单于的号角.docx
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单于的号角
浅谈合宁铁路预应力桥梁耐久性
混凝土配合比的设计
朱鹏
中铁十局四公司徐州桥梁厂
[摘要]：
通过工程实例，介绍C55耐久性混凝土的配制试验，技术指标及其施工注意事项。
[关键词]：
预应力梁耐久性混凝土，配合比设计、施工。
1、概述：
合宁铁路是国家规划的长江三角洲地区陆海通道的重要组成部分。
其预应力桥梁梁体设计采用C55耐久性混凝土。
桥梁梁体设计使用寿命100年，故对梁体混凝土预防减骨料反应、抗冻融、抗渗、电通量等耐久性指标提出具体要求，梁体混凝土强度满足设计要求。
我们采取了较好的梁体混凝土施工措施，满足施工要求，实践证明混凝土质量优良。
2、对耐久性混凝土的设计要求
预应力桥梁梁体耐久性混凝土技术指标要求采用TB/T3043-2005《预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁技术条件》，水泥用量不宜小于400kg/m3，混凝土胶凝材料总量不应超过500kg/m3，水胶比不应大于0.35，预防减骨料反应14天小于0.10%,抗冻融（龄期56天）重量、200次W≥95%、相对弹性模量200次P≥60%,抗渗等级（龄期56天）≥P20，氯离子渗透（龄期56天）≤1000库仑，混凝土坍落度控制在100—140mm之间。
3、耐久性混凝土配合比设计
为保证耐久性混凝土的强度、抗冻融、抗渗性能及氯离子渗透的要求，混凝土应采用相同水泥品种，粗细骨料、外加剂、进行混凝土配合比配制。
3.1原材料
3.1.1水泥：
选用江苏双龙集团42.5低碱普通硅酸盐水泥，经检测3d龄期抗压强度20.8Mpa，抗折强度为4.4Mpa，28d龄期抗压强度为54.4Mpa，抗折强度为8.1Mpa，细度为2.0%，标准稠度用水量为24.7%，初凝时间为5h09min，终凝时间为5h41min，安定性合格，比表面积315m2/kg,均符合TB/T3043—2005技术条件要求。
3.1.2细骨料：
采用宏运砂场中砂，细度模数为2.8，级配范围属II区，颗粒分析在规定的曲线内，含泥量为1.0%，符合TB/T3043—2005技术条件要求。
3.1.3粗骨料：
采用蓝天采石场生产的石灰岩碎石、颗粒采用二级级配为5—10mm、10—20mm。
含泥量0.3%。
泥块含量为0.2%，针、片状颗粒含量为3.6%，压碎指标为6.8%，岩石抗压强度为150Mpa，各项指标均符合TB/T3043—2005技术条件要求。
3.1.4掺合料:
采用南京热电厂Ⅰ级粉煤灰,烧失量≤5%,需水量比≤100%,氯离子含量≤0.02%,其他指标符合GB/T1596-1991要求.
