試驗數(shù)據(jù),對幾種品牌水泥的比選后,選用了廣東省水化熱最低的珠江粵秀牌P.42.5R水泥,其3d及7d水化熱分別為236kJ/kg、243kJ/kg,比其它優(yōu)質(zhì)品牌同等級水泥約低1030kJ/kg。 (2)絕對溫升及混凝土內(nèi)部最高溫度計算 計算珠江粵秀牌P.42.5R水泥絕對溫升: Tmax= (W×Q)/(C×) = (337&
5、#215;236) / (0.96×2500) = 33.1(°C) 公式中:Tmax絕對溫升(°C);W水泥用量(kg/m3);Q水泥水化熱(kJ/kg);C混凝土比熱,取0.96kJ/(kg°C);混凝土單位體積重量(kg/m3) 計算混凝土水化熱7天內(nèi)最高溫度: Tmax =Tmax×+=33.1×0.9+28=57.8(°C) 公式中:Tmax 混凝土最高溫度(°C);散熱影響系數(shù),經(jīng)驗最小值取0.9;入模溫度(°C) 按高強混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程(CECS104:99)的規(guī)定,混凝土內(nèi)部溫度不宜高于
6、75°C,計算結(jié)果遠低于規(guī)定值,滿足錨區(qū)C50高性能混凝土施工要求。 (3)水泥用量 減少水泥用量的前提是可泵性及滿足配合比設計強度要求。平勝大橋錨區(qū)中錨導管、鋼筋、預應力管道密集,要求設計坍落度控制為(220±20)mm,按自流平混凝土設計。減少水泥用量引起的坍落度損失由高效減水劑及優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦渣摻量來補償。而坍落度及強度是通過試配試驗數(shù)據(jù)來考核?,F(xiàn)場坍落度實測值為230245mm,減去施工坍落度損失約520mm,符合本結(jié)構(gòu)自流平混凝土坍落度設計值,滿足泵送要求。從混凝土抗壓強度標準養(yǎng)護:(20±2)°C,大于90%濕度統(tǒng)計來看,28d強度都超過設計
7、強度,并有一定的富余值。有關資料顯示:水泥用量每增減10kg,溫度亦相應升降1°C,該配合比水泥用量比橋規(guī)最高值要求減少了163kg/m3,理論最高溫度也隨之降低16.3°C。 3.1.2外加劑和礦物摻合料選用 (1)外加劑 大體積混凝土所用的外加劑一般宜緩凝劑和減水劑并用或采用緩凝型減水劑。因為緩凝劑可使水泥的水化熱釋放速度減慢,有利于熱量的消散,能使混凝土內(nèi)部的溫升有所降低,這對于避免產(chǎn)生溫度裂紋是有利的。另外,摻入一定量的高效緩凝減水劑能使混凝土的和易性有明顯的改善,若不減少拌合水,坍落度可提高100mm左右,混凝土28d強度可提高10%20%;若保持強度不變,可節(jié)約
8、水泥10%,從而降低水化熱。所以,選用合適的外加劑對平勝大橋錨區(qū)高性能(高標號、低熱量、自流平)混凝土施工配合比設計來說是很重要的一環(huán)。近年來,高效減水劑科學發(fā)展是飛快的,市面上品種也較多,在這方面,華南理工大學吳少梅教授給了我們很多專業(yè)理論意見,結(jié)合本工程特殊條件,并通過試驗最終采用了具有減水、保塑、緩凝、泵送等復合功能的緩凝高效減水劑KJ-5RL?;炷脸跄龝r間控制在1216h,坍落度為(220±20)mm,從使用效果來看是成功的。 (2)摻合料 平勝大橋錨區(qū)混凝土配比選用粵和廠的優(yōu)質(zhì)級粉煤灰58kg/m3,同時摻入115kg/m3的礦渣,進一步降低水化熱,提高混凝土和易性。 大
9、體積混凝土摻入各種礦物摻合料,不僅可以減少水泥用量,而且可以改善混凝土的工作性能,有利于施工操作;同時,可以延長混凝土的凝結(jié)時間,有利于熱量的消散。因而也是一項控制溫度裂紋的有效措施。有資料表明,粉煤灰取代20%水泥,可使7d水化熱下降11%,取代30%水泥時下降25%。摻粉煤灰混凝土隨齡期的溫度變化可示于圖2。 3.1.3集料的選擇 集料占混凝土總質(zhì)量比例是最大的,所以正確選用砂石集料對保證混凝土質(zhì)量,節(jié)約水泥用量,降低水化熱和降低工程成本都是非常重要的。平勝大橋錨區(qū)混凝土是特殊混凝土工程,配合比設計中每一環(huán)節(jié)都是關鍵,對于集料來說其級配和最大粒徑就是關鍵一環(huán)。 (1)粗集料 高標號大體積混
