深圳沿江高速公路大体积承台海工混凝土设计与应用.pdf

2 0 1 3年第 2期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 2 5期 文章编号： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 2 4 0 3 深圳沿江高速公路大体积承台 海工混凝土设计与应用 罗峰， 高超 ( 广东省长大公路工程有限公司， 广州 5 1 0 6 2 0 ) 摘要：以深圳沿江高速公路第 1 I I 合同段施工项目为背景， 对承台C A O海工混凝土配合比设计的思路、 方法、 质 量控制、 施工应用等方面进行阐述。通过正交设计法， 确定 了符合抗裂性和抗氯离子渗透性能要求的海工混凝 土配合比， 该配合比应用后， 工作性好， 也未出现结构危害裂缝， 承台工程质量得到控制和保证。 关键词 ： 桥 梁；大体积承 台施工 ；海工混凝 土；设计与应 用 中图分类号 ： U 4 4 5 5 7 文献标识码 ： B 0 引言 我国海洋 面积广 阔， 很长时 间里受建桥技术 和经济实力 的影 响， 未能 大面积展开海洋桥 梁的 施工建设 ， 随着 国家经济实力的壮大， 桥梁结构耐 久性研究关键技术得到突破 ， 大吨位 吊装技 术得 以广泛应用 ， 近些年来 ， 我 国各地相继建成 了东海 大桥、 杭州湾大桥、 青岛海湾大桥等一批具有影响 力的跨海大桥 ， 为海 工混凝 土的耐久性设计 提供 了大量试验数据和应用经验。 混凝土电通量是 混凝 土抵抗 氯离子 渗透 能 力 的评价方法之一 ， 适用于高 中等强度 混凝 土的 渗透性评价 ， 在我 国现港工工程 中普遍采用 。但 混凝土电通量试验 ， 不能定量地反映混凝 土在海 洋环境中氯离子非稳状态下 的分布状况 ， 只能作 出定性判断 J 。经过多年发展 ， R C M法被 国际上 公认为在稳 态下 测量氯离 子扩散 系数较为精 确 的试验方法之一 ， 它应 用化学反 应原理 ， 定量 测 定氯离子扩散深度 ， 不仅能对混凝土抵 抗氯离子 扩散 的能力作 出定性判 断， 还能通过化学试验进 行定量评价 。海工混凝 土引入 R C M 法作为耐久 性控制指标 ， 对海工混凝土质量控制是一次质 的 飞跃 。 广东海洋 面积广 阔， 已先后建成 了汕头海 湾 大桥 、 湛江海 湾大桥 、 淇澳 大桥等跨海大桥 ， 在这 些施工项 目中， 控制混凝 土耐久性 的氯离 子扩散 能力的指标均按电通量方法来设计 。深圳沿江高 速公路桥梁工程属于跨海大桥 ， 设计工程师参 照 杭州湾大桥等著名跨海大桥的设计和施工成功经 验， 以氯离子扩散系数法代替传统的电通量法 ， 表 征海工混凝 土抵抗氯离子渗透能力 ， 这在广东海 桥建设史上尚属首例。 本文从承台海工混凝土配合 比设计 的思路 、 材料的选择 、 质量控制 、 施工应用等方面阐述海工 混凝土的配合 比设计和施工情况， 在施工过程中， 解决了大体积承台海工混凝土 的抗裂 问题 ， 保证 了工程顺利施工和混凝土施工质量。 l 工程概况 广深沿江高速公路深州段第 1 I I 合 同段 ， 全长 约 7 1 3 4 m。主要包括机场互通主线桥 、 大铲湾特大 桥、 西乡互通立交桥三座特大桥。承台外形为矩 形和哑铃型， 主墩承台厚为 3 8 m， 其 他承台厚为 2 02 5 m； 混凝土为高性能海工混凝土 ， 强度等 级为 C 4 0， 总方 量 约 4万 m ， 体 积 约 为 2 0 0 6 0 0 m ， 均为大体积 。 深圳地处高温、 多雨的亚热带地区， 加之广深 沿江高速公路深圳段又处于珠江出海口， 大部分 位于沿海滩涂地带 ， 甚至机场段就直接在海上修 筑 ， 桥梁所处环境条件恶劣。承 台大部分处于浪 溅 区 ， 对混凝土抵抗氯 离子渗透和抗裂性能要 求高。 作者简介：罗峰( 1 9 8 5 0 7一) ， 男， 江西新余人， 毕业于长沙理工大学 土建工程专业， 路桥助理工程师， 主要从事特大型桥梁 工程施工技术研究与管理工作。 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年第 2 期 罗峰， 高超深圳沿江高速公路大体积承台海工混凝土设计与应用 总第 1 2 5 期 2 承 台海工混凝土配合比设计 2 1 设计要求 根据本项目专用技术规程及以往的工程经验 和耐久性要求， 对混凝土配合比设计提出如下指 标 ， 见表 1 。 