长距离高压高强泵送混凝土设计及施工.pdf

9 0 桥梁 建设2 0 1 2年第 4 2卷增刊 1 ( 总第 2 1 6期) Br i d ge Cons t r u c t i on，Vo 1 42，Supp l e me nt No 1，2 01 2 ( Tot a l l y No 2 16) 文 章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 2 ) S 1 0 0 9 0 0 4 长距离高压高强泵送混凝土设计及施工 刘昌 国， 张书 良 ( 中国建筑第六工程局有 限公司桥梁公司， 天津 3 0 0 4 5 7 ) 摘 要 ：为保 证 高强度 混凝 土长距 离输 送 的和 易性和 可泵性 ， 以 白马 大桥 ( 三跨 变截 面预 应 力 混凝土连续刚构桥) 为背景， 从原材料的选择和控制 ， 配合 比的选配， 混凝土的生产 、 运输 、 泵送等环 节对长距 离、 高压、 高强泵送混凝土进行设计和施工。在配合 比设计 时增加 外掺料， 采用三级配的 碎石， 使用高性能的外加剂和选择高压混凝土输送泵， 从施工工艺和养护措施上保证混凝土的强度 达到设计要求， 可 以使混凝土的和 易性( 保证无泌水、 无泌浆、 无沉淀抓底现 象) 、 可泵性、 凝结时间、 强度 及 耐久性 均 满足 气候 、 施 工技 术条件 及 混凝 土质 量要 求。 关 键词 ： 连 续 刚构桥 ； 混凝 土 ； 配合 比 ； 原材料 中图分 类号 ： TU5 2 8 文 献标 志码 ： A De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n o f Hi g h S t r e n g t h Co n c r e t e Pu m p e d f r o m Lo ng Di s t a n c e a n d b y Hi g h Pr e s s u r e LI U Cha ng g u o， ( Br i dg e Co mpa ny，Chi na Cons t r uc t i o n Si xt h ZHANG Sh u l i a n g E n g i n e e r i n g Co ，I t d ，Ti a n j i n 3 0 0 4 5 7，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：To e n s u r e t he wo r k a bi l i t y a n d pu m p a b i l i t y o f t he hi g h s t r e n gt h c o nc r e t e de l i v e r e d f r om l on g di s t a nc e ，t he Ba i m a Br i dg e (a t hr e e s pa n p r e s t r e s s e d c o nc r e t e c o nt i nu ou s r i gi d f r a me b r i d ge wi t h v a r i a b l e s e c t i on)wa s c i t e d a s a n e xa m p l e，t he hi g h s t r e ng t h c o nc r e t e f or t h e b r i d ge wa s d e s i gn e d a n d c ons t r uc t e d f r o m a s p e c t s o f t he s e l e c t i o n a n d qu a l i t y c o nt r ol o f t he r a w ma t e r i a l s，mi x p r op or t i o ni n g d e s i gn，c o nc r e t e p r o d uc t i o n，de l i v e r y a n d p umpi n gI n t h e mi x p r o p or t i o ni n g d e s i g n，t h e a dmi x t u r e s a n d c r a c ke d s t o ne s of t h r e e g r a d i ng s we r e us e d S O a s t o e n s u r e t h a t t he c o nc