马鞍山长江公路大桥主桥承台施工技术研究.docx
《马鞍山长江公路大桥主桥承台施工技术研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《马鞍山长江公路大桥主桥承台施工技术研究.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
马鞍山长江公路大桥主桥承台施工技术研究
马鞍山长江公路大桥主桥承台施工技术研究
马鞍山长江公路大桥位于安徽省东部，起自巢湖市和县姥桥镇省道206，接规划中的马鞍山至合肥高速公路，跨江后进入马鞍山市，终点止于马鞍山市当涂县牛路口（皖苏界），与规划中的马鞍山至溧水公路（江苏段）相接，路线全长约36.14公里。
其中跨江主体工程长11公里，南岸接线长19.49公里，北岸接线长5.65公里。
马鞍山长江公路大桥主桥桥型方案为主跨2×1080m三塔两跨悬索桥。
桥跨布置为360＋1080＋1080＋360=2880m，主桥净宽33m，设计车速100km/h。
北边塔承台为带切角的矩形，平面尺寸为69.6m×32.1m。
承台顶在最高通航水位以下，标高为+7.0m，承台厚6m。
承台分2m、2m、2m三层浇注，平面不分块。
塔座下部50cm（高程+7.0～+7.5）与承台顶层同时浇筑。
承台钢筋总量1480t,混凝土标号为C35、总方量12757m3。
左汊主桥北边塔承台施工从2009年12月5日开始找平封底混凝土顶面，至2010年2月3日，在不足两个月的时间里完成了承台钢筋1480t、混凝土12757m3施工，其工程质量也符合规范及设计要求。
一、承台施工的准备工作
北边塔钢套箱封底完毕，立即着手封底混凝土顶面的找平、护筒割除及桩头凿除等工作。
在对封底混凝土找平时，先找平套箱下游部分，套箱上游区域则可割除护筒及凿桩头工作，然后再施工套箱下游区域。
由于该承台有54根桩基，即有54根护筒割除及其桩头凿除工作。
在短时间内（10天以内）要完成所有护筒、桩头工作，需有良好的组织及规划。
1）、在每根桩基混凝土刚浇筑完毕时（桩头混凝土初凝前），可清除桩头混凝土及浮浆至设计桩顶标高30cm处，剩余30cm待护筒割除后再凿除；
2）、将承台分上下游两部分进行施工，尽量减小各工序的影响，以此促进施工进度。
如在找平下游封底砼时，可对上游区域割除护筒、凿桩头。
下游封底砼找平层终凝后，正好可对下游区域进行护筒割除及凿桩头。
而上游护筒、桩头施工完毕，则可进行该部分的找平；
3）、选用专业作业人员施工。
如桩头凿除时，选用30名专业人员利用10余支风镐快速凿除桩头。
二、承台配合比研究
设计要求承台混凝土工作性良好，T0=160～200mm，无离析和泌水，28d抗压强度达40～45MPa，后期持续增长，抗氯离子扩散性能好，低水化热，低收缩抗裂，且总碱含量尽可能低。
承台大体积混凝土配合比设计及研究工作委托“东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程重点实验室”完成。
该实验室根据设计要求，做了以下主要研究工作：
1、首先对混凝土原材料进行了主要性能的测试；
2、根据桥梁工程强度、耐久性、水化热等要求初步设计了四组配合比，并对各组配合比拌合物的工作性能进行了检验；对成型的试件，在标准养护条件下进行养护，测定了其特定龄期的强度、弹性模量、收缩性等性能，并对其进行了耐久性和抗裂性实验；对各组配合比胶凝材料进行了7d水化热测定。
该四组配合比如下表：
组别
配合比参数
原材料用量（kg/m3）
W/B
FA（%）
SL（%）
SP（%）
A（%）
W
C
FA
SL
S
G
A
C35F25
0.39
25
0
40
0.50
148
283
95
0
750
1127
1.89
C35F30
0.37
30
0
39
0.50
145
278
119
0
721
1127
1.99
C35F35
0.35
35
0
38
0.50
146
272
147
0
690
1126
2.10
C35F20S15
0.36
20
15
40
0.50
146
265
82
61