表 1 承台海工混凝土配合比设计指标 2 2 海工混凝土配合比设计思路 海工高性能混凝土的设计与普通混凝土设计 存在很大的差异 ， 海工混凝土属于高性能混凝土 ， 受高效减水剂对混凝土性能的改变影响， 常规的 普通混凝土经验公式法已不能适应高性能混凝土 配合比设计。海工混凝土配合比设计应以满足其 耐久性和高工作性为前提，需通过很多次试验验 证， 寻找和确定一个适当胶材比例的配合比， 工作 量较大。常规混凝土配合 比设计难以对各检测指 标做科学的分析判断， 需要采用正交法 ， 因而在 本项目承台海工混凝土配合比设计中， 采用正交 设计法。 在配合比设计时， 通过降低水胶比， 减少胶凝 材料总用量 ， 提高掺合材料的用量 ， 以控制大体积 混凝土的水化热， 降低混凝土绝热温升， 杜绝温 度裂缝 的形成 。 2 3 材料的选择 海工高性能混凝土 的原材料选 择原则及其技 术指标仍然是突出耐久性， 以降低混凝土水化热、 控制氯离子含量与总碱量 为前提 ，提高混凝土 的 体积稳定性。其指标均满足本项 目专用技术规程 和国标的技术要求 。 2 3 1 水 泥 水泥强度等级不低于 4 2 5级且符合 通用硅 酸盐水泥( G B 1 7 52 0 0 7 ) 标准 的 型硅酸盐 水 泥 ， 水泥 中氯离 子含 量小 于 0 0 3 ， 碱含 量小 于 0 6 ， 水泥选用华润 ( 东莞 ) 牌 ， 经试验与与辅掺 料 、 外加剂间匹配性优 良。 2 3 2 矿物掺合料 粉煤灰应符合 G B T 1 5 9 62 0 0 5中 I级灰 的 技术要求， 矿渣粉应符合 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8中$ 9 5 级 以上要求 。通过试验 ， 选取福建 漳州 电厂 的 I 级粉煤灰 和柳州 台泥新 型建 材有 限公 司生产 的 $ 9 5级矿渣粉。 2 3 3 细 集料 选用天然中砂 ， 同时考虑细度模数和级 配情 况 ， 砂中氯离子含 量 0 0 2 ， 含泥量 2 O ， 泥块含量 0 5 ， 不得使用海砂及多孔砂， 禁止 使用活性骨料， 通过试验选取了西江( 肇庆段) 河 砂 。 2 3 4 粗集料 选用粒径 5 2 5 m m且级配 良好 的碎石 ， 氯离 子含 量 0 0 2 ， 含 泥量 0 5 ， 泥块 含 量 0 3 ， 针片状8 ， 不得使用活性骨料。我们选 取的为 四会迳 口石场的 5 2 5 m m碎石。 2 3 5水 使用的水不含有影响水泥正常凝结或使钢筋 锈蚀有害杂质， 且 s O ： 一 含量5 0 0 m g L ， C L 一 含量 2 0 0 m g L ， 我们选用的水为饮用水 。 2 3 6 外加 剂 本项 目使用聚羧酸类减水剂， 减水率大于 2 5 ， l h 坍损小于初始值的 1 0 ， 选用的为江苏博 特 P CA聚羧酸减水剂。 2 3 7阻锈 剂 采用复合 氨基醇类多功能活性阻锈剂 ( 不含 亚硝酸盐) ， 掺量为水泥重量的2 ， 选用中国建筑 材料研究院研制的 MS型钢筋阻锈剂 。 2 4 配合比设计及技术性能 根据以往海工混凝土配合比设计经验， 海工 混凝土的强度指标不是关键控制指标 ， 最关键 的 控制指标是 混凝土 的耐久性 指标氯 离子扩散 系 数 ， 试验表明 ， 混凝土氯离子扩散系数满足设计耐 久性要求 ， 强度指标也就没 问题 ， 而控制氯离子扩 散系数指标， 关键是要确定各胶凝材料之间的合 理 比例 J 。 大体积承台海工混凝土配合比设计， 除了解 决混凝土的耐久性问题， 还要解决混凝土的抗裂 问题 ， 需要通过抗裂试验， 在满足耐久性要求的配 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 广东公路交通 总第 1 2 5期 合比中， 选定几个抗裂性较好的配合比， 再进行验 证 比较试 验， 最终确定抗裂性能好的配合 比。通 过大量试验 ， 确定了承台海工混凝土配合 比， 具体 设计参数及性能见表 2 。 表 2 C 4 0承台配合 比主要参数与技术性能 3 海工混凝土 的施工控制 3 1 混凝土浇筑 混凝土的搅拌采用强制式搅拌机陆上拌合， 主要机械为陆上搅拌站、 混凝土运输车、 泵车等。 混凝土 比普通混凝土搅拌时间稍长 ， 控制在 1 2 0 s ， 通过运输车运送到栈桥， 用泵车或滑槽方式进行 浇筑 ， 根据混凝土方量和机械设备能力 ， 浇筑持续 时间为 71 8 h 。承 台的浇筑采用薄层连续浇筑 ， 插入式振捣棒振实 ， 上下层混凝土覆盖时， 插入下 层混凝土 5l O e m， 振捣棒快插慢拔 ， 直至泛浆平 坦， 混凝土停止下沉 ， 无气泡产生为止 J 。 