桥梁锚跨混凝土施工控制与分析.pdf

2 0 1 1年 第 3期 (总 第2 5 7期J Nu mb e r 3 i n 2 0l l ( To t a l No 2 5 7) 混 凝 土 Con c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L 0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 3 8 桥梁锚跨混凝土施工控制与分析 张颖创 ，王甲春 ( 1 金 山混凝土有限公 司，广东 茂铝 5 2 5 2 5 9 ；2 厦门理丁学 院 建筑工程系 ，福建 厦门 3 6 1 0 2 4 ) 摘要 ： 广东佛 山平胜大桥为独塔 自锚式悬 索桥 ， 混凝 土箱梁作为加劲 梁 ， 按单 箱四室设 计 ， 锚跨混凝土结构要 同时满 足大体积混凝土 施_ 及预应力施工的要求 ， 采用 C5 0高强混凝土 ， 双掺粉煤灰 和矿渣适 当延 长初凝 时间和加冰水降低混凝土人模温度等技 术措施 ， 实测 了混凝 土的温度发展 ， 并计算 温度应力值的发展规律 ， 有效地控 制了混凝土 温度裂缝 ， 同时又保证 了混凝土的强度增长 ， 满足预应力的 施工要求， 减少裂缝的机率。 关键词 ： 锚跨 ；矿渣 ；裂缝 ；温度应力 ；施 工 中图分类号 ： T U5 2 8 O l 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 l 1 9 一 O 2 Cons t r uc t i on con t r ol an d a na l y ze of a nc ho r s t r i de i n br i dge Z HA NG Y i n g - c h u a n ， WANGJ i a c h u n ( 1 J i n s h a n R e a d y C o n c r e t e L i mi t e d Co m p a n y ， Ma o mi n g 5 2 5 2 5 9 ， C h i n a ； 2 De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， Xi a me nUn i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y， Xi a me n 3 6 1 0 2 4 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th e Ping s h e ng b rid g e in f e s h a n c i ty i s a s e l f - a n c h o r i n g s u s p e n s i o n b r i d g e ， a nd c o n c r e t e b o x g i r d e r i s d e s i g n e d a s f o u r r o o m t h a t i s s t i ffe n i n g b e a m i n o r d e r t O fi x t he a n c h o r Th e c o n s t r u c t i o n o f a n c h o r s t r i d e i s s a t i s fi e d wi t h ma s s c o n c r e t e a n d p r e s t r e s s c o n s t ruc t i o n c o n s t r uc t i o n t h e C5 0 s t r e n g t h g r a d e c o n c r e t e c o n t a i n s fly a s h a n d s l a g t h a t c a n e x t e n d t h e i ni t i a l s e t t i n g t i me At t h e s a me t i me t h e i c e wa t e r a d d i n t h e c o n c r e t e c a n r e d u c e t h e c a s t i n g t e mp e r a t u r e Th e a n c h o r s t r i d e i s c o n t r o l l i n g t h e te mp e r a t u r e c r a c k i n g， a n d t h e d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e