3.1.5外加剂：
为确保耐久性混凝土工作性符合技术条件要求，通过对几种外加剂的测试，最终选用上海麦斯特聚羧酸高效减水剂，减水率在26%左右，掺量为水泥质量的0.8%，达到了节约水泥、降低成本地目的。
3.2耐久性混凝土配合比试配
3.2.1耐久性混凝土的试配考虑混凝土施工的运输工具，振捣方式和混凝土灌注数量。
混凝土现场施工主要采用翻斗自卸车水平运输。
在配制耐久性混凝土配合比时、确保混凝土拌合物的粘聚性、保水性、流动性良好，关键是混凝土中的水泥、外加剂用量、水灰比、砂率的调整、粗骨料的级配均匀性、以及符合技术条件要求的搅拌时间，决定了耐久性混凝土的工作性能。
3.2.2混凝土施工配制强度按下式计算：
fcu,0≥fcu,k+1.645σ
式中fcu,0为混凝土配制强度（Mpa）,fcu,k为混凝土设计的强度等级C55,σ为强度标准差,因施工场地采用自动计量配料机并集中搅拌取σ=5.0Mpa，故fcu,0≥63.2Mpa。
确保混凝土28d配制强度值达到63.2Mpa以上，满足施工要求。
3.3混凝土配合比计算的基本数据
3.3.1水泥用量：
按TB/T3043-2005《预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁技术条件》，水泥用量不宜小于400kg/m3，混凝土胶凝材料总量不应超过500kg/m3，水胶比不应大于0.35。
水泥混凝土干密度在2000—2800kg/m3范围内。
3.3.2掺合料：
混凝土活性矿物掺合料采用粉煤灰和磨细矿粉，其掺量不应超过水泥质量的25%，比表面积宜为400-500m2/kg。
3.3.3砂率：
控制在35%—37%，在保证混凝土和易性的条件下，尽量降低含砂率，以降低水泥用量，提高混凝土强度和耐久性能。
3.3.4外加剂掺量：
为提高混凝土工作性,保证混凝土不泌水，确保各龄期的强度，经试验外加剂掺量可在水泥用量的0.8%—1.0%范围内选用。
3.3.5拌合用水量：
不大于150kg/m3。
3.3.6坍落度在150—180mm之间。
3.3.7C55混凝土要求抗渗标号P20以上时，水胶比不宜大于0.35。
表1试验室配比结果
编号
水泥用量（kg/m3）
外加剂
掺量%
坍落度
mm
用水量
（kg/m3）
砂率
%
粉煤灰（kg/m3）
理论配合比
水泥；粉煤灰:
砂:
石:
水胶比
P-1
435
0.8
175
145
0.36
83
0.840:
0.160:
1.241:
2.208:
0.28
P-2
420
0.8
170
145
0.36
80
0.840:
0.160:
1.300:
2.310:
0.29
P-3
406
0.8
170
145
0.36
77
0.840:
0.160:
1.358:
2.414:
0.30
表2混凝土的物理力学性能
编号
蒸养30℃
抗压强度/Mpa
弹性模量/Mpa
24小时
7d
28d
14d
28d
P-1
34.6
51.0
65.0
4.46
4.82
P-2
32.8
48.8
63.9
4.32
4.56
P-3
30.0
43.5
60.0
4.12
4.33
表3混凝土耐久性质量指标
序号
检验单位
检验项目
质量指标
检验结果
1
铁道部
科学研究院
抗渗性能
抗渗等级≥20
＞P20
2
铁道部
科学研究院
抗冻性能
200次重量损失≤5%
200次相对弹性模量≥60%
200次重量损失＝0.4%
200次相对弹性模量＝81%
3
铁道部
科学研究院
抗氯离子渗透性能
电通量≤1200（非氯盐环境）
电通量≤1000（氯盐环境）
940
4
铁道部
科学研究院
抗硫酸盐侵蚀性能
（抗蚀系数）
＞0.80
1.03
5
铁道部
科学研究院
碱活性（碎石）
快速砂浆棒膨胀率
14天膨胀率＜0.10%
0.04%
6
铁道部
科学研究院
坚固性（碎石）
混凝土结构≤8%
预应力结构≤5%
2.8%
7
铁道部
科学研究院
碱活性（砂）
快速砂浆棒膨胀率
14天膨胀率＜0.10%
0.04%
8
铁道部