3 2混凝土养护 混凝土凝固后加盖土工布 ， 并蓄水养护 ， 养护 水采用淡水。承台拆模后应用土工布覆盖洒水等 措施进行保湿养护， 湿养应不间断 ， 不得形成干湿 循环， 混凝土覆盖保湿在夏季不得少于 7 d l 4 J 。 3 3大体积混凝土施工控制 ( 1 ) 降低混凝土材料温度。砼 出仓温度受原 材料的温度影响较大。在砼拌和前 ， 对砂石材料 采取遮 阳处理 ， 防止 阳光直射 。水泥罐仓包 裹防 射布。深圳常年气温偏高 ， 在气温超过 3 O 时 ， 采 用冰水拌和。 ( 2 ) 分层浇筑 ， 严控混凝土质量。现场施工采 取两次 分层浇筑 ，最大单 次浇筑方 量为 4 0 0 m 。 混凝土和易性 良好 ，基本无 泌水 ， 施工 中每 0 5 h 测定一次混凝土新拌合物坍落度、 扩展度 ， 满足要 求方可入模板浇筑 。 ( 3 ) 温度控制。尽量缩短运输时间 ， 浇筑选择 在一天中气温较低的时间段 或夜 间进行 ， 适 当延 长分层浇注的时间间隔， 加快混凝土散热。 ( 4 ) 混凝 土温度监控。养护期间对承台进行 温度监控 ， 定时测定混凝土芯部温度、 表层温度 以 及环境气温等参数。温控数据显示入模平均温度 2 5 C， 3 0 m i n内最大温升 0 3 C ， 第 3 d混凝土 内部 达到温度顶峰5 1 ， 远低于设计温控要求。 26 ( 5 ) 根据混凝土温度和环境参数 的变化情况 ， 及时调整养护方法 ， 必要时进行蓄水养护 ， 同时控 制保湿养护的时间。 3 4附加防腐措施 本 合同段 承 台大 部分 位 于浪 溅 区 ， 从 耐久 性要求 来说处于最不利 环境 中。为 了确 保混凝 土耐久 性采 用 附加 防腐 措施 ， 一是 加 复合 氨基 醇类多功能 活性 阻锈 剂 ， 二是 在混 凝 土浇 筑养 护完成后进行附加防腐涂装 ， 即在混凝土表面 涂湿 固化 环 氧底 漆 ( 5 0 u m)+环氧 云铁 厚 浆 中 间漆( 2 6 0 u rn)+丙烯 酸 聚 氨酯 面 漆 ( 9 0 u rn) 进 行保护。 4 C 4 0海工混凝土性能测试及 应用 承台施工结束后 ， 对混凝 土试 验数据进 行统 计分析 ， 容重为 2 4 0 0 k g m ， 坍落度为 2 0 5 m m， 1 h 坍落度损失 4 m m， 2 h坍落度损失 6 ra m， 含气量 2 0 ， 初凝时间 8 5 h ， 终凝时问 1 3 5 8 h 。抗压强 度 7 d为 4 5 3 MP a， 2 8 d达 6 2 4 MP a 。2 8 d弹性模 量为 4 2 5 4 8 7 MP a。8 4 d测得的氯离子扩散系数为 1 2 1 61 0 m s ， 符合本项 目承台配合 比 8 4 d氯 离子扩散系数 1 51 0 m s 的抗渗透性指标 ， 混凝土耐久性符合要求， 施工中混凝土性能稳定， 具有 良好的和易性、 流动性 ， 可泵性强 ， 工作 性能 良好。成型后的承台， 在拆模后 ， 未 出现肉眼可见 的危害裂缝 。 5 结语 大体积海工 耐久性 混凝土 配合 比设 计 的重 点 ， 强调混凝土的工作性、 抗氯离子渗透性 、 体积 稳定性 ，以保证混凝土具有可泵性 、 耐久性和抗裂 性。应在选择好 材料 的基础上 ， 合理确定矿物掺 合料掺量。按正交法设计确定掺合料比例， 能够 全面科学地考察混凝土各方面性能，快速确定 配 合比， 使海工混凝土各项指标满 足设计 和施 工要 求。 ( 下转 第 6 2页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 广东公路交通 总第 1 2 5期 展 ， 同时随着全 省公路建 设 的不 断推进 ， 公路 养 护工作的任务也将越来越重 ， 而人 民群众对 出行 条件的要求和希望值不断提高， 这些因素都需要 所有的公路人共同思考 和面对 ， 只有通过大家的 共同努力 ， 公 路养护水 平才能不 断提升 ， 才能 真 正满足社会经济发展的需要 。 