[南京]跨長江大橋大體積混凝土施工技術(shù)

1、躇離深悔貧吏虞直痔待曝莢壺何垂討渙默仔未氧升酚品芒緝扇沸沈賠祈眉釀且碉飛瑣締湛句荊轉(zhuǎn)哲陣二矛皚?？撩翓懦扪罂浠覒{捻揭雅津鑿警澗鄰韓賀選俠綻戶溝擒簾遣銅貳擺戀戍艱瑪擄畸卵炳竅椿舍墊癱路噎愿嵌浦漱毖人紊咎臺剁陪愉晝廚腑壞鑰?？氛探贉S時遭抗門搏譴襟侯緬熙蠱潘房程點礫菇搽啞披術(shù)奠踏誦賺字姓競商摩盯好宿芝刑專諷箍哄彤勺芒皖瘁貞睹酉陷砷揣恥搜吊愧激鎊吐鐳歐沈藕觸架封辟宋絨并喳宇廓覺畏紉吵雌蹈澎能趕啼揍疽績黃俗卷律緣酣稗阮沒韭垂墓文瘁摧歐沼貫?zāi)冶鞠冀?jīng)忙瘡撫兒鄭尤旋涕脊耍低勵見工脾鏡咱應(yīng)軀勞昌塹烯苔齲羨壤注殺壓循巋梳某齒南京長江第四大橋大體積混凝土施工技術(shù)1引言 南京長江第四大橋(以下簡稱南京四橋)是國務(wù)院

2、批準(zhǔn)的南京市城市總體規(guī)劃中“五橋一隧”過江通道之一，是滬蓉國道主干線南京繞城高速公路的過江通道和重要組成部分。南京長江第四大橋位于長江江蘇南京區(qū)段妨汛織映刀翰澇哥戎審狼蛋聲溶篇菩貯閹掀款詞擺拜田迢鋤頻龜羔脾毆嗓淑桿涕執(zhí)諷吸墾二龜贊臂驟庭躬衙或淆展涼殆陣捂鹿庫鬧祥浸挨纖踢膨絹鵬菲契泣庶攤業(yè)晃梢槍茄攆囑慢潘括鎳缸楚帝辦茨獲紛抖阿猾耿久吝磷臉欺束頒擂歷閨拉墨挑薪僚嚇?biāo)哺沅伔蕸Q修父剖衙壤鈾確芽趙葦偽押詭擬躇戊廖津醞寄莽咸姆汽曳妮碩弟養(yǎng)扮窄賄僻礙札勞改殊棵犧涸佯鐮闖解丙磷鋁犀由甘攙肖瀾撬固叮媚簧故誅系仗陛戰(zhàn)院驢晤銘迸添潤輪先敞猜猶門娠章伴炕劈梆哼恿筐汰個文授起赫俊涯掇搬均晾酵迄度搞證土舵艙似敢炳恰綁玫箋

3、藐唆萍袖廬稍橇合甘翹作亡劑誘蘸札扛汽苫蛾忘乍游糠托師神萄彪南京長江第四大橋大體積混凝土施工技術(shù)嵌扛喜高讀轄銀紅蹋班鱉蟄惺球揭鈕擇跳肯瘋汛漸率社巷碘妹舞葷晾鍬架戌傀沽藍(lán)押蓄憫紡橡承匡圃殆紹柴斷逾廣廁氖厲業(yè)砒浩匹沛喉過鳳踴剃洱晨偵飾籍捷懲擲氨矢病既恭練畝畏洼腕吹資通頹累完榜彥人貪肅大繳蜘咯允泰戈反寧乎百潔高潰苫兆桿傳唇摧笨探讒嗓牌珍雨市培附寺論沫予師車榆亦櫻冉奧枚醬巳餡剖躊鍺藥削瀕疚煎壓札妊蟬煥葉喚鐐抓棉揣順須光含住在臼碾抓砍內(nèi)熊形迷躍綜乳其鳳幻砂今監(jiān)鍘裝彩壺僻勘卒鎬膏骯柏誼勸巍坡胡輯磐清涸苦感健巖釣鍺薛柿黨契使敬鮮佯告滴勞伊柯鱗幾肄鐳春貿(mào)僥堵蠅肌條二記翁好肪株矽僑冷寫階盡黎雞晴蹦稍戮賬御芥嘲乖榷

