西江特大桥大直径桩基混凝土配合比设计验证与应用.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 0 0 4 西江特大桥大直径桩基混凝土 配合 比设计验证 与应用 刘相泉 ，高超 ( 1 广东华路交通科技有限公司， 广州 5 1 0 4 2 0 ； 2 广东省长大公路工程有限公司， 广州 5 1 0 6 2 0 ) 摘要 ： 江门至肇庆高速公路横跨喀斯特地区， 桩基施工技术复杂， 对桩基混凝土质量要求较高。以西江特大桥 混凝土配合比设计为研究背景， 对承包人申报的大直径桩基配合比标准试验进行了平行验证 ， 其混凝土强度、 耐 久性 、 和易性等性能指标与申报的试验指标有差异， 分析了承包人试验室技术人员出现这些差异的原因， 并就原 配比提出优化意见。重新试验后， 使各项指标与申报资料相符， 该混凝土配合比在施工应用后， 符合工程施工要 求， 桩基完整性检测结果均为 I 类桩。 关键词： 西江特大桥 ；桩基混凝土；配合比设计 中图分类号：U 4 4 5 5 5 1 文献标识码 ： B O 引言 喀斯特地区属于岩溶地 区， 溶洞众多， 裂隙发 育 ， 形成水流通道， 新拌混凝土易被侵蚀 。广东肇 庆地 区雨季降水量大 ， 持续 时问长。桥位地下水 主要为基岩裂隙水 ， 根据水质化验报告 ， 该地区绝 大部分地段地下水 、 地表水均使混凝土具有 弱硫 酸型酸性侵 蚀和 中等溶 出型侵蚀 ( 含 碳 酸盐侵 蚀) ； 这种地质和环境下， 对桩基混凝土工作性 和抗渗性有一定要求。混凝土坍落度大， 水胶 比 小 ， 凝聚性好 ， 泵送容易 ， 且有一定 的抗渗能力 ， 以 保证混凝土顺利浇筑， 不被轻易侵蚀 ， 桥梁实际使 用寿命才能得到合理保证。 l 工 程概 况 西江特大桥全长为 2 6 9 8 m， 为国内当前整幅桥 面最宽的矮塔斜拉桥， 全桥共有 4个 主墩 ， 每墩有 1 2根桩基 ， 河床水深约 3 0 m， 直径为 3 O m， 设计桩 长平均为 5 3 m， 属于大直径深水桩 ， 浇筑混凝土方 量约 1 6 1 6 4 m ， 全部为嵌岩桩 ， 桩基混凝 土强度等 级为 C 3 0 ， 混凝土采用 泵送技术， 桩基混凝土按水 下桩? 昆 凝土配合比设计要求进行。 本桥主桥处于典型的喀斯特地 区。主墩地层 岩性复杂多样， 为隐形岩洞中区， 桩基下石灰系石 磴子组灰岩溶洞及溶蚀裂 隙集 中发育 。溶洞规模 大 ， 分布多 ， 多数呈 多层或 串珠状分 布， 溶洞及裂 隙基本可相互连通， 为地表水、 地下水入侵桩基混 凝土提供了通道 ， 在配合 比设计 中， 需要考虑混凝 土耐久性。 2 设计缺 陷应对 本桥桩基穿越岩层 ， 裂隙贯通， 混凝土存在化 学入侵腐蚀 ， 应采取技术措施 ， 使混凝土具有一定 的抗渗性 ， 以抵御外界不 良环境介质对混凝土 的 侵入腐蚀 ， 确保桩基混凝土具有耐久性。 本桥桩基混凝土设计等级为 C 3 0 ， 经计算混凝 土的配制强度为( 应大于) 3 8 2 M P a ， 就可满足规范 和设计要求 。 混凝土如按普通混凝 土设计 ， 在长期不 良的 地质环境 中， 桩基很可能遭受腐蚀 ， 致使混凝土结 构破坏 ， 影响使用寿命 。在岩溶地 区桥梁桩基设 计上 ， 设计者未考虑混凝土耐久性 ， 这是设计上的 一 个缺陷。 参照普通混凝土设计规范 的相关技术要求 ， 与承包人试 验室技术 负责人达成一致意见后 ， 将 普通水下混凝土设计 为水下抗渗性混凝土 ， 更有 利于保证混凝土质量。据 当前规范 ， 抗 渗混凝土 是指抗渗能力大 于 P 6的混凝土 。据 以往工程 试验经验 ， 对 于仅满足强度和工作性要求的水下 作者简介： 刘相泉( 1 9 7 2 一) ， 男， 辽宁建昌人， 本科学历， 路桥工程师， 主要从事特大型桥梁工程监理及施工技术研究与管理 工作。 