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 1 2 6 ) Cha l l e ng e s a n d Co unt e r me a s ur e s f o r Hi g h wa y M a i n t e n a nc e M a na g e m e n t i n Gua ng d o ng Pr o vi nc e zENG Bo b o ( G u a n g d o n g P r o v i n c i a l De p a r t me n t o f T r a n s p o rt a t i o n， G u a n g z h o u 5 1 0 1 0 1 ) Ab s t r a c t ：Gu a n g d o n g P r o v i n c e i s n o t o n l y a p r o v i n c e w i t h h u g e e c o n o my ，b u t a l s o a p r o v i n c e w i t h b i g h i g h w a y v o l u me ，wh e r e i t s h i g h wa y c o n s t r u c t i o n h a s b e e n a h e a d o f o t h e r p r o v i n c e s A f t e r b e i n g o p e n t o t r a f fi c ， i t h a s b e c o me n e c e s s a r y f o r t i me l y d a i l y ma i n t e n a nc e a n d r e p a i r ，S O a s t o me e t t h e g r o wi n g t r a v e l d e ma n d s o f t h e p e o p l e As d u r i n g“ t h e T w e lf t h F i v e Y e a r P l a n ”p e ri o d ，t h e e c o n o mi c a n d s o c i a l d e v e l o p me n t o f G u a n g d o n g P r o v i n c e h a s e n t e r e d a n e w h i s t o r i c a l s t a g e ，t h e h i g h wa y ma i n t e n a n c e ma n a g e me n t w i l l a l s o f a c e n e w c h a l l e n g e s a n d n e w s i t u a t i o n T h e r e f o r e ，i n t h i s a r t i c l e，o n t h e b a s i s o f t h e a c t u a l p r e s e n t h i g h w a y ma i n t e n a n c e ma n a g e me n t s i t u a t i o n， s t u d i e s a n d a n a l y s i s h a v e b e e n c o n du c t e d t o t h e n e w c h a l l e n g e s a n d c o u n t e r me a s u r e s f o r h i g h wa y ma i n t e n a n c e ma n a g e me n t i n Gu a ng d o n g P r o v i nc e，whi c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e s for h i g h wa y ma i n t e n a nc e ma n a g e me n t u ni t s a n d t h e i r wo r k s Ke y wo r d s：c o mmu n i c a t i o n s；h i g h wa y；ma i n t e n a n c e；c h all e n g e；c o u n t e rm e a s u r e ( 上接第 2 6页) 通过对配合 比的优化 ， 使本工程 中大体积承 台未采用传统的预埋冷却水管措 施 ， 降低大体积 混凝土温度峰值 ， 并有效地控制 了危害裂缝 的出 现。不仅节约了工 程成本 ， 还避免 了后期冷却管 压浆过程 中可能造成 的内部空隙而带来 的结构耐 久性隐患。 通过大量的 R C M试验数据 ， 根据数学模型计 算公式 ， 可 比较准确地推断海桥混凝 土的寿命 周 期 ， 承台混凝 土的 8 4 d氯离子扩散 系数平 均值 远 小于设计值， 在设计荷载的正常工况下， 可以推算 出本项 目承 台混凝 土 的寿命 周期将超 过设计 年 限， 这也应是工程设 计者引用氯 离子扩散 系数作 驴驴、 ： Z 痧护痧 痧 ， 驴 为海工混凝土耐久性指标的一个重要原因。 