a l s o r e a c h t h e p r e s t r e s s c o n s t ru c t i o n Th e wh o l e a n c h o r s t r i d e a v o i d t h e c r a c k Ke y wor d s ： a n c h o r s t rid e s l a g ； c mc k； t e mp e r a t ur e s tre s s ； c o n s t r u c t i o n 0 引 言 平胜大桥引桥与主桥长 3 2 k m， 其中主桥长 6 8 0 m， 图 1 所 示主桥总体布置 ： 3 9 6 4 m+ 5 x 4 0 m+ 3 0 m( 混凝土加劲梁及锚 跨 ) + 3 5 0 m( 钢加劲 梁 ) + 3 0 m+ 2 9 6 0 m( ? 昆 凝土锚跨 ) 。 主塔墩 位 1 0 一 - 43 8 m 于南岸河堤坡脚外侧边缘 ， 主跨一孔跨越平洲水道及河堤和沿 江大道后北 岸主墩布置在沿江大道路基边坡外 。 平胜大桥单 幅 桥宽 2 6 1 m， 桥梁总宽 5 6 m； 双向 l O车道， 中央分隔带宽 8 m， 两侧各设 2 7 5 m人行 道。 采用 钢箱和混凝土箱作 为加劲梁 ， 其 中主跨采用钢加劲梁， 其他采用混凝土加劲梁如图 2 所示， 混凝 68 0 20 I 48 0 0 0 l 3 9 6 4 I 4 0 0 0 l 4 0 0 0 I 40 0 0 I 4 0 0 0 I 4 0 0 0 I 3 0 0 0 3 5 0 0 0 3 0 0 0 12 9 6 0 I 2 8 l 45 07 0m 二 T 锚 一t一一 i I I l i i 、 一 、 、 v 一 一 东平水道 - 4 4 0 0 ( - 4 6 0 0 1 m 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 0 2 2 基金项目：福建 自然科学基金 ( 2 0 0 8 J 0 1 7 1 ) 图 1 平胜桥总体 布置 1 1 9 吊 1 2 钢 加劲梁截 面 1 2 钢加劲 梁截面 厚 蝻 l 人 行 道 1 5 _ j l l l I I 。 汗 中 心 l 修 逝 f l I 45 图 2混凝土锚跨截面构造 土加劲梁按单箱四室设计 ， 梁高 3 5 0 c m， 顶板厚 2 6 c m， 底板厚 不得大于 1 5 。 2 4 c m， 腹板厚 4 0 c m， 断面面积2 2 0 4 m ， 用 C 5 0高强混凝土。 ( 5 ) 石： 要求粒径 5 - 2 5 mm， 连续级配颗粒， 采用喷淋降温， 施 工方案 通过 据气 温将初凝 日 寸 司调整 平胜大桥 的锚 跨混凝土结构 。 起锚 固钢缆 的作 用 ， 设计 混 凝土强度等级为 C 5 0 ， 7 d强度要求达 到设计的 1 0 0 ， 同时又要 满足预应力张拉要求。 锚跨混凝土结构高 8 m。 一次浇捣 1 5 0 0 m ， 属大体积混凝土， 如混凝土出现裂缝， 对大桥耐久性影响极大， 降低水化热及温升， 是施工控制的重点， 掺加大量的粉煤灰虽 然可以明显降低混凝土的水化热 ， 但是混凝土强度 发展受 到明 显的影响， 不能满足预应力张拉的要求， 因此采取粉煤灰与矿 渣双掺的方案 ， 同时为了有效控制温升， 采用循环冷却水的方 案 来解 决 。 1 1 混凝 土原材料 ( 1 ) 水泥 ： 选用低水化热水泥， 广州某厂 2 磨的 P I I 4 2 5 R级 水泥 ， 提前储备 ， 以降低水泥温度 。 ( 2 ) 粉煤灰 ： 采用 I 级粉煤灰 ， 细 度要求在 1 2 以下 ， 需水 到 1 6 - 1 8h。 ( 7 ) 纤维 ： 根据设计要求 ， 采用海 川的聚丙烯腈纤维 ， 提 高 混凝土的韧性 ， 减少 裂缝的产生。 1 2 混凝 土施 工技 术要 求 ( 1 ) 早强： 强度等级C 5 0 ， 7 d达到设计强度的 1 0 0 。 ( 2 ) 温控 ： 降低水 化热 ， 控制温升 ， 人模温度 为小 于 3 0 ， 不允许出现温度裂缝。 ( 3 ) 大流动度 ： 由于锚管及钢筋密集 ， 坍落度出厂为 2 0 0 2 2 0 I n m， 到工地为 1 8 0 2 0 0 mm。 ( 3 ) 分层浇捣： 分 3层浇捣， 以减少水化热过份积聚； 降低 混凝土的浇筑温度， 采取夜间或阴天施工， 避开中午高温时间。 ( 4 ) 降低 混凝 土水化热 温升 ： 为减 少水化热对基 础混凝土 的影响， 在浇筑混凝土前预埋 1 寸冷却钢管， 利用循环河水带 量在 9 5 。 