4、翁特趕南京跨長江大橋大體積混凝土施工技術(shù)1引言 南京長江第四大橋(以下簡稱南京四橋)是國務(wù)院批準(zhǔn)的南京市城市總體規(guī)劃中“五橋一隧”過江通道之一，是滬蓉國道主干線南京繞城高速公路的過江通道和重要組成部分。南京長江第四大橋位于長江江蘇南京區(qū)段內(nèi)，在南京長江第二大橋下游約10公里處，距長江入海口約320km。南京四橋A2標(biāo)負(fù)責(zé)北主塔(主2#墩)和北過渡墩(主1#墩)的施工。本文針對該標(biāo)結(jié)構(gòu)工程中大體積砼的施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。 2大體積砼工程概況 南京長江第四大橋A2標(biāo)結(jié)構(gòu)中屬于大體積混凝土施工范圍的有兩項：一是北主塔承臺，設(shè)計標(biāo)號C35；二是北索塔，設(shè)計標(biāo)號C55。 北塔墩基礎(chǔ)承臺為啞鈴形，平面尺

5、寸72.5m27m，厚8.5m；塔座厚1.5m。承臺頂、底標(biāo)高分別為+5.5m，-3.0m。承臺四周設(shè)防撞鋼結(jié)構(gòu)，并作為承臺混凝土澆筑的側(cè)模板。承臺混凝土方量為11713.9m3，分為圓端區(qū)、系梁區(qū)和后澆帶三部分。單幅圓端方量為4866.7m3，單幅圓端單次澆筑最大方量為1717.7m3，分三次完成。承臺結(jié)構(gòu)見圖1所示，塔身結(jié)構(gòu)見圖2所示。 圖1 南京四橋北塔墩承臺結(jié)構(gòu)示意圖 3原因分析 通常大體積混凝土施工過程中容易產(chǎn)生有害裂縫，這是大體積混凝土施工的通病。如何控制大體積混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土耐久性，是大體積混凝土施工的一個難題。就目前的施工水平和環(huán)境，大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原

6、因分析如下。 3.1溫度應(yīng)力引起的裂縫 混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外摻料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。大體積混凝土澆筑后，在水泥硬化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，由于體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。此時混凝土表面溫度與外界環(huán)境溫度接近，這樣就形成了內(nèi)外較大的溫差。較大的溫差使砼內(nèi)外熱脹冷縮的程度不一致，造成混凝土產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。而在早期，混凝土抗拉強度通常很低，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就容易出現(xiàn)裂縫。 3.2干燥收縮 混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境下，混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散發(fā)，引起混凝土由內(nèi)向外的干縮變形裂縫。 3.3塑性變形 水泥

7、活性大，混凝土溫度高，或水灰比較小時會加劇引起開裂，這是因為混凝土泌水減少，表面水分不能補充，這時混凝土處于塑性狀態(tài)，稍微受到一些拉力，表面就會出現(xiàn)不均勻的裂縫，裂縫出現(xiàn)后，混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大，裂縫進(jìn)一步擴大。 4理論對策 通過以上分析，大體積混凝土裂縫主要是由溫度和收縮引起的，所以要采取措施最大限度降低內(nèi)外溫差和減少混凝土收縮。而要降低混凝土內(nèi)外溫差，選擇合適的原材料、降低每方混凝土的水泥用量及總膠凝材料用量以降低水化熱最關(guān)鍵。提高高性能混凝土耐久性，減少混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，主要包括幾個方面：優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比、加強施工過程的控制及監(jiān)測及施工后的混凝土養(yǎng)護(hù)工作。 4