r e t e s t r e n gt h c ou l d me e t t he d e s i g n r e q ui r e m e nt s t hr ou g h ut i l i z a t i o n o f t h e hi g h pe r f o r m a nc e a d m i x t ur e，hi g h p r e s s ur e c on c r e t e de l i v e r y p umps a nd t he a p pr o pr i a t e wo r kma ns hi p a nd C U r i n g me a s ur e s The c o n c r e t e pr o p or t i o ne d l i k e t ha t c o ul d e ns ur e t he q ua l i t y o f t h e c o nc r e t e( wi t h n o wa t e r ，n o mo r t a r b l e e d i n g a n d n o s e t t l e me n t )a n d t h e p u mp a b i l i t y，s e t t i n g t i me ，s t r e n g t h a n d d ur a b i l i t y c ou l d a l l a c c o mm o d a t e t o t h e c l i ma t e c o nd i t i ons ，c on s t r u c t i o n t e c h ni c a l c on di t i o ns a n d c o ns t r uc t i o n qu a l i t y r e qu i r e me n t s Ke y wo r d s ：c on t i nu o us r i g i d f r a m e br i dg e；c o nc r e t e；m i x p r o po r t i o ni n g；r a w ma t e r i a l 1 概 述 白马大桥 为 7 4 m+ 1 3 5 m+ 7 4 m 三跨 变 截 面 预应力混凝土连续刚构桥 。混凝土在拌合站集 中拌 合， 采用高压输送混凝土泵进行泵送 ， 最大泵送距离 4 0 0 m， 泵送 高度 达 9 0 m。为 了保 证 白马 大 桥 长距 离高压高强泵送混凝土的可泵性及混凝土强度 、 耐 久性达到设计使用要求 ， 混凝土配合 比的设计 、 泵送 及施 工控 制是该 桥混 凝 土施工 的关键 。本文从 原 材 料 的控制 、 配合 比的选 配， 混凝土的生产、 运输及浇 筑等方面来 阐述长距离、 高压、 高强泵送混凝土设计 及施 工要 点 。 2混凝土 配 合比 针对 白马大桥泵送距离长 、 泵送压力大、 夏季施 收 稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 2 9 作者简介：刘昌国 ， 工程师 ， E ma i l ： 4 5 5 4 0 6 6 1 2 q q c o m。研 究方 向 ： 桥梁与水泥混凝土。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 长距离高压高强泵送混凝土设计 及施 工 刘 昌国， 张书 良 9 1 工 的实际情况 ， 特制定要求混凝土初凝时间长 ( 初凝 时间 1 0 h 、 终凝时问 1 2 h ) 、 坍落度损失小 、 砂率适 中、 混凝土和易性好 、 混凝 土的强度 富余 系数有保 障 、 耐久性好 的技术指标基本参数口 。任何混凝 土配合 比的设计及选定都必须进行混凝土的成本计 算 ， 以既保证质量又节约成本为宗 旨。经配合 比计 算、 试配 、 调整 ， 确定混凝土设计理论配合 比为 ： 水泥 4 5 0 k g： 砂 6 8 6 k g。 碎 石 ( 5 1 0 mm) 5 6 k g。 碎 石 ( 1 0 1 6 mm) 2 2 4 k g。 碎 石 ( 1 6 2 5 mm) 8 4 0 k g。 水 1 5 1 k g： 外 加 剂 5 6 6 k g： 微 硅 粉 2 2 k g：聚 丙 烯 网状 纤 维 1 k g m。 ， 混 凝 土 初始 坍 落 度 为 2 1 0 mm， 6 h坍落度损失后为 1 6 0 mm。