科学研究院
坚固性（砂）
≤8%
5.0%
9
铁道部
科学研究院
硫化物及
硫酸盐含量（砂）
≤0.5%
0.3%
10
铁道部
科学研究院
云母含量（砂）
≤0.5%
0.4%
11
铁道部
科学研究院
轻物质含量（砂）
≤0.5%
0.3%
12
铁道部
科学研究院
有机物含量（砂）
比色法:
颜色浅于标准色
浅于标准色
3.4试验室配合比选择
3.4.1试型试块尺寸为150×150×150mm。
混凝土采用试验室强制式拌合机拌合，用振动台振动成型，混凝土试件在自动控制系统标准条件下养护，经试验选出3组配合比进行比较如表1。
3.4.2经测试表2中P-1、P-2抗压强度及弹性模量值均达到设计规范的要求，最后选定P-2作为预应力桥梁生产用配合比进行施工。
4、混凝土施工
4.1碎石配料：
为使混凝土和易性好，采用5-10mm、10-20mm碎石配成连续粒级进行施工，碎石最大粒径不得超过20mm。
按规定每400m3为一验收批进行检测，重点检测碎石中泥块含量，压碎指标、针片状含量及石粉含量。
石料中泥块含量及石粉含量有超标现象，一律采用过筛和饮用水冲洗。
压碎指标及针片状含量超标该碎石不得进入梁体。
4.2河砂质量比较稳定，按规定每400m3为一批进行检验，如果含泥量、泥块含量超标，采用自制的砂料筛筛分，并用高压水配合清洗干净，检测合格后，可直接使用。
4.3外加剂：
上海麦斯特聚羧酸高效减水剂溶液先掺入到水中、然后同水以齐加入到拌合物中。
4.4按照计量标准要求定期对称量设备进行校核，确保计量准确。
4.5安排专人每天按规定检测砂石中含水率，及时调整施工配合比。
4.6设专人负责测定搅拌站混凝土的坍落度,确保混凝土工作性始终满足技术指标要求。
混凝土搅拌时间应控制在120s—150s之间。
4.7混凝土全部灌完后，应立即覆盖帆布蓬,静停4h进行蒸汽养护,混凝土试件同梁体以齐蒸养,直至梁体强度达到早期涨拉,拆模后在梁体表面覆盖养生布、麻布等,以防水分蒸发，并昼夜24h浇水养护，持续时间不小于14d。
4.8混凝土试件用标准试模制成，每片梁制作10组150×150×150mm混凝土试件、150×150×300mm弹性模量试件,其中5组立方体试件、1组弹性模量试件同梁体蒸养,拆模后放入标养室内养生，测定28d龄期强度，以便对混凝土强度质量进行判定，作为竣工资料存档。
另5组立方体试件、1组弹性模量试件随梁体同条件养护，作为拆模、早拉、终拉工序的质量控制。
耐久性抗渗Φ175、Φ185、高度150mm试件1组,抗冻100×100×400mm试件1组,电通量直径95～100、厚：
51±3mm试件1组,并抽取标准条件养护混凝土试件100组，按《铁路混凝土强度检验评定标准》（TB10425—94）规定进行强度质量评定，结果均为合格。
5、结束语
5.1铁路混凝土桥梁设计使用寿命为100年,保证混凝土耐久性质量的主要是混凝土中的水泥、砂石料、粉煤灰、高性能外加剂、水、搅拌时间符合TB/T3043-2005《预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁技术条件》的要求，混凝土有良好的工作性,并且对混凝土要及时的定期洒水养护，是混凝土强度质量的根本保证。
5.2通过工程实例,预应力梁耐久性混凝土配合比，满足了施工要求，质量评定合格，经济上合理，保证了工程规定的各项技术要求。
灰土挤密桩试验检测项目
试验项目
材料名称
石灰
氧化镁+氧化钙含量，粒径不大于5毫米，夹石量不大于5%；200吨一批，监理见证20%或平检10%
土
施工前有机质含量检测，不大于5%，每1000立方米检测一次，其他项目符合设计要求；监理见证20%或平检10%
桩体
压实度，总桩数的3%且每班不少于1根，,每一米检测干密度、监理见证20%或平检10%
桩间土
沿线路纵向连续每50米抽检3个点，每米检测干密度、湿陷性和压缩试验，计算最小挤密系数和湿陷系数、压缩模量。
复合地基承载力
总桩数的2%，且不少于3根，监理见证，平板荷载试验
强夯试验检测项目
试验项目
材料名称