10、凝土應優(yōu)先選用自然連續(xù)級配的粗集料配制。連續(xù)級配具有較好的和易性、較少的用水量、節(jié)約水泥用量和較高的抗壓強度等優(yōu)點。而最大粒徑的選擇更為科學,因為我們的試驗結(jié)果表明,采用540mm石子比采用520mm石子,每立方混凝土用水量可減少15kg左右,水泥用量可節(jié)約20kg,混凝土溫升可降低2°C,但是,粒徑增大容易引起離析現(xiàn)象,所以,粗集料選擇應該有一個最佳的最大粒徑。這個參數(shù)不僅與施工條件有關,而且與結(jié)構(gòu)物的形狀和配筋間距等有關,也就說條件允許下最大粒徑可考慮大值。平勝大橋錨區(qū)結(jié)構(gòu)尺寸復雜,鋼筋及各種預埋件密集,綜合考慮采用了525mm連續(xù)級配體積穩(wěn)定的碎石。 (2)細集料 與粗骨料分析
11、道理相似,細骨料最佳細度模數(shù)宜在2.62.9之間,因為過細用水量和水泥用量增大,過粗時混凝土和易性變差。該數(shù)值范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)中粗砂可顯著降低混凝土的溫升和減少混凝土的開裂。 (3)集料的質(zhì)量要求 集料含泥量多少是影響混凝土質(zhì)量的重要因素。集料含泥量過大,對混凝土的強度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融、抗磨損及和易性都產(chǎn)生不良影響,尤其會增加混凝土的收縮,引起抗拉強度下降,對混凝土抗裂十分不利。因此本橋錨區(qū)混凝土用材必須通過專門、專業(yè)部門按要求檢測,含泥量嚴格控制在1%以內(nèi)。 3.2 施工工藝控制 3.2.1地基及支架承載力保證 錨跨部分混凝土體積大,單個錨區(qū)質(zhì)量約為9000t,防止支架基礎沉降過大及支
12、架變形引起混凝土外力開裂很重要。因此,施工中錨區(qū)部位采用鉆孔灌注樁基礎及滿堂鋼管支架現(xiàn)澆方案,從下至上,基礎、支架、模板層層壓實,盡量消除疊層的空隙造成的殘余變形,并通過有效的預壓方案計算彈性變形量,設置合理的變形預留量。 3.2.2合理分縫分塊 從現(xiàn)有的施工技術水平出發(fā),對錨區(qū)合理分縫分塊不僅可以減輕約束作用,縮小約束范圍,而且也可以利用澆筑塊的層面進行散熱,降低混凝土內(nèi)部溫度,使結(jié)構(gòu)起到調(diào)節(jié)溫度變化的作用,確?;炷劣凶杂缮炜s的余地,以達到釋放溫度應力的目的。 3.2.3控制混凝土出機溫度和澆筑溫度 為了降低混凝土總溫升,減少錨區(qū)的內(nèi)外溫差,控制混凝土出機溫度和澆筑溫度同樣重要。在實際施工
13、中,混凝土采用冷卻拌合水,澆筑選擇在晚上溫低時段進行,混凝土砂、石料入倉前均需不斷灑水降溫,混凝土運輸車的車鼓選用白色,利用反射原理減少熱量吸收,混凝土采用汽車泵泵送減少輸送管過長受陽光照射,以防引起混凝土升溫等等,這些都是有效控制混凝土出機溫度和澆筑溫度的措施。 3.2.4預埋水管通冷卻水 在混凝土內(nèi)部預埋水管,通冷卻水可降低混凝土內(nèi)部最高溫度。這種方法因具有實用性和靈活性,以及能控制整個結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度,所以受到廣泛應用。平勝大橋兩岸錨跨實體部分冷卻水管采用蛇形布置,水管層、排間距合理分布,還進行了光通視檢查、壓水試驗。施工中合理通水時間為混凝土初凝時間,通水流量按1.0m3/h,通水時間持
14、續(xù)7天,期間進行既定測溫方案測溫,通過混凝土內(nèi)外溫度檢測數(shù)據(jù)指導外部保溫措施與內(nèi)部冷卻措施。 3.2.5嚴格保溫 大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂紋的一個重要原因是混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度,為了使混凝土內(nèi)外溫差降低,可采用混凝土表面保溫措施?;炷两K凝以后表面一定的水層或含濕量不僅具有隔熱效果,可以推遲混凝土內(nèi)部水化熱的散失,使混凝土具有較高的抵抗溫度變形能力,而且有利于表面水泥的水化,增加表層混凝土的密實性,防止混凝土表面龜裂。錨區(qū)混凝土在澆筑完畢后,包裹塑料薄膜及覆蓋濕潤麻包袋進行保溫保濕。 四、結(jié)語 引起混凝土結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫的原因非常復雜,在工程實踐中采取了以上的措施后,可在一定程度上減少裂縫的發(fā)生,但仍不能完全杜絕裂縫的出現(xiàn)。無論采用
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