混凝 土的和易 性( 保证无泌水 、 无泌浆 、 无沉淀抓底现象) 、 可泵性 、 凝结时间、 强度及耐久性均满足气候 、 施工技术条件 及 混凝 土质 量要 求 。 2 1 粗 集料 卵碎石保水抗压强度高 ( 与混凝 土的抗压强度 比远高于 1 5 ) 、 压碎指标小 、 吸水率小 、 抗侵蚀 、 腐 蚀能力强， 非常适合强度较高 、 耐久性好的混凝土配 制 。根据 泵 送管 径 、 钢 筋 净 距 及 混凝 土性 能 综 合 评 定确定选用的粗集料是 5 2 5 mm连续级配大宁河 卵碎 石 ( 采 用 5 1 0 mm、 1 0 1 6 mm、 1 6 2 5 mm 三级配碎石) 经试验进行掺配 ， 接近连续级配曲线图 中最佳曲线的试验掺配比例为 5 、 2 0 9 5 和 7 5 。 加工及验收时注意事项 ： 母材加工时选择适 度大小的卵石母材且应对材质进行筛选 ， 防止质地 不坚硬的其他材质石料混入 。 生产加工时采用 2 级 以上 的破碎 工艺 以保 证破 碎后 的卵石 破碎 面不 小 于 7 O 9 6 ， 针 片状 含量 符合 要 求 ， 破碎 面 越 大 、 针 片 状 含 量越 小越 好 。经 碱 活 性 反 应 试 验 ， 其 他 技 术 指 标 均 满 足要求 。 2 2 细集 料 为更好地保证高压 、 长距离泵送混凝土的性能 ， 同时满足混凝土强度和耐久性设计使用要求 ， 细集 料选择湖南洞庭 湖 中砂 ( 细度模 数 为 2 7 3 0 ) 。 使用前检测其密度 、 细度模数 、 含泥量 、 泥块含量 、 云 母及轻物质含量等参数 ， 均满足规范要求。 2 3水 泥 普通硅酸盐水泥水化热相对较低且持续时间较 长 ， 对于大体积混凝土及薄壁结构混凝土表面龟裂 、 开裂有一定的预防作用 。经过设计试配 ， 采用 P O 5 2 5普通硅酸盐水泥配置 C 5 5混凝土， 其水泥用 量较低( 约 4 5 0 k g ) ， 所用 胶凝材料相对较少 ， 对预 防 混凝 土龟 裂有 益 。 2 4外加 齐 0 外 加 剂 选 用 西 安 市 华 岭 建 材 有 限 公 司生 产 的 HL 3型高效防水减缩剂( 一种既为高效减水又带 微膨胀性能的综合型外加剂) 。该外加剂特点是 ： 减水率高( 减水率 在 3 5 左右) ， 能保证水胶 比， 保 障混凝土强度 ； 能提高混凝土防水抗渗能力， 减 少混凝土后期收缩 ； 氯、 碱含量极低 ， 大大减小了 碱集料与钢筋腐蚀带来的不利因素 ； 含有大量的 聚醚和聚醇单元 ， 减小了空隙溶液的表面张力 ， 使成 型后的混凝 土气泡少 、 结构致密 、 表面光滑且有光 泽 ； 经试 验 确定 与选 用 的水 泥适 应性 好 。 2 5 外 掺料 在混凝 土中适 量掺加微硅粉可增加混凝土早 期、 后期强度 ， 增加混凝土 和易性 ， 提高混凝土抗渗 能力和增强混凝土耐久性 。推荐掺量为水泥用量的 3 5 。经检测， 二氧化硅含量、 烧失量 、 比表面 积、 需水 比及活性指数 等指标均符合 GB T 1 8 7 3 6 2 0 0 2标 准要求 。 因处 于夏季高温期 ， 且为大流动度混凝土长距 离高 压泵 送施 工 ， 为 了有效 防止 混凝 土的龟 裂 ， 特 别 添加了聚丙烯 网状纤维( 长度 1 2 c m) ， 每方混凝土 掺量为 1 0 k g 。 3混凝 土的 拌制 自动计量设备精度( 砂石水泥为1 k g 、 水剂为 0 0 1 k g ) 满足要求 ， 拌合站计量设备半年标定 1 次 ， 在施工前进行校正。材料料仓搭设料棚 ， 以防止含 水 量变 化较 大造 成 混 凝 土 质量 不 稳 定 ， 在 含 水 量 变 化 时及 时调 整施 工配 合 比。所 有进 场原 材料 必须 做 到先检后用 ， 材料分类 、 分级、 分仓合理 ， 标识明确并 采取防串仓措施 。经现场搅拌试验确定 自加水完毕 混凝土最佳搅拌时问为 1 8 0 s 。 4混凝 土 的泵 送 经 检测 ， 在 室外温 度 为 3 5 的 条 件下 ， 混凝 土 从搅制点至泵机料斗， 坍落度几乎没有损失的时间 为 2 h， 混凝 土从 泵 机到 浇筑 点 坍落 度 损失 为 5 mm， 满 足现场 施 工技术 要求 。 泵送混凝土泵送距离远达 4 0 0 m； 相对高差大 ， 垂直距离 9 0 m； 因长距离 、 高落差使得混凝土在泵 管的摩擦阻力增大， 因此必须采用高压混凝 土输送 泵施 工l_ 7 。 