Em a i l ： 2 3 4 7 3 5 1 4 1 q q t o m 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年第 2 期 刘相泉， 高超西江特大桥大直径桩基混凝土配合比设计验证与应用 总第 1 2 5 期 普通混凝土 ， 强度 等级为 C 3 0的混凝土不具有抗 渗性 。 为了满足混 凝土抗渗要 求 ， 可通 过掺加粉煤 灰、 增加胶凝材料用量、 减小水胶比等技术措施来 实现 ， 这无疑将增加施 工企业混凝土 成本。桩基 础质量是影响桥梁使用寿命最重要的因素， 在施 工前， 只有对混凝土配合比设计严格要求， 才能控 制好施工过程中的混凝土施工质量 ， 本桥 1 0 0年的 设计寿命 目标才能实现。为了保证混凝土抗渗质 量 ， 要求承包人将混凝土抗渗指标初步定为 P 9 。 3 桩基混凝土设计 结合以上分析， 对西江特大桥大直径桩基混 凝土作 出如下技术要求。 3 1 强度 在混凝土材料 和设 计状态相 同的情况下 ， 一 般来说， 抗渗等级与混凝土的密实性关联较大， 在 结构无裂缝 的状态下 ， 抗渗等级越高 ， 混凝土就越 密实 ， 强度也就越高 J 。据 以往实践经验 ， 水下桩 基大掺量粉煤灰混凝土 ， 采用 I I 级粉煤灰 ， 混凝土 抗渗等级达到 P 1 0级 ， 则混凝 土强度约为 4 6 MP a ， 施工单位报送 的混凝土 配制强度为 4 8 MP a ， 满足 设计要求。 3 2 工作性 3 2 1流动性 本工程桩基 混凝土属水 下混凝土 ， 桩基桩径 大 ， 而且桩长 ， 桩孔较深 ， 水压力较大 ， 为了保证水 下桩顺利剪球 ， 桩基混凝土施工需有 良好的流动 性 ， 一般可将塌落度控制在( 1 8 02 2 0 ) mm。根据 以往实践经验， 深水大直径桩塌落度一般选择 ( 2 0 0 2 2 0 ) m m， 在这样大的流动性下， 不仅可使 桩基混凝土顺利浇筑， 满足施工要求， 还可使 I 类 桩基 比率提高 ， 从而保证桩基施工质量。 3 2 2粘聚 性 桩基水下 混凝土需有适 宜的粘聚性 ， 根据本 工程 的材料特性 ， 骨料级配 ， 本工程桩基混凝土扩 展度宜控制在 5 0 0 m m左右 。 3 2 3可 泵性 混凝 土粘 聚性和 流动性 决定 混凝 土泵 送性 能 ， 而粘聚性和流动性与胶凝材料 用量 、 水胶比和 砂率三种因素有关。承包人 配比试验要合理选择 以上参数， 保证混凝土具有较强的可泵性。 3 3 抗渗性 考虑到本桥位水文地质的复杂性， 溶洞裂隙 水富含大量的腐蚀介质， 桩基混凝土在地下水长 期作用下， 可通过空隙通道渗透到混凝土结构中， 使桩基钢筋发生锈蚀引起膨胀 ， 甚 至会 出现混凝 土开裂 ， 而危及桩基结 构安全和全桥结构承载受 力 。 承包人抗渗等级按 P 9设计 ， 可减弱硫酸型酸 性侵蚀和中等溶出型侵蚀等侵入腐蚀对混凝土结 构造成的危害 J 。 4配合比设计 4 1 原材料 粗集料 ： 肇 庆 四会碎 石， 为 52 5 mm连续级 配， 压碎值8 3 ， 含泥量 0 2 ； 针片状颗粒含量 41 。 细集料 ： 肇庆西 江中砂 ， 细度模数 2 7 6 、 含泥 量 0 8 。 水泥 ： 广东海螺牌 P 0 4 2 5 R型 ， 2 8 d抗压强 度 5 0 8 MP a 。 粉煤灰 ： 珠海电厂 I I 级风选灰 ， 细度 9 1 、 需 水量比 9 2 、 烧失量 3 4 。 外加剂： 建筑宝 J z B A型萘系高效减水剂， 减水率 2 l 、 3 d抗压强度 比 1 2 6 、 2 8 d抗压强度 i l 匕l 3 7 。 拌合用水 ： 采用 自来水 ， 各项指标符合混凝土 拌和用水要求。 4 2 承包人推荐的施工配合比 承包人经混凝土试拌， 推荐的施工配合 比参 数见表 1 。 表 1 承包人推荐的施- r E合比 ( 单位： k g m 。 ) 4 3 试验数据 承包人推荐的施工配合 比试验相关技术指标 见表 2 。 