地基加固质量
施工结束7天后，每一百米等间距检测3个断面，检测方式：
动力触探
隔7~10天，每500~1000m2内的各夯点之间任选一处，自夯击终止时的夯面起5~12米深度内，每隔1米取1~2个土样测定干密度，压实系数和湿陷系数。
施工单位每一工点每3000`M^2`抽样检验12点，其中：
标准贯入试验6点，静力触探试验3点，载荷试验3点。
重夯试验检测项目
试验项目
材料名称
施工前
检测原地面压实度
施工后
检测压实度
软基处理试验检测项目
试验项目
材料名称
施工后
压实度，含水率
灰土挤密桩试验检测项目
试验项目
材料名称
石灰
氧化镁+氧化钙含量，粒径不大于5毫米，夹石量不大于5%；200吨一批，监理见证20%或平检10%
土
施工前有机质含量检测，不大于5%，每1000立方米检测一次，其他项目符合设计要求；监理见证20%或平检10%
桩体
压实度，总桩数的3%且每班不少于1根，,每一米检测干密度、监理见证20%或平检10%
桩间土
沿线路纵向连续每50米抽检3个点，每米检测干密度、湿陷性和压缩试验，计算最小挤密系数和湿陷系数、压缩模量。
复合地基承载力
总桩数的2%，且不少于3根，监理见证，平板荷载试验
强夯试验检测项目
试验项目
材料名称
地基加固质量
施工单位每一工点每3000`M^2`抽样检验12点，其中：
标准贯入试验6点，静力触探试验3点，载荷试验3点。
重夯试验检测项目
试验项目
材料名称
施工前
检测原地面压实度
施工后
检测压实度
软基处理试验检测项目
试验项目
材料名称
施工后
压实度，含水率
灰土挤密桩直径40cm，桩间距为1~1.2米，桩长为5~10米，桩体采用3:
7灰土。
根据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）在灰土挤密桩施工前，检测石灰及灰土挤密桩土的质量，检测项目为：
石灰检测氧化镁+氧化钙的总含量，不应低于50%。
石灰粒径不大于5毫米，夹石量不大于5%，每200吨检测一次；土的有机质含量不大于5%，其他指标符合设计要求，每1000立方米检测一次。
标准试验：
进行灰土的标准击实，得出最大干密度和最优含水率，并测定石灰含量曲线。
施工过程中，检测桩体的压实度，检测频率为：
总桩数的3%且每班不少于1根，,每一米检测干密度、监理见证20%或平检10%；
施工结束后检测桩间土及复合地基承载力，桩间土的检测频率为：
沿线路纵向连续每50米抽检3个点，每米检测干密度、湿陷性和压缩试验，计算最小挤密系数和湿陷系数、压缩模量。
复合地基承载力检测频率为：
总桩数的2%，且不少于3根，监理见证，平板荷载试验。
自平衡静载试验作业指导书
北京市建设工程质量第三检测所
2006年2月
1依据标准
《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）；
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）。
2试验目的
验证单桩竖向抗压极限承载能力；
给出各土层桩侧摩阻力和桩端支承力的承载力；
通过静载试验，为设计提供依据或施工工艺提供依据。
3适用范围
自平衡试桩法适用于粘性土、粉土、砂土、岩层中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等，特别适用于传统静载试桩相当困难的水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩等情况。
当埋设有桩身应力、应变测量元件时，尚可直接测定桩周各土层的极限侧阻力。
4试验仪器设备
1.桩基静载荷测试分析系统
2.高压油泵站和荷载箱
3.荷载量测：
油压传感器量测荷载
4.位移量测：
位移传感器
5.应变量测：
应变采集仪
6.基准梁、基准桩
5、检测流程
检测流程图见图1
图1检测流程图
6、准备工作
6.1前期内业
6.1.1资料准备、理论分析计算及方案编写
