张春艳

(中铁一局集团有限公司,西安 710054)

1 工程概况

黄草乌江特大桥是重庆至长沙高速公路彭水至武隆段第C20合同段的一座大桥,桥梁跨越天险乌江和319国道,分左右双幅,全长787.6 m,单幅桥宽12 m,桥梁上部为4孔50 m(T梁)+113 m+200 m+113 m(刚构)+3孔50 m(T梁),主桥墩身高度分别为109 m和118 m,0号块高度12 m,主桥刚构为单箱单室、三向预应力钢筋混凝土结构,混凝土设计强度等级C60,属于典型的高墩大跨度刚构桥。

2 高强度等级混凝土材料的质量控制

2.1 水泥

黄草乌江特大桥混凝土强度等级设计为C60,根据《公路桥涵施工技术规范》以及综合水泥强度对混凝土质量的影响,选择为52.5R普通硅酸盐水泥。

2.2 粗骨料

粗骨料采用粒径5～25 mm的连续级配碎石,使粗骨料的分级尺寸互相衔接,每级均占一定数量,确保混凝土和易性良好。

粗骨料的抗压强度检验采用岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比,其值不应小于1.5。经过多家现场考察,严格试验抗压强度,确定选择碎石抗压强度在100～120 MPa的石场。

2.3 细骨料

对于高强度等级泵送混凝土选用中砂,细度模数为2.9～2.6,2.5 mm筛孔的累计筛余量不大于15%,0.315 mm筛孔的累计筛余量在85%～92%。严格按照规范控制砂子中的杂质含量,经过筛选和勘察,黄草乌江特大桥主桥刚构最终确定采用洞庭湖砂。

2.4 外加剂

外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。

在刚构桥上,经过比选采用缓凝高效减水剂,其具有较高的减水增强效果,能提高混凝土拌和物的和易性和泵送性。

为了确保高效减水剂与水泥的适应性,在进行配合比设计时,事先对高效减水剂与水泥的适应性进行试验,以取得最佳掺量和应用效果。

每批减水剂进场后,试验室都必须做适应性试验,试验的目的是确定减水剂和水泥的适应性和掺量。招标时确定的掺量(1.0%)在开始几次进场时满足要求,随后经常不满足这一指标，因而增加了用量,也就增加了工程的施工成本。

2.5 掺和料

(1)硅粉

掺和料选择有粉煤灰、矿渣和硅粉,经过对混凝土的早期强度、水化热、和易性和抗渗性、耐久性等各方面试验和针对刚构桥工期(必须达到至少4 d就能进行张拉)要求和耐久性等分析,最后选用硅粉,可有效改善拌和物工艺性能,使混凝土易于拌和、运输、浇灌和振捣,同时又使混凝土质量均匀、成形密实(又称为工作性),利于高墩泵送。同时硅粉的二次水化作用,新的生成物堵塞混凝土中渗透通道,能提高混凝土的抗渗性能,比较普通混凝土,能有效阻止或延缓混凝土的碳化反应,避免结构中的预应力筋过早遭受锈蚀,对改善结构耐久性产生有利的影响。

(2) 聚丙烯网状纤维

纤维经过化学接枝和物理改性处理,表面粗糙多孔,大大提高了纤维与水泥基集材料的结合。聚丙烯纤维加入混凝土集料中,能迅速轻易地与砂浆混凝土材料均匀混合。由于纤维细,比表面积大,每1 cm3的混凝土中约有45条左右纤维,故能在混凝土内部形成一种乱向支撑体系,能极有效地控制混凝土及水泥砂浆早期的塑性收缩、干缩等非结构性裂缝的产生和发展,有效阻止骨料的分离,阻碍沉降裂缝的形成。更重要的作用是纤维作为混凝土的“次要加强筋”提高了材料介质的连续性,使硬化后混凝土的性能得到显著改善,提高混凝土的耐久性。提高混凝土工程质量,减少后期维护费用。