表2 承包人推荐的施工配合比试验结果 21 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 5 配合 比验证 5 1 材料试验 对承包人 申报的桩基配合 比设计标准试验资 料审查符合要求后 ， 监理才能进 行混凝 土配合 比 平行试验。首先对承包人混凝土配合 比原材料进 行抽检并进行 常规项 目检测 ， 其相关检测指标如 下 。 粗集料 ： 肇庆 四会碎石 ， 为 52 5 m m 连续级 配 ， 压碎值 8 1 ， 含泥量 0 5 ； 针片状颗粒含量 4 2 。 细集料 ： 肇庆西 江中砂 ， 细度模数 2 5 1 、 含泥 量 1 2 。 水泥 ： 广东海螺牌 P 0 4 2 5 R型 ， 2 8 d抗压强 度 4 7 2 MP a 。 粉煤灰 ： 珠海电厂 I I 级风选灰 ， 细度 1 0 1 、 需水量 比9 4 、 烧失量 3 6 。 外加剂 ： 建筑宝 J Z BA型萘系高效减水 剂， 减水率 2 2 、 3 d抗压强度 比 1 2 8 、 2 8 d抗压强度 比 1 1 9 。 拌合用水 ： 采用 自来水 ， 各项指标符合混凝土 拌和用水要求。 5 2 推荐配合比试验 对承包人提交 的混凝土材料进行检测 ， 技术 指标满足规范 和设计要求后 ， 进行推荐施工配 合比的试 拌工作 ， 观察 工作性 能， 并进 行相 关试 验 ， 各项技术指标见表 3 。 表 3 监理平行试 验的相关 结果 5 3 试验数据分析 承包人用于配合 比设计 的材料 ， 均能满足材 料技术行业标准和设计要求 ， 桩基混凝土配合 比 经监理平行试验后 ， 混凝 土新拌物工作性能基本 与承包人 的试验数据相符 ， 但混凝土强度 和抗渗 指标均比承包人的试验数据相比偏小。 承包人的混凝土 7 d强度为 3 5 4 MP a和 2 8 d 强度为 5 1 9 MP a ， 而监理的混凝土 7 d强度为 3 1 2 M P a和2 8 d强度为 4 7 7 MP a ； 承包人的混凝土抗渗 指标为 P 1 0， 而监理混凝土抗渗指标为 P 9 。 5 4 试 验数 据差异 分析 对于相同材料的两组混凝土 ， 强度和抗渗指 标出现偏差 ， 混凝土强度与抗渗性 与混凝土的水 胶比和水泥强度有关 ， 一般来说 ， 水胶 比越小混凝 土越密实 ， 抗渗和强度越好 ； 水泥强 度越高， 水泥 水化越充分 ， 抗渗性能 和强度 就更好 。笔者从原 材料技术指标人手 ， 对承包人和监理 的原材料试 验报告中数据进行对 比， 分析出如下原因： ( 1 ) 水泥强度。承包人水泥的 2 8 d抗 压强度 5 0 8 MP a ， 而监 理水泥 的 2 8 d抗 压强度 4 7 2 MP a ； 由于水泥强度的偏低 ， 导致? 昆凝土 2 8 d标 准强度 和抗渗指标 的降低。经调查 ， 承包人 送检到监理 中心试验室 的水泥 ， 与承包人 自检水泥不是 同一 批次。 ( 2 ) 集料含泥量 。观察双方集料的试验数据 ， 7 可以明显看出， 监理抽检 的集料含泥量明显偏大 ， 一 般来说 ， 集料含泥量大， 细微颗粒不但增加 了比 表面积 ， 而且也影响集料与水泥之间的粘结 J ， 这 可能是监理平行试验 中塌落度 、 砼强度和耐久性 试验结果指标偏小 的原 因， 并且含泥量 的增加也 会对抗渗效果造成一定影 响。经调查 ， 集料是在 同一批次的不同部位抽取 。 ( 3 ) 粉煤灰需水量。双方的粉煤灰需水量 指 标存在差异 ， 承包人的粉煤灰需水量 比为 9 2 ， 监理的粉煤灰需水量比为 9 4 。据以往类似配比 经验 ， 粉煤灰需水量 比增加 1 ， 混凝 土单位用 水 量将增加( 23 ) k g ， 水胶 比也相应 增大。但 是经 过调查 ， 粉煤灰为同一批次 ， 承包人在粉煤灰需水 量试验 中， 操作者 为试验 工 ， 未 持试验 员上 岗证 书 ， 是试验操作不规范导致试验数据有一定偏差 。 此次配比平行试验同一批 次粉煤灰需水量 比存在 的偏差， 应该对混凝土平行试验强度和耐久性 试 验指标的影响程度较小 。 