1）收集资料，了解试桩场地工程地质情况，试桩的基本情况（如桩长、桩径、砼强度等级、施工工艺等），以及桩的预估极限承载力值。
2）在征求设计人员及建设单位对试桩的试验要求和进度要求后，制定详细的试验方案（包括根据地勘资料进行桩基极限承载力分析并按自平衡法试桩理论进行计算确定平衡点及试验荷载值、确定应变计位置等）。
6.1.2仪器、设备测试元件的鉴定及标定
1）加载系统（电动油泵、高压油管、荷载箱等）
2）测试仪器的标定
6.2荷载箱安装
荷载箱安装前必须对施工单位技术人员进行交底，并留存交底记录。
具体技术交底内容如下：
1、成孔时严防偏孔、斜孔；注意孔内水头，防止反串塌孔。
终孔时注意清孔，沉渣应小于50mm；
2、荷载箱应立放在平整地上与钢筋笼焊接，位移棒套管与钢筋笼适当固定，位移棒应按要求与荷载箱牢靠连接。
荷载箱与钢筋笼焊接时，主筋与荷载箱焊接长度应大于35d（主筋直径）且不少于500mm。
保证荷载箱与桩中心线的垂直度误差小于千分之三；
3、埋荷载箱前检查油管及位移棒套管长度、位置；
4、钢筋笼与荷载箱放入孔中后进行二次清孔；
5、埋完荷载箱，保护油管及钢管封头；
6、施工时，导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；
7油管与主筋绑扎。
8、测试期间应保证供电（380V、220V两种电源），试桩周围10米内不得有较大的振动。
6.3注浆
当试验桩为工程桩时，必须对施工单位技术人员进行交底，并留存交底记录。
在试验完成立刻要求施工单位注浆。
具体技术交底内容如下：
1、通过下位移管对荷载箱缝隙进行压水清洗，一管中压入清水，待另一管中流出的污水变成清水时，开始对荷载箱内的缝隙进行压浆；
2、压入的水泥浆水灰比为0.5～0.6，并掺入一定量微膨胀剂（配合比根据实验确定），确保浆体强度达到C40，无收缩。
3、压浆量以从一根声测管压入另一根声测管冒出新鲜水泥浆为准。
然后封闭管头采用压力注浆，压力大于2.0MPa，压浆水泥量约0.8～0.1吨。
4、以压浆压力、压浆量双重控制。
6.4现场工作
1桩头处理，打开护管封头，进行超声波检测试验（由于荷载箱内设置连接件，探头可顺利通过，对桩身混凝土检测没有影响）；
2检查荷载箱是否正常工作，仪器初调；
3布置平衡梁（基准梁）。
4搭设防风蓬架，尽量减少外部环境（风、温度）的影响。
7试验规定和要求
7.1开始试验时间
在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应小于10d：
对于粉土和粘性土，不应小于15d。
本工程试验开始时间在桩身强度达到设计要求的前提下，成桩后15d。
试验前应采用超声波透射法检测桩身完整性。
7.2试验加载、卸载方式
加载采用慢速维荷法，分级荷载为每级加载为预估极限荷载的1/10～1/15，其中第一级可取分级荷载的2倍。
卸载每级为加载时分级加载量的的2倍，逐级等量卸载。
7.3位移测读方式
位移观测采用电子位移传感器。
其测读方式如下：
（1）每级荷载施加后第5、15、30、45、60分钟测度荷载箱顶底板位移量，以后每隔30分钟测读一次。
（2）桩沉降或上升稳定标准：
位移相对稳定标准：
每一小时的位移不超过0.1mm并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测计算值），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。
（3）当位移速率达到相对稳定标准时，在施加下一级荷载。
（4）卸载时，每级荷载维持1小时，按第15、30、60分钟测读位移量后，即可卸下一级荷载。
卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3小时，测度时间为第15、30分钟，以后每隔30分钟测读一次。
7.4基桩轴向应力测试
为了测定桩身轴向力PZ与钢筋应变计所受力Pi的关系，假定距荷载箱位置最近的断面为标准断面（标定断面），通过标定断面实测桩身应力—应变关系，便可计算其它量测断面的桩身轴向力PZ值。