(3)掺入方法

外加剂的掺入方法对混凝土质量影响也很大,本项目上采用人工添加,事先根据用量用台秤称好之后装入塑料袋,防止受潮。

3 C60混凝土配合比的设计和优化

混凝土配合比的设计除了满足混凝土的强度等级和高墩泵送性,还必须使混凝土具有较大的抗裂能力,尽量节省水泥,降低混凝土绝热温升,减少混凝土收缩。因此刚构桥混凝土配合比的设计对于刚构桥的质量通病的控制至关重要。

3.1 配合比方案比选

试验人员进行了30多次混凝土配合比现场试验,通过大量试验和实践,最终形成了如下几种方案,从中可以看出各自的优缺点(表1)。

表1 混凝土配合比试验对比

3.2 配合比的确定

结合黄草乌江特大桥刚构混凝土强度、100多m高度泵送，以及早期强度对工期的影响,最终确定水泥+硅粉+聚丙烯纤维(0.9 kg/m3)的最优配合比技术方案(表2)。

表2 理论配合比与实际配合比对比

4 刚构桥施工质量工序控制

4.1 钢筋安装和保护层质量控制

(1)箱梁节段的钢筋延伸采用搭接,必须保证搭接长度。

(2)箱梁腹板钢筋骨架绑扎位置准确、梅花形牢固绑扎钢筋相交点,内外腹板钢筋之间设计的挂钩钢筋定位准确,数量保证。

(3)为防止由于预应力径向力的作用,导致跨中底板混凝土预应力张拉时发生崩裂。原设计图中的防崩钢筋不能随意改动,并设置为135°弯折或闭合箍筋,将径向力传至上排钢筋网,让箱梁全截面受力,以减少径向力对底板的影响。

(4)设计图纸中对刚构桥顶板、底板、腹板均设有挂钩,就是保证钢筋上下层之间的距离和保护层厚度,所以必须严格按照图纸进行施工,核准钢筋保护层厚度,每个部位均必须检查挂钩位置和布置间距及数量。

(5)施工中注意根据保护层厚度的要求,选择不同尺寸的塑料垫块,一定要保证垫块尺寸准确,数量和布置密度足够,这样才能控制钢筋保护层的厚度误差不大于5 mm。

4.2 混凝土施工质量控制

(1) 0号块的浇筑

0号块与墩身之间在结构尺寸上存在截面突变和浇筑龄期差,墩身混凝土的收缩已经基本完成,才开始0号块的浇筑。如果分层位置靠近墩顶,二次浇筑容易产生竖向收缩裂缝,所以0号块一定要一次浇筑至箱梁中性轴附近再设断缝,余下一次浇筑完成才不会产生竖向收缩裂缝。为了避免高度很大的0号块两次浇筑时间间隔太长,造成混凝土不同收缩产生竖向裂缝,要求2次浇筑的龄期最长不要超过15 d,最好在一周之内完成,并在0号块内部增加防裂钢筋网片。

(2)悬臂节段混凝土浇筑质量控制

箱梁混凝土浇筑时两端挂篮浇筑要对称进行,并且先底板后腹板再顶板。两端底板浇筑完成后再同时开始浇筑腹板,但是两端不能间隔时间太长。同一端挂篮腹板两侧要尽量浇筑水平,防止挂篮偏压受力,影响稳定性。

高墩大跨度刚构桥挂篮施工混凝土一般均采用泵送,混凝土坍落度较大,所以在底板浇筑完成后,不能立即浇筑腹板,防止振捣时底板翻浆,导致腹板与底板夹角处混凝土不密实,留下质量隐患,一般的做法是用模板进行封口少量压载。

(3)合龙段混凝土质量控制

合龙段混凝土采用一次性浇筑成形。

合龙段两侧水箱同时放水,保证混凝土的浇筑质量与放水质量基本相等,边跨侧配重不变。

合龙段采用微膨胀混凝土,在搅拌过程中加8%～12%膨胀剂,以免新老混凝土的连接处产生裂纹。同时掺入泵送剂和早强剂,因为合龙段钢筋、波纹管较多,所以要求混凝土的流动性与和易性要好,在整个混凝土的浇筑过程中混凝土的入模坍落度为190～200 mm。