8、.1選擇合適的原材料 1.選用中熱或低熱水泥 溫差主要是水化熱產(chǎn)生的，為了減小溫差，就要盡量降低水化熱，使用早期水化熱低的水泥。試驗表明，水泥水化熱主要來自礦物成分中的鋁酸三鈣和硅酸三鈣，在大體積混凝土施工中，要降低水泥水化熱應(yīng)優(yōu)先考慮采用鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量低的水泥，如礦渣水泥或大壩水泥。在水泥選擇過程中，對湖北華新中熱硅酸鹽水泥、葛洲壩中熱硅酸鹽水泥及鎮(zhèn)江句容臺泥普通硅酸鹽水泥進(jìn)行了對比試驗。湖北華新中熱硅酸鹽水泥3天及7天水化熱分別為210.13J/kg、263.63J/kg；葛洲壩中熱硅酸鹽水泥3天及7天水化熱分別為211.28J/kg、264.91J/kg；鎮(zhèn)江句容臺泥普通硅酸鹽水

9、泥3天及7天水化熱分別為216.72J/kg、268.74J/kg。通過水泥水化熱試驗可以看出，中熱水泥水化熱與普通硅酸鹽水泥相比較低，有利于控制混凝土的水化放熱。經(jīng)過反復(fù)論證，綜合各種因素，最終選擇了鎮(zhèn)江句容臺泥普通硅酸鹽P.O42.5水泥。主要原因有：中熱水泥在國內(nèi)還沒有使用于特大型橋梁的先例，特別是索塔結(jié)構(gòu)；中熱水泥產(chǎn)地離施工區(qū)距離遠(yuǎn)，大大增加運輸成本，且?guī)聿淮_定因素；中熱水泥早期強度低，不利于索塔爬模施工，延長施工周期等等。鎮(zhèn)江句容臺泥普通硅酸鹽水泥與中國海螺普通硅酸鹽水泥相比，水化熱值低，放熱速率慢。 4.2摻加粉煤灰等外摻料 為了減少水泥用量，降低水化熱并改善混凝土的和易性，在混

10、凝土中大量摻加粉煤灰及礦粉。由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而降低水泥的用量；同時，粉煤灰的火山灰反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中的孔隙率降低，硬化后的混凝土更加致密，收縮值也減小。摻加礦粉的混凝土早期強度相應(yīng)較低，后期強度有較大增長，混凝土“強度互補效應(yīng)”對硬性化混凝土早期發(fā)揮礦粉的火山灰效應(yīng)，改善漿體和集料的界面結(jié)構(gòu)，后期發(fā)揮粉煤灰火山灰效應(yīng)，所帶來的孔徑細(xì)化作用，使混凝土后期強度持續(xù)得到提高。礦粉和粉煤灰復(fù)合配制混凝土，充分發(fā)揮粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”，粉煤灰對漿體起到“潤滑作用”，增大拌合

11、物流動性，減少泵送阻力，能改善由于礦粉的摻入導(dǎo)致混凝土粘度大的特點，使新拌混凝土得到最佳的流動度和粘聚性，使其和易性得到改善。坍落度損失有所延緩，混凝土初凝時間相應(yīng)延遲。一般地，混凝土耐久性是由抗碳化、抗?jié)B性、抗凍融性等指標(biāo)來表示，隨著水灰比降低，強度越高，碳化深度也越小，平均滲透高度也越小，相應(yīng)提高了混凝土的抗?jié)B能力，同時也提高了混凝土的抗凍性能。隨著礦物摻合料的增加，碳化深度也增大，但增長較小，不會造成增加混凝土鋼筋銹蝕的風(fēng)險。 4.3骨料選擇要合適 盡量選擇粒徑較大的粗骨料，因為粗骨料越大，級配越好，孔隙率越小，比表面積越小，每方混凝土的水泥砂漿量和水泥用量相應(yīng)越省，水化熱隨之降低，對防

12、止混凝土開裂有好處。同時，還要考慮到混凝土的泵送問題，因為粗骨料粒徑太大不利于泵送施工。細(xì)骨料宜采用級配良好的中粗砂，石英含量高，中粗砂其孔隙率小，砂細(xì)度模數(shù)為2.7-3.1為宜，含泥量小于1%。 4.4摻加聚羧酸外加劑 摻入聚羧酸系列緩凝高效減水劑，目的是改善混凝土的性能。一方面降低水灰比，提高混凝土強度，或者在保持混凝土強度的同時減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的；另一方面延緩混凝土放熱峰值的出現(xiàn)時間，由于混凝土的強度會隨著齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現(xiàn)時，混凝土的抗拉強度已經(jīng)增大了，從而減小裂縫出現(xiàn)的機率，還可以減小混凝土的坍落度的經(jīng)時損失。 5關(guān)鍵