743
1114
2.04
3、分析实验结果，对比后筛选出满足工程要求的最佳配合比。
经过试验可得到如下结论：
a、粉煤灰和外加剂的掺入使高性能混凝土的工作性得到改善，流动性保持效果也很好。
粉煤灰和矿粉双掺的混凝土流动性相对单掺粉煤灰的混凝土要更好一些，均满足设计要求。
b、大掺量矿物掺合料大大降低了水化热，缓凝型减水剂使水化反应得到有效延迟，这些对大体积混凝土工程来说都是十分必要的。
特别的，粉煤灰掺量对水化热的降低作用要比矿粉更明显。
c、所设计的各组配合比28d抗压强度满足设计要求。
28d抗压强度，在41.8MPa~46.0MPa之间，且混凝土后期强度仍能持续增长。
d、从氯离子扩散性能来看，单掺粉煤灰的各组相近，略高于4.0×10-12m2/s，而双掺矿渣微粉和粉煤灰可以大幅度降低氯离子扩散系数。
各组混凝土的自由氯离子含量比较相近。
马鞍山长江大桥所处的环境条件，应属于C级的氯离子含量不高水下区或土中区，本研究中测得的，28d龄期氯离子扩散系数DRCM，单掺粉煤灰的C35F25、C35F30、C35F35各组配合比扩散系数相近，28d在4.0～4.4×10-12m2/s之间，56d在2.1～2.8×10-12m2/s之间,满足D类环境要求。
而采用双掺粉煤灰和矿渣微粉的C35S20F15组的氯离子扩散系数更低。
e、所配制的混凝土干燥收缩率较小，28d干燥收缩率在0.015%～0.22%之间，90d干燥收缩率小于0.025%。
掺粉煤灰的混凝土干燥收缩低于粉煤灰和矿粉双掺的混凝土，且随粉煤灰掺量的提高，混凝土干燥收缩有所降低，C35F35组混凝土干燥收缩率最低。
f、混凝土大圆环抗裂试验试验结果表明，单掺粉煤灰的混凝土干燥收缩裂缝初裂时间迟于粉煤灰和矿粉双掺的混凝土，由此可见，所设计的各组配合比抗裂性能良好，在不含石子的情况下，C35F35出现初裂时间为16d，好于粉煤灰和矿粉双掺的混凝土。
g、从单位浆体放热量和放热总量来看，单位浆体的放热量7d前变化不大，10d前后有所增加。
同时双掺粉煤灰与矿渣微粉的单位浆体放热量最高，而C35F35单位浆体放热量较低。
混凝土采用了大缓凝的高性能减水剂与I级粉煤灰延缓了放热时间，降低了早期（7d前）水化放热。
h、各组配合比的Cl-含量在0.03%，而碱含量在1.6~1.7kg/m3之间，满足马鞍山长江大桥承台混凝土抗裂性和耐久性等设计要求。
i、C35F35组配合比的最大绝热温升为40℃。
前2天绝热温升较低，混凝土内部温度不超过5℃，从2d到5d混凝土内部的温度迅速增长。
到8d以后，混凝土温度已基本不变。
综上所述（见汇总表表10），大掺量矿物掺合料与高性能外加剂双掺，能有效降低水化热，延缓放热速率，提高工作性，这些对大体积桥梁承台混凝土工程来说是很必要的。
在四组配比中,第三组C35F35混凝土的工作性和降低水化热性能表现较好，干燥收缩率较小，同时强度满足设计要求，Cl-含量和碱含量都较低，因此推荐C35F35组作为承台混凝土选用配合比。
表10混凝土性能汇总表
组别
C35F25
C35F30
C35F35
C35F20S15
胶凝材料（kg/m3）
378
397
419
408
FA（%）
25
30
35
Fa20+SL15
坍落度T0/T1h（mm）
200/130
200/140
200/150
190/145
初凝时间（h:
min）
54h40min
57h20min
62h20min
40h40min
28d抗压强度（MPa）
41.8
46.1
45.9
45.7
弹性模量（GPa）
-
41.3
40.2
-
90d干燥收缩率（×10-4）
2.40
2.33
2.05
2.41
砂浆开裂时间（d）
31
51
16
14
混凝土Cl-含量/占胶材（%）
0.059
0.067
0.064
0.076
碱含量（kg/m3）
1.58
1.61
1.64
1.70
28dCl-扩散系数（×10-12m2/s）
4.12
4.01
4.35
1.55
240h总放热量（kJ/m3）
79.2
80.6
86.3
91.2
绝热温升（℃）
—
—
40℃
—