由于标定断面距荷载箱位置较近，因此标定断面上的桩身轴向力近似等于荷载箱处荷载Q。
据此便可计算出标定断面处钢筋应力计所受的压应力
，同时通过应变采集仪也能实测到钢筋应力计在荷载作用下的压应力
。
7.5终止加载条件
当出现下列情况之一时，可终止加载：
（1）已达到极限加载值；
（2）某级荷载作用下，桩的位移量为前一级荷载作用下位移量的5倍；
（3）某级荷载作用下，桩的位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；
（4）累计上拔量超过100mm；
（5）位移达到荷载箱行程。
7.6其它注意事项
（1）在试验设备、仪器仪表的运输过程中应确保其不损伤，以保证现场测试数据的准确无误。
（2）高压油泵等仪器设备应按照安全、方便、易操作的原则安放。
（3）测试现场所接电源必须符合临时架设电源线路的要求，禁止乱接电源、电线，防止漏电、触电等事故发生。
（4）发生事故应立即停止试验，保留现场，记录事故发生经过，配合调查人员调查。
8、试验资料的整理
8.1单桩竖向极限承载力的确定
（1）根据位移随荷载的变化特征确定极限承载力，对于陡变型Q-S曲线取Q-S曲线发生明显陡变的起始点。
（2）对缓变形Q-S曲线，按位移值确定极限值，极限侧阻取对应于向上位移S上=40－60mm对应的荷载，或大直径桩的S下=（0.03－0.06）D（D为桩端直径，大桩径取低值，小桩径取高值）的对应荷载。
（3）根据位移随时间的变化特征确定极限承载力，下段桩取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值，上段桩取S-lgt曲线尾部出现明显向上弯曲的前一级荷载值。
分别求得上、下段桩的极限承载力QU上、QU下，然后考虑桩自重影响，得出单桩竖向抗压极限承载力QU为：
QU=（QU上－W）∕
+QU下
式中：
W—荷载箱上部桩自重；
对于粘性土、粉土
=0.8；对于砂土
=0.7
单桩竖向抗拔极限承载力为
Qu=Qu上
（4）依据规范根据试桩位置、实际地质条件、施工情况等综合确定单桩竖向极限承载力标准值。
8.2报告提供的内容
（1）单桩竖向抗压静载试验概况：
整理成表格形式，并应对成桩和试验过程出现的异常现象作补充说明。
（2）单桩竖向抗压静载试验记录单
（3）单桩竖向抗压静载试验荷载－沉降汇总表。
（4）绘制有关试验成果曲线：
为确定单桩竖向抗压极限承载力，一般绘制Q～S曲线、S～lgt曲线，S～lgQ曲线，以及其它辅助分析所需曲线。
（5）当进行桩身应力、应变和桩底反力测定时，应整理出有关数据的记录表和绘制桩身轴力分布、摩阻力分布，桩底反力-荷载关系等曲线。
（6）确定单桩竖向抗压极限承载力；划分桩侧总极限摩阻力和总极限端承力，并由此求出桩侧平均极限摩阻力（当进行分层测试时，应求出各层土的极限摩阻力）和极限端承力。
9、试验项目组人员组成及分工
10、质量保证体系
1、在工程检测过程中严格遵守和执行国家行业有关检测计量的规范、规程和质量管理体系的要求、标准，把整个检测过程视为一系统工程，实行全面质量管理，保证检测工作的科学性、准确性、公正性。
确保监测工作合格，争取优良的质量目标。
2、对检测过程的每个环节和质量要素进行有效的质量控制，确保检测质量符合规定的要求。
3、对检测报告和结论持谨慎态度，结论明确防止检测结果误判。
4、对于检测的全部仪器按《质量管理手册》规定进行检定、校验和检验。
5、检测结果不受行政、经济等因素影响。
11、安全及环境保护
1、各种检测、操作人员须经安全培训，不得无证上岗，各种操作人员应配戴相应的安全防护用具和劳保用品。
严禁操作人员违章作业，管理人员违章指挥。
2、检测中所用仪器、电器设备必须达到国家安全防护标准。
3、现场内各用电设施，尤其是电焊、电热、电动工具，其装设使用应适合规范标准，维修保管应有专人负责。
设备安装、调试时的照明，须用安全电压。
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