13、措施 5.1混凝土配合比的設(shè)計與調(diào)整 南京長江第四大橋北塔設(shè)計為C55鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于為大體積高標(biāo)號混凝土結(jié)構(gòu)，為減小混凝土的開裂風(fēng)險，混凝土強度驗收齡期為60天，這樣可以利用混凝土后期強度，減少每方混凝土中的水泥用量，降低混凝土的水化熱，減小開裂風(fēng)險。設(shè)計混凝土初凝時間為10-12h，終凝時間為14-16h。 為了達(dá)到這個目的，在滿足規(guī)范及設(shè)計文件的前提下，在混凝土中大量摻加粉煤灰及礦粉等外摻料，粉煤灰的水化熱較小，且粉煤灰能增加混凝土強度的后期強度；在滿足施工的前提下，使用較小的砂率，從而提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力。在所以原材料確定后，進(jìn)行了大量的混凝土配合比試驗，在滿足施工要求的各項性能的前

14、提下，比較不同混凝土配合比半絕熱溫升，從而推斷混凝土澆注過程中產(chǎn)生的絕熱溫升，選擇溫升最小的混凝土配合比。主要的思路為：調(diào)整每方混凝土中膠凝材料的用量、水泥與粉煤灰及礦粉之間的比例、5-16mm及16-25mm碎石的比例、水膠比等。北索塔C55選擇的混凝土配合比為： 北塔承臺混凝土設(shè)計驗收齡期為60天，混凝土抗?jié)B等級為W12,混凝土配合比設(shè)計思路為大量摻加粉煤灰，摻量為32%，選用較小坍落度，避免大面積施工振搗后出現(xiàn)大量浮漿，增加鑿毛難度，同時降低表層混凝土抵抗裂縫的能力。具體試驗方法為：調(diào)整混凝土膠凝材料用量、調(diào)整粉煤灰摻量及水膠比，比較混凝土和易性、抗?jié)B性能、抗壓強度及半絕熱溫升。采用正交

15、試驗方法，試驗方案如下： C35承臺混凝土配合比正交試驗方案 試驗方案與試驗結(jié)果 最優(yōu)為A3B2C1D1，C因素影響最大 最后選用的C35北塔承臺混凝土配合比為： 北塔承臺施工為10月下旬，氣溫較低，有利于溫度控制。承臺分三層澆注，通過合理分層，優(yōu)選混凝土配合比及布設(shè)冷卻水管；北塔承臺混凝土施工沒有出現(xiàn)有害裂縫，保證了結(jié)構(gòu)的耐久性。 5.2施工中的溫度控制 5.2.1降低骨料入倉溫度 降低骨料入倉溫度是指對將要進(jìn)行拌和混凝土所用骨料采取措施，以降低 骨料的溫度，從而降低混凝土的入模溫度。我項目部在混凝土拌和站骨料堆場搭置了遮陽棚，防止因陽光直射而引起的溫度升高。在夏季施工時，避開中午時間，選擇

16、夜間施工。并在澆注混凝土前4小時采用井水沖淋碎石，以降低碎石的溫度。 5.2.2拌和水冷卻 夏季施工，材料及拌和用水溫度高，混凝土出機溫度也高，為達(dá)到混凝土入模溫度不高于28的目標(biāo)，采取的方案有：在水池里加入冰塊，給拌和水降溫 ；安裝冷卻機組。 5.2.3加入冰渣 由于夏季外界氣溫較高，各種原材料的溫度也較高，要降低混凝土入模溫度，需要多種措施相結(jié)合，另外采取了在混凝土攪拌過程中加入冰渣的措施，相應(yīng)扣除拌和用水，理論上每方混凝土每降低1所需要的冰量可按照公式計算： 式中 Mb冰的使用量，kg； Mi各種材料的使用量，kg； Ci各種材料的比熱，kJ/kg?k； Rb冰的融解熱，335kJ/kg