综合评价
略差
较好
好
略差
三、承台混凝土温控
根据承台配合比C35F35，请武港院编制《北边塔承台大体积混凝土温控方案》，并派专人现场实施温控。
武港院根据承台配合比C35F35等资料，通过建立模型进行仿真计算结果：
承台第一层内部最高温度为44.1℃，第二层内部最高温度为44.0℃，第三层内部最高温度为44.1℃，温峰出现时间为2天龄期。
承台最高温度包络图、承台混凝土温度应力场结果见以下图表。
承台最高温度包络图
承台混凝土温度应力场结果
部位
龄期
3d
7d
28d
一年
承台第一层（MPa）
1.22
1.27
2.09
2.26
承台第二层（MPa）
1.37
1.17
1.75
2.19
承台第三层（MPa）
1.30
1.12
2.39
1.92
最小安全系数
1.02
1.65
1.26
1.50
温控标准：
承台内部最高温度≤45℃；混凝土最大内表温差≤25℃；
温控措施：
a、混凝土配制：
为使大体积混凝土具有良好的抗侵蚀性、体积稳定性和抗裂性能，需认真做好混凝土配合比的配制工作。
b、混凝土浇筑温度控制：
混凝土浇筑温度宜控制在5～20℃，该温度过低，将影响混凝土的凝固；温度过高，将推高混凝土内部最高温度，不利于混凝土温度控制。
混凝土浇筑温度主要由环境温度、原材料温度决定。
如混凝土的浇筑温度过低，主要通过加热搅拌用水予以解决；反之，则延长水泥和粉煤灰的存储时间、取下层砂石料，甚至包括在搅拌用水中加冰块予以降温。
北边塔承台施工正值冬季，通过对搅拌用水加温，完全将浇筑温度控制在5～20℃以内。
c、控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度
为降低老混凝土的约束，做到薄层、短间歇、连续施工。
两层混凝土间隔期在15天以内。
d、冷却水管及测温元件的埋设及控制
根据承台混凝土内部温度分布特征，每层混凝土沿厚度方向布置2层冷却水管。
水管水平间距、层距均为0.8m。
每根冷却水管长度为200～300m、直径32mm，冷却水管进出水口集中布置，以利于统一管理。
冷却水管、测温元件布置见下图。
冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水。
混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水。
为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升，采取二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定。
升温时段通水流量应使流速达到0.65m/s以上，流量达25L/min以上，形成紊流，降温时段，可通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土。
待冷却水管通水全部结束并养生完成后，应采用水泥砂浆封堵冷却水管。
e、内外温差控制
大体积混凝土的水化放热使混凝土温度持续升高，在升温的一段时间内应通过加大通水流量（或降低通水温度）等方式加强散热。
当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以降低降温速率。
f、裂缝控制措施
混凝土按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，在下层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土，混凝土分层布料厚度不超过30cm。
正确进行混凝土拌和物的振捣，避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。
混凝土养护包括湿度和温度两个方面。
结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护。
因为水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构。