6 应用 情况 虽然监理平行试验与承包人试验在关键指标 上有一定差异， 但双方试验结果参数均能满足规 范和设计要求 ， 混凝 土抗 渗性也能符合 双方约定 的P 9级指标要求， 承包人根据监理建议， 对该配 合 比也进行 了微调优化 ， 因此同意该 配合 比在西 江特大桥桩基础工程中使用 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 刘相泉 ， 高超西江特大桥大直径桩基混凝土配合 比设计验证与应用 总第 1 2 5期 经 4个月的施工实践 ， 承包人顺利完成 了4个 主墩的浇筑任务 ， 浇筑桩基 4 8根。经检测 ， 混凝土 2 8 d标 准强 度 为 5 2 6 MP a ， 5 6 d标 准 强 度为 6 2 2 MP a ， 8 4 d混凝土强度仍在增长 ， 达到了 6 5 MP a ；桩 基完整性检测均为 I 类桩 ， 混凝土 2 8 d抗渗等级为 P 1 0 ， 5 6 d抗渗等级为 P 1 3 。 7 结语 从西江特大桥桩基 配合 比监理 验证试验 中， 对承包人试验 的工程试验检测管理和混凝土配合 比技术两方面， 提出以下几点建议 ： ( 1 ) 应加强对混凝土原材料的检测 ， 使原材料 质量符合行业标准规定 ， 保证混凝土 内在质量 。 ( 2 ) 承包人试验室应加强水泥样 品的管理 ， 试 验样品必须储存 在规范规定的环境 中， 不 同批 次 的水泥应标识 清楚并 分开存放 ， 确保试 验数据 的 准确性。 ( 3 ) 在混凝土配合比设计中， 承包人与监理 的 集料含泥量偏差原 因主要是取样地点不 同 ， 在混 凝土标准试验 中所使 用的集料 ， 双方 均应从 同一 部位抽取。 ( 4 ) 本次混凝土配比验证试验 中， 虽然混凝 土 的强度和抗渗性 的偏差 不是粉煤灰 因素造成 的， 但是试验操作人员未持证上岗， 承包人应加强试 验室管理工作 ， 杜绝此类 事情 的再次发生 ， 以保证 试验结果的可靠性。 ( 5 ) 根据混凝土试验数据可以看 出， 桩基混凝 土中掺入 3 0 I I 级粉煤灰 ， 混凝土后期强度大幅 提高 ， 结构较密实 ， 抗渗效果也较 为显著 ， 混凝土 整体质量及工作性能也非常好 ， 达到 了桩基础混 凝土设计的最终 目的。 、 参考文献： 1 潘新陆 浅谈如何提高混凝土的抗腐蚀性 J 现 代企业文化， 2 0 0 8 ， ( 6 ) ： 1 9 41 9 5 2 普通混凝土配合比设计规程 J G J 5 5 2 0 0 0 s 北 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 3 李瑞瑕 粉煤灰混凝土强度与抗渗性的研究 J 煤炭工作， 2 0 0 3 ， ( 4 ) ： 3 4 3 6 4 甘昌成， 李建庭 ，吕伟强， 等 低强度高抗渗混凝 土的试验研究与应用 J 混凝土， 2 0 0 3 ， ( 1 2 ) ： 3 7 4 1 5 公路桥涵施工技术规范 J T J 0 4 1 2 0 0 0 s 北京： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 0 6 赵尚传， 邱晖，贡金鑫， 等 粗集料含泥量对混凝 土力学性 能及抗 冻耐久性 的影 响 J 公路交通科技， 2 0 0 7 ， ( 1 ) ： 1 5 ( 收 稿 日期 ： 2 01 30 12 0) M i x De s i g n Ve r i fic a t i o n Te c h no l o g y a nd App l i c a t i o n o f Co nc r e t e f or L a r g e Di a me t e r P i l e s o f Xi j i a n g B r i d g e L I U Xi a n gq u a n ，G AO Ch a o ( 1 G u a n g d o n g H u a l u T r a