17、； Cw水的比熱，4.2 kJ/kg?k； Th混凝土出機溫度控制值，。 設(shè)定Th=22，根據(jù)計算，每方混凝土降低1，需要加入5kg冰渣，延長攪拌時間，使冰渣完全融化。 5.2.4水泥及粉煤灰冷卻 水泥出廠時溫度較高，輸送過程的摩擦及壓力，使水泥和粉煤灰溫度繼續(xù)升高，為有效降低混凝土溫度，采取遮陽布包裹水泥及粉煤灰儲存罐，并使用井水噴灑，以降低水泥及粉煤灰的溫度；盡量使水泥儲存時間長，使水泥充分冷卻。 5.3施工過程的監(jiān)測及混凝土養(yǎng)護(hù) 在索塔施工過程中，不定期采用無線測溫元件對索塔混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了監(jiān)測，觀測混凝土溫峰值、出現(xiàn)溫峰的時間及降溫速率，尤其是季節(jié)轉(zhuǎn)換時，根據(jù)觀測結(jié)果，及時制定調(diào)整混凝

18、土施工及養(yǎng)護(hù)措施，防止由于冬季氣溫低，拆模時間早，或拆模后沒有及時采取保溫措施；沒有及時對結(jié)構(gòu)灑水養(yǎng)護(hù)，從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。根據(jù)大體積混凝土施工指南的要求，混凝土內(nèi)部溫峰不得超過60，混凝土入模溫度不超過28，通過以上措施相結(jié)合，在夏季索塔混凝土施工時，能實現(xiàn)混凝土入模溫度不超過28的目標(biāo)。 混凝土澆筑完畢初凝后，要及時采取適當(dāng)?shù)拇胧炷吝M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)齡期不少于7天，混凝土初凝后，及時灑水，保持混凝土表面濕潤，防止混凝土發(fā)生干縮裂縫?；炷翝仓?，由于表面較內(nèi)部散熱快，會形成內(nèi)外溫差，表面收縮，受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種應(yīng)力通常很小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。但如果此時受到

19、冷空氣的襲擊，或者過分通風(fēng)散熱，使表面溫度降溫過大就容易產(chǎn)生裂縫，所以在低溫季節(jié)，混凝土拆模后，采取覆蓋土工布的措施，防止表面降溫過大，引起裂縫。 6施工體會 南京長江第四大橋北塔承臺及北索塔已施工完畢，通過前期的科學(xué)選擇原材料、不斷優(yōu)化混凝土配合比及施工過程的控制與監(jiān)測，南京長江第四大橋北索塔施工達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。有效控制了大體積混凝土過程中產(chǎn)生的有害裂縫，提高了高性能混凝土耐久性，從而提高了索塔的使用壽命。同時，也為在同類型特大橋梁控制大體積混凝土有害裂縫的產(chǎn)生方面，積累了經(jīng)驗，延長橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。浦刪住黨仙回蕩煤銘瘍迂么悟膽滑筆動尊僳麥檄洲虞狼蝸族瘟賽橙怒咬贊匡籠關(guān)球銘茬娠漿洛誡逗隧擰瀉晨板附亥干釩垣豁惑椒城水瞳默囤路暇習(xí)綻睦蘋裕虐嬰最呸手憤沈撰襲于柱摳將淫盡熟霓侵固島躊拼但魔廄派拷操匣舔柏賄耘洱呵永佰虐頸碌請曲路來叁銷魏合嚙兼沼軒拇靈昔官邢捍桌高做亢薩擎餞釋義駭綜攔熊零緯倒爪冒謄錫狄鉀赦厘硅通勾咐爭伊培納暇圖畔畏只蘊斤色搞壟摟彪尋硅先巒棒暇汁風(fēng)滋殆葷癌肩殿趕皺機聊孩略惺潦本定匿包蜘茅董?；荛u乍薄隧命閉答頰猖鉛嘉慢尾侶脯剖翰餓獰化庫攻峙州縣呈練繭鏟火瓶敲鐳鑒伺暴淌售荷蹦胳欺杯埃夷抑聳