4.3 混凝土养护

C60高强度等级混凝土在浇筑完成后,强度在迅速增长。为了消除混凝土内外温差而引起的温度应力裂纹,浇筑完成终凝后用土工布进行覆盖,并安排专人不断用水喷洒混凝土表面同时往预应力管道内通水,做到保温保湿,同时满足强度增长所需水分。黄草乌江特大桥位于重庆武隆县境内,当地气候湿润,年平均气温在18 ℃,湿度较大,平均相对湿度为76.8%～80.7%，有利于混凝土的养护。施工现场同条件养护试件不得少于3组,分别代表底板、顶板和腹板混凝土。经过施工的全过程检验,同条件养护试件的4 d强度基本达到51 MPa以上，为设计强度的85%，是能真实的反映现场实际强度的。

4.4 预应力质量控制

(1)纵向、竖向、横向预应力施工质量控制

预应力钢束张拉按设计要求的顺序进行,一般为先纵向后横向再竖向,纵向预应力束必须保证两端同步张拉,横向保证两边对称张拉,预应力钢绞线的张拉采用张拉力和伸长值双控。预应力钢束张拉完毕后,严禁撞击钢束,钢绞线和粗钢筋多余长度应用切割机切割,但不能使用氧气切割。

(2)张拉所用设备必须严格进行校正,保证始终在试验有效期内使用；对于每次钢绞线伸长量与设计不符时必须查明原因后才能再次进行张拉。

(3)竖向预应力钢筋采用精轧螺纹粗钢筋(JL930级JL32),屈服强度≥930 MPa,抗拉强度≥1 080 MPa,Ey=2.0×105MPa,设计张拉力657 kN,每根精轧螺纹钢筋均需用690 kN张拉力预拉合格后才能进行安装。

4.5 预应力管道压浆

压浆嘴和排气孔在预应力管道上必须进行设置,压浆前应用压缩空气清除管道内杂质,管道压浆强度R28达到60 MPa；纵向预应力采用真空灌浆工艺。预应力钢束锚固齿板上的锚具压浆后应及时浇筑封锚混凝土,施工应采取加微膨胀剂确保预应力管内灌浆密实和饱满。

4.6 桥梁线形控制

施工中进行梁顶高程、墩顶变位测量、预埋测试元件测试大桥控制截面应力,以实测参数预测施工预拱度,以便随时指导和提供各梁段立模高程,用水准仪控制安装底模侧模和顶模。通过调整挂篮前吊杆高度等方法,使底模、侧模和顶模高程满足立模高程要求,误差应控制在±5 mm(高程)和±5 mm(中轴线位置)之内。合龙时合龙段两端竖向误差不大于1 cm,轴向偏位不大于1 cm,确保成桥线形与设计吻合。

5 取得的效果

桥梁预应力张拉的数据和内部应力监控的数据反映了桥梁整体刚度满足要求,梁体高程和变形监控基本与线性计算数据吻合,为更好地控制刚构桥整体线形提供了有力的依据,桥梁整体线形美观、符合设计要求。桥梁施工中C60添加硅粉和网状纤维混凝土配合比的成功运用,为提高高强度等级混凝土强度和保证质量提供了参考。桥梁施工中运用的新技术、新设备、新材料对高墩大跨度刚构桥施工提供了宝贵的经验。黄草乌江特大桥百米高墩和大跨度预应力混凝土刚构桥,充分体现了质量控制的全面和细致,受到了重庆市高速公路发展有限公司及设计单位、监理单位的一致好评和肯定。

[1]JTG B01—2003，公路工程技术标准[S].

[2]JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]李 松，王外存，赵启仁，等.高速铁路刚构桥施工控制线形敏感度研究[J].铁道标准设计，2008(11)：49-51.

[5]李培安.韩安店1号特大桥主桥高墩大跨度连续刚构施工技术[J].铁道标准设计，2006(6)：40-42.