n s p o r t s T e c h n o l o g y 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 0 4 2 0； 2 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 ，Gu a n g d o n g P r o v i n c e ， 5 1 0 6 2 0) Ab s t r a c t ：As J i a n g me n Z h a o q i n g E x p r e s s w a y g o e s a c r o s s t h e Ka r s t a r e a ，wi t h c o mp l i c a t e d p i l e f o u n d a t i o n c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n d h i g h q u a l i t y r e q u i r e me n t s f o r c o n c r e t e ，b a s e d o n t h e c o n c r e t e m i x d e s i g n f o r X i j i a n g B rid g e，p a r a l l e l v e ri fi c a t i o n h a s b e e n c a r r i e d o u t f o r t h e mi x d e s i g n s t a n d a r d t e s t o f l a r g e d i a me t e r p i l e s s u b mi t t e d b y Co nt r a c t o r s ，whi l e d i f f e r e n c e s h a v e b e e n f o u nd i n t h e c o n c r e t e s t r e n g t h，d u r a b i l i t y，wo r k a b i l i t y a n d o t he r p e r - f o r ma n c e i n d i c a t o r s ，c a u s e s f o r s u c h d i f f e r e n c e s b y Co n t r a c t o r l a b o r a t o r y t e c hn i c i a ns h a v e be e n a n a l y z e d a n d s u g g e s t i o n s o f o p t i mi z a t i o n o n t h e mi x d e s i g n ha v e b e e n p r o p o s e d，a n d a f t e r r et e s t i n g，e v e r y i n d i c a t o r c a n c o n f o r m wi t h t he s u b mi t t e d，wh i c h c a n fin a l l y me e t t h e c o ns t r u c t i o n r e q u i r e me n t s wh e n a p p l i e d i n wo r k s wi t h c l a s s I p i l e r e a c h e d b y p i l e i n t e g r i t y d e t e c t i o n Ke y wo r d s ： X i j i a n g B ri d g e ； c o n c r e t e f o r p i l e s ； mi x d e s i g n 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m