为保证养护质量，对混凝土表面进行潮湿养护。
通过对承台三层混凝土实施现场温控，其监控结果均符合温控标准，混凝土无裂缝产生。
北边塔承台混凝土主要温度参数表
混凝土层次
测点层次
最高温度
最大断面均温
最大内表温差
第1层
第一层
42.2℃
39.2℃
23.1℃
第二层
41.8℃
39.0℃
22.4℃
第2层
第三层
44.8℃
41.6℃
24.2℃
第四层
44.3℃
41.2℃
23.8℃
第3层
第五层
44.7℃
41.7℃
24.7℃
第六层
43.9℃
40.4℃
24.4℃
四、承台钢筋制安技术
由于承台钢筋数量较大，做好规划工作显得尤为重要。
在钢筋下料前，需编制钢筋下料单，要考虑钢筋接头在同一断面不超过50%、提高钢筋利用率等问题。
对于不便于钢筋安装的，需通过变更等方式取得监理、设计及业主的认可，这样既可以保证工程质量同时也促进了施工进度。
如原设计要求承台底层双支主筋水平穿越桩头，而桩头钢筋较密，通过沟通可将双支主筋由水平安装调整为上下叠置。
原设计要求塔座预埋钢筋需穿过承台顶部7层钢筋，通过变更后局部取消了与预埋钢筋抵触的钢筋。
五、混凝土施工技术
鉴于承台平面尺寸大、总方量大等特点，将分2m、2m、2m三层浇注，平面不分块。
塔座下部50cm（高程+7.0～+7.5）与承台顶层同时浇筑。
每次混凝土浇筑方量约为4252m3。
（一）、混凝土生产、输送工艺优化
北边塔承台混凝土由后场3台搅拌站生产（理论生产能力75m3/h搅拌站2台、120m3/h搅拌站1台），再用后场3台混凝土托泵（HBT80托泵2台、HBT105托泵1台）经布置在现场的3台布料杆直接泵送入模。
该方案在理论上较为快捷的完成混凝土由生产至泵送入模过程，然而实际上混凝土施工时间至少在40h以上，这对机械设备性能、施工人员的操作水平是严峻的考验。
在施工第1层承台混凝土过程中，其搅拌站、输送泵多次发生故障，混凝土施工速度进展缓慢。
项目班子当机立断，将后场2台托泵迁移至前场，调遣3台混凝土输送车将混凝土运至前场，再用托泵经布料杆泵送入模。
第1层承台混凝土施工达60余小时。
2010年1月11日，针对第1层承台混凝土浇筑时间过长，项目部领导召开了“第一层北边塔承台混凝土施工总结会”。
经各方深入探讨，对原有承台方案中混凝土施工进行优化，具体部署如下：
1、第二层承台混凝土开始浇筑时间拟定于2010年1月16日。
2、第二层承台混凝土施工工艺：
2台75搅拌站生产的混凝土通过后场的2台拖泵经2台布料杆直接泵送入模，1台120搅拌站生产的混凝土通过4台输送车运至前场，再通过前场的2台拖泵经2台布料杆泵送入模。
3、由于第二层承台混凝土浇筑的设备较多（搅拌站3台，拖泵、布料杆、输送车等各4台）,在浇筑前应认真检修设备、浇筑过程中须配备经验丰富的操作人员进行操作。
4、每个搅拌站须配备1名试验人员，以便控制混凝土和易性等性能指标，对不利于泵送的混凝土及时处理。
5、请协作队伍将各工种人员补充到位，以应对异常情况和现场文明施工等事宜，包括泵管堵管和场地清扫等工作。
在项目领导的正确指导和全体员工认真落实下，第二层承台混凝土浇筑只用时48小时。
第三层承台施工时，项目部再次优化混凝土浇筑工艺：
后场只留1台托泵直接泵送入模、现场布设3台托泵、混凝土输送车增至7台，本次浇筑时间仅为43小时。
（二）、混凝土浇筑工艺
如采用泵管直接泵送入模，中途不断拆卸泵管，且承台内钢筋较多、操作平台狭小等特点，给施工带来很大难度。
为了确保工程质量及工程进度，项目部在现场安装4台布料杆将混凝土输送至各个待浇部位。
为了在浇筑混凝土时便于操作，施工人员利用承台内水平钢筋（高程约+3m、+5m处）作支架、在其上面铺设长约5m的木板作为临时操作平台。
（三）、混凝土顶面高程、外观质量控制
为了确保混凝土顶面高程符合规范要求，施工人员在承台顶面顺桥向布设钢筋，经测量人员复核后，以此作为高程控制的参照物。
为了确保混凝土外观质量，尤其是承台顶面混凝土的外观，项目部额外调派10余名施工人员专门从事初凝前的抹面工作。
该工作分人工抹面3次、机械抹面2次，前后连续作业时间达15h。
升级会员 