4 1 设备安装 混凝土泵送设备安装注意事项： 场地硬化、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 平整， 道路通畅、 掉头错车位置方便合理 ， 排水设施 到位， 配管 、 布管合理， 尽量减少弯头数量及减小弯 头角度 ， 以减少混凝土在泵 管的摩阻便于泵送 ； 采用相 同管径 ， 中问不得采用软管， 出料 口处软管不 宜过长， 软管不得过度弯曲， 以免增大泵送压力及施 工时因控制不当造成安全隐患 ； 垂直向上配管时 保证地面水平管长度符合 混凝土泵送施工技术规 程) ( J G J T l O 一2 0 1 1 ) 的要求 ； 尽量避免倾斜或 垂 直 向下 布设 管 道 ； 泵 机 出 口段 处 泵 管 尽 量 固 定 ， 不得前后移动或左右摆动 ， 垂直管结构连接牢固 且应布设在利于装卸 的位置， 条件受限时可搭设专 用支撑架， 管问必须安装密封 圈、 卡子加 固紧密， 不 得漏浆 ， 以 防止因漏浆 堵管减 小混 凝土 的泵送 压 强 。 4 2混凝 土泵送 在 拌 制 昆 凝 土 之 前先 润 管 ， 采 用 同强 度 砂浆 或 净浆 ， 泵送工作程序为： 设备检查试机一泵水一泵砂 浆或净浆一泵混凝土一泵洗球及砂浆或净浆一泵水 洗管 。要计算控制好砂浆用量 、 稠度 以保证润管砂 浆的数量 、 效果 ， 初泵时要保证泵送工作的连续性。 混凝 土人 泵前 对其送 料单 、 配合 比进 行检 查 ， 对 坍落度 、 和易性进行检测， 仔细观察是否有流动性 、 和易性差 ， 泌水、 泌浆、 沉淀等不 良情况 的产生。人 泵坍落度控 制在 1 9 0 2 1 0 mm， 符合要 求才 能入 泵 。混凝 土 泵送过 程 中如 需 加 接输 送 管 ， 必 须 对 管 道进行湿润处理 ； 浇筑使用后的泵管倒管后 ， 若在暂 不使用的管道内有余留混凝土 ， 必须及时清除， 再次 使 用前 重 新 润 管 处 理 ， 防 止 管 内混 凝 土 凝 结 堵 塞 。 混 凝 土输送 泵 压 力 异 常 、 油 温 升 高 、 管 道 振 动 加 剧 时 ， 不 得强 行泵送 ， 应 立 即查 明原 因 ， 采 取措 施 排 除 故障。 当混凝 土供 应不 及时 、 不能 连续 泵送 时 ( 泵 送 间 歇不 宜超 过 1 5 rai n ) ， 应 采取 间歇 泵送 方 式 ， 并 减小 排量 、 放慢 泵送 速度 。间歇 泵送 采用 4 5 rai n进行 2 个 行 程反 泵 ， 再 进 行 2个 行 程 正 泵 。泵 送 过 程 随 时保 持料 斗 内有足 够 混 凝 土 ， 防 止 因 吸入 空 气 产 生 阻塞 及在 出料 口形 成气泡 。 5混凝 土浇筑 根据 白马大桥结构物情况 、 环境条件及浇筑量 制定混凝土浇筑施工注意事项如下 ： ( 1 )施工前准备工作。对支架 、 模板、 钢筋进行 检查后对模板 内杂物 、 积水及钢筋污染物等进行清 理并 对模 板接 缝 、 孔 洞处 根据 情况进 行 处理 。 ( 2 )对 出料 口混凝 土性 能进 行检 测 。 ( 3 )混凝土 自上向下倾泄浇筑时防止 因下料高 度过大而产生混凝 土离析 ， 在腹板浇筑过程 中采用 腹部开孔或腹板 内布设 串筒进行浇筑 。开孔净距及 串筒净 距 控制 在 2 m 内， 防止 混凝 土 流 动及 振 流过 大产 生混凝 土 不均匀 或离 析 。 ( 4 )方案浇筑顺序 。进行大里程侧底板浇筑一 相 同工序 进行 小里程 侧底 板浇 筑一 大里程 侧腹 板浇 筑一根据号块高度变化调整每次混凝土浇筑高度 ， 一 次浇筑高度不超过 0 3 m， 进行左右对称水平分 层浇筑一大里程侧顶板浇筑一小里程侧顶板浇筑 。 ( 5 )混凝土振捣工具采用 2根 5 0型机械振捣 棒及 1台底板和顶板板面用平板振动器 ， 振动作用 半径控 制在 1 5 0 mm 以 内， 与侧模保 持不 小于 5 O mm净距 ， 水平分层浇筑时振动棒插入下层混凝土 深度 5 O 1 0 0 mm。振 捣 时 采 用 快插 慢 拔 方 式 ， 延 续时间为 2 0 3 0 S ， 以混凝土停止下沉 、 无气泡 、 表 面呈 现浮浆 为好 。混 凝 土浇 筑 应 连 续 ， 间 歇 时 间小 于t 昆凝土初凝时间， 若超出时按混凝土中断处理， 采 取增加连接钢筋 、 凿毛、 湿润措施留置施工缝并做好 记 录 。 ( 6 )施工缝 留设位置、 留置方法及形状符合桥 规要 求 。 ( 7 )新 浇筑混凝 土不得扰动 ， 最 后浇 筑混凝 土强 度小 于 2 5 MP a 时不得 承 受荷载 。