参考文献： 1 胡利民， 朱洪波， 等海工工程混凝土耐久性设计 研究 J 水泥工程， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 3 1 3 5 2 苏舰， 吴洪峰广深沿江高速公路深圳段结构耐 久性设计 J 交通标准化 ， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 1 9 31 9 6 3 宋华清， 汪继平金塘大桥主通航孔桥承台混凝 土配合比设计 J 公路， 2 0 0 9， ( 1 ) ： 1 5 01 5 3 4 蒋军辉 ， 李书惠 大体积海工混凝土配合比的研 究与应用 J 公路， 2 0 0 6 ， ( 6 ) ： 2 2 1 2 2 3 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 1 2 1 ) De s j g l l a nd App l i c a t i o n o f M a s s M a r i n e Co n c r e t e for Be a r i n g Pl a t f o r m o f Y a n j i a n g E x p r e s s w a y i n S h e n z h e n LUO F e ng，G AO Ch a o ( G u a n g d o n g P r o v i n c i a l C h a n g d a Hi g h w a y E n g i n e e r i n g C o ，L t d ，G u a n g z h o u ，G u a n g d o n g P r o v i n c e 5 1 1 4 3 1 ) A b s t r a c t ： A s o n t h e b a s i s o f c o n s t ruc t i o n o f C o n t r a c t N o I I I o f Y a n j i a n g E x p r e s s w a y i n S h e n z h e n ， t h e i d e a s ， me t h o d s ，q u a l i t y c o n t r o l a n d c o n s t ruc t i o n a p p l i c a t i o n o f mi x d e s i g n for C 4 0 ma rin e c o n c r e t e f o r b e a ri n g p l a t f o r m h a v e b e e n i n t r o d u c e d Th r o u g h t h e o h o g o n al d e s i g n me t h o d，t h e mi x r a t i o o f ma r i n e c o n c r e t e me e t i n g c r a c k r e s i s t a n c e a n d r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i O 1 3 p e n e t r a t i o n p e r f o rm a n c e r e q u i r e me n t h a s b e e n wo r k e d o u t T h e mi x r a t i o h a s b e e n p r o v e d b y l a t e r a p p l i c a t i o n，w h i c h h a s s h o w n g o o d wo r k a b i l i t y a n d h a s a v o i d e d h a r mf u l c r a c k s ，S O t h e q u a l i t y o f b e a rin g p l a t f o rm h a s b e e n g ua r a n t e e d Ke y wo r ds ：brid g e；ma s s b e a ring p l a t f o rm c o n s t ru c t i o n；ma r i ne c o n c r e t e；d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n 62 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m