走水泥水化产生 的热量。 水管 的布设分上下 、左右间隔 1 m。 混 ( 3 ) 矿渣 ： 采用华菱和韶关 的 $ 9 5级优质矿渣 。 凝土浇捣 1 2 h 后立即通水 ， 最高温出现在混凝土浇捣后的第 3 天 。 ( 4 ) 砂： 选用优质中砂实行专仓专用， 细度模数 2 7 ， 含泥量 换水频率加密。 通水时间持续 1 0 d 。 表 1 混凝土配合比 水泥 ( k g m )粉煤灰 ( k g m )矿渣 ( k g m )砂 ( k g m )碎石 ( k g m )水 ( k g m )纤维 ( k g m )减水剂 ( k g m )坍落度 mm 扩展度 mm 3 5 0 6 0 1 2 0 6 9 2 】0 3 7 】 4 】 I 0 】 1 6 6 】 9 0 5 0 0 【 5 ) 现场测温监控： 严格监控混凝土的内外温差， 埋设测温 式中： 日 复合胶凝材料的完全水化时的放热量， k J k g 探头 ， 距上 、 下面 5 0 c m各布置一个 ， 中间一个。 ( 6 ) 保湿作用 ， 浇筑完成后的混凝土采用湿布保湿 。 1 3 预 应 力施 工技 术要 求 ( 1 ) 拼装支架， 在桥墩位置安装支座 ， 在支架上浇筑锚跨混 凝土。 ( 2 ) 7 d 后， 分别对称张拉第一孔顶板和底板纵向束。 ( 3 ) 同样依次完成各梁段的浇筑， 合拢加劲梁。 ( 4 ) 所有加劲梁混凝土达到 1 0 0 的设计强度后 ， 安装主缆 及吊杆 。 ( 5 ) 拆除钢箱梁支架及临时支撑 ， 张拉横梁第二批预应力束。 2 锚跨 混凝土的温升与温度应 力计算 2 1 混凝 土的绝 热温升 混凝土的绝热温升反映了混凝土早龄期胶凝材料的水化 放热， 复合的胶凝材料体系完全水化放热的热量 1- 2 。 H 日 ( 1 ) i 】 2 O 日 第 种胶凝材料的完全水化时的放热量 ， k J k g ； 第 i 种胶凝材料的质嚣分数 。 硅酸盐水 泥的完全水化的放热量为 4 8 5 k J k g ， 矿渣在水泥 中的完全水化热量可以认为是 2 9 I k J k g ， 粉煤灰在水泥中的完 全水化放热量是 2 5 k J k g t 】 ， 可以按水化放热量来折算， 最终算 出混凝土的水灰 比 0 ， 3 3 ， 胶凝材料 的最终水化程度 l 5 l ： 1 0 3l x 一 一 ：065U 0一 0 1 9 4+ 0 1 9 4+0 3 3 C 胶凝材料的水化放热量为|6 l ： p = 日 ( 1 一 e x p ( 一 耐 ) ) ， a = 0 0 5 ， b = 0 9 n T = 5 7 ( 1 一 e x p ( 一 0 0 5 f 。 ) ) ( 2) 2 2 混凝 土的 温度 应 力计算 试验测度曲线图4可以看出， 混凝土中问的温度较高， 上表 下转第 1 2 4页 试验结果表明， 废弃玻璃作为粗骨料， 其配置的混凝土， 与 普通天然骨料配置的混凝土没有多大的差别， 但对于粗骨料， 其 立方体强度随着废弃玻璃 的增加 ， 强度还下降 ， 其原因可能是 ： 废弃玻璃粗骨料， 是 一种脆性材料， 尺寸越大， 其越容易受到 外界的破坏， 因此在搅拌混凝土时候 ， 废弃玻璃粗料容易被破 坏原来的尺寸而使得粗骨料减少； 废弃玻璃粗骨料尺寸大 ， 光滑面表面积大 ， 水泥浆 与粗骨料之 间的摩擦力小 ， 黏结性差 ， 光滑面使得水泥浆与骨料之间存在较薄弱的区域； 废弃玻璃 粗骨 料在搅拌过程受到损伤 ， 存在大量 的缺陷 ， 使 得玻璃骨料 内部和表面产生大量的微裂缝。 6结论 对废弃玻璃骨料混凝土的T作性能及其力学性能进行了 试验后可知 ： ( 1 ) 试验表明， 废弃玻璃骨料可以很好地作为 昆凝土的粗 骨料， 但废弃玻璃粗骨料容易在搅拌中受到碰撞而出现骨料本 身的裂缝， 使得混凝土破坏荷载下降。 ( 2 ) 试验表 明废 弃玻璃骨料混凝土具 有 良好 的 - = 作性 能 ， 通过合理的途径利用废弃玻璃骨料完全可以配制出与天然骨 料一样的混凝土。 从试验中发现 ， 废弃玻璃粗骨料的工作性能随 着废弃玻璃粗骨料的增加而改善。 ( 3 ) 试验揭示 了废弃玻璃骨料混凝 土的破坏特点 ， 废弃玻 上接第 1 2 0页 80 70 6O 50 迫 4O 30 2 0 时间 ， h 图 3 混凝土的绝热温升曲线 o 2 U 40 60 8 0 l UU l 2U l 4l 1 时 问 h 图 4 实测锚跨温度发展 面和下表面温度次之， 混凝土内部的3 6 h最高温度达到近 8 O， 以后渐渐下降， 这时混凝土的强度和弹性模量增长处于加速期， 徐变亦是比较大， 这时间的应力计算应充分考虑温差和徐变两 个因素的相互影响 ， 日前 比较有效的方法就是应用有 限元方 法 来汁算 ， 采用 A n s y s 9 0计算 ， 温度场使用 S o l i d 7 0 单元 ， 内应 力 计算时使用 S o l i d 4 5 单元， 计算得到锚跨中的温度应力如同 5 所 示 ， 混凝 土中心在混凝土浇筑 的初 始阶段 压应力 ， 而表面是拉 应力 ， 随着时间的延长 ， 表面转 为压应 力 ， 中心拉 应力 ， 中心的 最大拉应力 1 8MP a 左右 ， 低予混凝土的抗拉强度值 ， 闲此混 凝土不会因温度应力而产生裂缝 。 1 24 璃 骨料混凝土 的强 度变化规律 与破坏 形式基本与天然骨料 混 凝土类似。 ( 4 ) 强度试验结果表明同强度等级的废弃玻璃粗骨料混凝 土 的立方体抗压强度低于同强度等级的天然骨料混凝土。 因此 要想获得与天然骨料相同的强度 ， 需要通过配合比的设计来 改 善废弃玻璃粗骨料混凝土的强度 参考文献 ： 1 夏晓舟 混凝土细观数值仿真及宏细观力学研究【 D 】 南京： 河海大 学 ， 2 0 0 8 2 陈金狮废玻璃再利用于沥青混凝土路面之研究f D j _ 台湾： 国立云林 科技大学营建研究所 ， 2 0 0 1 3 姜波， 樊云昌 ， 金树新 坡 璃混凝土一玻璃骨料混凝土 【 J J 石家庄铁 道 学院学报， 2 0 0 1 f 4 】 侯博震废弃玻璃用于再生沥青混凝土之研究 D 台湾 ： 国立云林科 技大学 ， 2 0 0 3 5 朱明瑜 添加废玻璃砂于排水沥青混凝土成效之影O ND 台湾： 国立 成功大学土木工程研究所 ， 2 0 0 8 【 6 邹 惟前 ， 邹 肴 利 用固体废 物生产 新型建筑材 料配方 、 生产技 术、 应用 北京： 化学工业出版社 ， 2 0 0 4 f 7 彭小芹 土木 工程材料 M 重庆 ： 重厌大学出版社， 2 0 0 2 ， 作者简介 联系地址 联系电话 刘光焰( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 副教授 ， 博士研究生 ， 从 事混凝土结构 工程的研究。 广西桂林市建干路 1 2 号 桂林工学院土木系( 5 4 1 0 0 4 ) 1 3 9 7 8 3 7】 2 0 5 I寸1日 J h 图 5 锚跨混凝土中的温度应 力 3结语 通过锚跨混凝土采用双掺粉煤灰和矿渣适当延长初凝时 间， 和加冰水降低混凝土人模温度等技术措施 ， 有效地控制了混 凝温度裂缝 ， 同时又保证 了混凝 土的强度增长 ， 满足预应力的施 工要求 ， T程完 1 后没有明显的可见裂缝出现， 确保了工程质量。 参考文献 ： 1 l 冯长红 超大面积 混凝土裂缝控制技术l J I 施工技术 ， 2 0 0 2 ， 3 l ( 4 ) 2 】 王铁梦工程结构裂缝控S U M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 ： 1 - 6 【 3 1 K OV I E R K L， D A V I D A， S T A NG H E a A y a g e c o n c r e t e p r o p e r ti e s a n d p e r f o r m a n e ( 4 J 1C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 5 ) ： 4 1 3 _ 14 1 5 f 4 1 GU T S C H A W P r o p e r t i e s o f e a r l y a g e c o n c r e t e E x p e ri m e n t s a n d m o d e l i n g J Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ( 3 5 ) ： 7 6 7 9 5 】 张铁军， 严跃兰 岭澳核电站二期核岛安全壳预应力施工技术l J I 施 工技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 1 2 ) ： 2 8 3 4 f 6 王甲春， 阎培渝 早龄期混凝土结构开裂风险分析【 J 1 应用基础与工 程科学学报， 2 0 0 6 ， 1 4 ( 2 ) ： 2 6 2 2 6 7 作者简介 联系地址 联系电话 张颖创( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 工程师 ， 总工， 研究方向： 混凝土的生 产与施工技术。 广乐省高州市金山混凝土有限公司( 5 2 5 2 5 9 ) l 3 6 0 09 40 4 97