荷载 承受 能 力根 据混凝 土强度增 长及 结构情况通 过计算确定 。 6 混 凝土 的养护 根据现场实际情况制定 的专项养护方案须同时 满足结构混凝土养护规范要求的温度 、 湿度 、 时间等 相关要求。对底板及顶板进行覆盖保湿养生 ， 对腹 板进行 喷水 养生 ， 内模 拆 除后 布设 水 管 进 行 喷淋 养 生。当气温低于 5时采取搭棚蒸汽保温保湿等养 护措施 9 。 7 结 语 长距 离 、 高 压 、 高强度 泵送 混凝 土在施 工 条件较 差 的山 区 、 水 中桥梁 的施 工 中运用得 越来 越多 ， 其对 混凝土性能的要求也 比较高， 如果在施工控制 中把 握不好， 极有可能影响到施工的速度和质量 ， 也可能 造成混凝土的浪费 。对 白马大桥泵送混凝土的研究 和应用为 同类工程 的施工提供 了借鉴和参 考， 但在 该类型混凝土性能 的应用上还 有待进一步研究 和 提 高 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 长距离高压高强泵送混凝 土设 计及 施工 刘 昌国， 张书 良 9 3 参考 文献 ( R e f e r e n c e s ) ： 7 1 2 3 3 2 4 E 5 2 6 李益进 ， 孙 鑫鹏 ， 尹 健 ， 等桥梁 用 C 5 0高 强混凝 土 抗酸雨侵 蚀性 能 研究 J 世界 桥 梁 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 5 2 5 5 ( I I Yi j i n，S UN Xi n p e n g ，YI N J i a n，e t a 1 S t u d y o f Ac i d Ra i n Er os i on Re s i s t a n c e Pe r f o r ma nc e o f C5 0 Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e Us e d f o r B r i d g e s J Wo r l d B r i d g e s ，2 0 1 0，( 1 )：5 2 5 5 i n Ch i n e s e ) 王运金 ， 李北星 ， 唐凯 ， 等 超宽箱梁抗裂混凝 土配合 比试验研究 I- J 桥梁建设 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 4 ) ： 6 2 6 7 ( W ANG Yu r 卜j i n ，L I Be i x i n g，TANG Ka i ， e t a 1 Ex p e r i me nt a l St udy o f M i x Pr op or t i o ni ng o f Cr a c ki ng Re s i s t a n c e C o n c r e t e f o r V e r y Wi d e B o x Gi r d e r J Br i d g e Co n s t r u c t i o n ，2 0 1 2， 4 2( 4 ) ： 6 2 6 7 i n Ch i n e s e ) 霰建平 ， 米长江 ， 曹 向东 ， 等混合 梁斜 拉桥 C 5 5高性 能混凝土配合 比设计研 究 J 桥梁建设 ， 2 0 0 9 ， ( S 1 ) ： 4 O一 42。 58 ( XI AN J i a n - p i n g，MI C h a n g j i a n g，CAO Xi a n g d o n g， e t a1 De s i gn a n d Re s e a r c h o f M i x Pr op o r t i on i n g f or C5 5 H i g h Pe r f o r ma n c e C o n c r e t e o f Hy b r i d Gi r d e r Ca ： b l e S t a y e d B r i d g e l J 2 B r i d g e C o n s t r u c t i o n ，2 0 0 9 ， ( S 1 )：4 0 4 2 ， 5 8 i n Ch i n e s e ) 戴登 宇， 周友生 ， 袁立 宏 拉萨河 特大桥 主桥 钢管 混凝 土配 合比试验 J 桥梁建设 ， 2 0 0 5 ， ( 5 ) ： 5 6 5 8 ( DAI De n g y u，ZHOU Yo u s h e n g，YUAN Li h o n g M i x Pr opo r t i on i ng Te s t s f o r Co nc r e t e Fi l l e d i n t o St e e l T u b e s o f Ma i n B r i d g e o f L h a s a Ri v e r B r i d g e J B r i d g e Co n s t r u c t i o n ，2 0 0 5，( 5 ) ：5 6 5 8 i n Ch i n e s e ) 吕慎 明 南京 大胜关 长江大 桥钻孑 L 桩高性 能混凝 土 配 合 比的优化I j 桥梁建设 ，2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 7 9 ( LU S h e n mi n g M i x P r o p o r t i o n i n g Op t i mi z a t i o n o f Hi g h Pe r f or ma nc e Co nc r e t e f or Bo r e d Pi l e s o f Das h e n g g u a n C h a n g j i a n g R i v e r B r i d g e i n Na n j i n g l J Br i dg e Co ns t r u c t i on，2 00 9，( 1)：7 9i n Ch i n e s e ) J T G T F 5 0 2 0 1 1 ， 公路桥涵施工 技术 规范I s 8 9 ( J TG T F 5 0 2 0 1 l 。Te c h n i c a l S p e c i f i c a t i o n f o r Co n s t r u c t i o n o f Hi g h w a y B r i d g e a n d C u l v e r t l, S ) 宁 卉 远距 离高扬 程泵送混 凝土施工技 术I- J 铁道 建筑技术 ， 2 0 1 1 ， ( 6 ) ： 8 9 9 2 (Ni n g Hui Co ns t r uc t i on Te c hno l ogy o f Hi gh - I i f t L o n g D i s t a n c e P u mp i n g C o n c r e t e E J R a i l w a y C o n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， ( 6) ： 8 9 9 2 i n Ch i ne s e ) J G J T 1 0 2 0 1 1 ， 混凝土泵送施工技术规程I s ( J G J T l O 一 2 0 1 1 。 T e c h n i c a l S p e c i f i c a t i o n f o r C o n s t r u c t i o n o f C o n c r e t e P u mp i n g S ) 王文学 ， 宋 卫国 ， 高 勇桥梁工程混 凝土质量管 理方 法 J 世界桥梁 ， 2 0 1 1 ， ( 4 ) ： 3 9 4 1 (W ANG W e n xu e， S0NG W e i guo， GA0 Yo n g Qu a l i t y Ma n a g e me n t Me t h o d f o r C o n c r e t e i n Br i d g e E n g i n e e r i n g J Wo r l d B r i d g e s ，2 0 1 1 ，( 4 ) ：3 9 4 1 i n Ch i n e s e ) ZH ANG S hu l i a n g 刘 昌国 1 9 7 7 一 ， 男 ， 工程师 2 0 0 1 年毕业 于 重 庆大 学 建筑 工 程 造价专业 。研 究方 向 ： 桥梁 及水 泥 混凝土 E ma i l ： 4 5 5 4 0 6 6 1 2 q q c o rn 张 书良 1 9 7 8 一， 男 ， 工程师 2 0 0 2年毕 业 于石 家 庄铁 道 学 院桥 梁工程专业 。研究方 向： 桥梁工程 E - ma i l ： 6 5 3 5 4 8 2 9 1 q q c o rn ( 编辑 ： 杨晓燕) 曩 曩 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m