大型围堰封底混凝土配合比设计李亚民.doc

大型钢围堰水下封底混凝土配合比设计
李亚民
(土木工程 20136011)
摘 要：新建蒙西华中铁路洞庭湖特大桥主塔3#墩基础设计为直径50.5m、高31m的双壁钢围堰，采用水下C30混凝土进行围堰封底，混凝土距离距离达10km，运输至现场后泵送施工水下混凝土。因此在配合比设计时需充分考虑混凝土的综合性能，本文结合现场情况对主塔3#墩围堰水下封底混凝土配合比进行优化设计，为围堰深水施工中混凝土施工提供参考和借鉴。
关键词：钢围堰 水下 封底混凝土 配合比设计

Back cover the large steel cofferdam of underwater concrete mixture ratio design
Li Yamin
(20136011) in civil engineering
Pick to: new stake central China railway of dongting lake bridge main tower 3 # pier foundation design for 50.5 m high, 31 m diameter double-wall steel cofferdam, using underwater C30 concrete cofferdam back cover, concrete distance distance up to 10 km, transportation to the scene after the underwater concrete pumping construction. So in the mixture ratio design must fully consider the comprehensive performance of concrete, this paper combined the situation of the main tower of 3 # pier cofferdam optimize underwater bottom sealing concrete mixture ratio design, construction of the cofferdam for the deep in the concrete construction to provide the reference and reference.
Keywords: steel cofferdam； underwater； bottom sealing concrete ；mixture ratio design

引言
洞庭湖特大桥3#墩为水中主塔墩，受地理条件和外部环境制约，混凝土拌合场只能设置在长江大堤外侧，混凝土运输至3#主墩总运距长10km，其中2km的连接线，6km的君山区芦苇滩地和2km的钢栈桥，单程运输时间长45分钟，至钢栈桥前端平台后采用2台泵机和2套布料杆输送至墩位，进行水下封底混凝土施工，为保证混凝土各项性能在水下混凝土浇筑时满足施工工艺要求，进行水下封底混凝土配合比设计。
1、工程概况
新建蒙西华中铁路是国家重点工程内蒙古至江西省运煤通道，洞庭湖特大桥位于湖南省岳阳市，大桥由君山区向东南方向跨越洞庭湖与长江相连接的出口处，距上游洞庭湖公路桥约4.2km，距下游莲花塘水位站约2.2km，河道两岸均为湘江漫滩区。
洞庭湖特大桥主桥为世界最大荷载的三塔六跨货运铁路斜拉桥，也是世界上首次采用钢箱钢桁结合梁形式。主塔3#墩基础采用22根直径3m的钻孔桩，承台设计为圆端形，长44.51m，宽25.5m，高6.5m（顶面标高+13.5m，底标高+7.0m），止水结构采用双壁钢围堰，围堰为外径50.5m、内径46.5m的圆环形结构，设计高度为31m，围堰双壁舱厚2m，底隔舱高5.726m，设计围堰抽水水位为+26m。在标高为+19.1m处设置内外连通管，管径为Φ273mm，对称各设置一根。

图1-1 3#墩基础布置图（单位：mm）

图1-2：围堰立面示意图

2、设计背景
根据对承台施工过程中各种工况的计算，围堰内封底混凝土有效厚度为3.5m，采用水下C30混凝土分区一需2017方，分区二需1846方，分区三需2001方，底隔舱各需170方，共需混凝土6204方。
依据施工方案和施工工艺,混凝土由岸上混凝土工厂生产,经40～50min混凝土搅拌运输车运输至栈桥端头，再由泵机经布料机将混凝土泵送至各个下料点。

图2-1 围堰封底分区布置图

3、水下封底混凝土设计技术要求
1 混凝土强度为C30MPa；
2 初始坍落度为180mm～220mm，扩展度≥550mm，混凝土流动性良好；
3 在2h内，坍落度≮180mm，扩展度≥500mm，流动性良好；
4 混凝土初凝时间在24h～26h；
5 含气量2.0%～4.0%；
6 为保证导管埋深，确保砍球混凝土灌注一次成功，首批混凝土不少于18m3。
4、混凝土设计依据
1 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011；
2 《铁路工程混凝土施工质量验收标准》TB10424-2010；
3 《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002；
4 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002；
5 《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010。
5、混凝土原材料情况
1 水泥：华新水泥有限公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥；
2 细集料：汨罗河砂，中砂，表观密度2640kg/m3，细度模数2.8；
3 粗集料：白云镇5～10mm、10～25mm二种级配按2:8混合后符合5～25mm连续级配碎石要求，表观密度2720kg/m3，孔隙率39%；
4 粉煤灰：华能电厂F类Ⅱ级；
5 外加剂：特密斯混凝土外加剂有限公司生产的聚羧酸系高性能缓凝型减水剂；
6 水：地下水。
6、混凝土配合比设计
确定配制强度：fcu,0 =fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2Mpa。
6.1初步配合比与试拌
根据《铁路工程混凝土施工质量验收标准》、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》和设计要求，水泥用量取280 kg/m3，粉煤灰为120 kg/m3，胶凝材料总量为400 kg/m3，粉煤灰占胶凝材料总量的30%，外加剂掺量为胶凝材料总量的1.0%，与水泥、水等一起掺入。根据《普通混凝土配合比设计规程》经试验确定砂率为45%，混凝土拌合用水量经试验确定为160 kg/m3，水灰比为0.57，水胶比为0.40，按以上初步配合比进行试拌，分别调整水胶比为0.37和0.43，得到相近的两个配合比进行试拌，见表1；
表1、C30水下混凝土配合比kg/m3
编号
W/B
水泥
粉煤灰
砂
碎石
水
外加剂
1
0.37
302
130
815
996
160
4.32
2
040
280
120
830
1014
160
4.00
3
0.43
260
112
843
1030
160
3.72
6.2配合比调配，调试及确定
1 采用水灰比为0.40的基准配合比拌和混凝土和易性良好，具有良好的粘聚性、保水性。
2 同盘初始坍落度为230 mm，扩展度590mm；2小时为215 mm，扩展度570mm；混凝土插捣时较为轻松，没有石子的阻滞感觉，拌和物含砂情况较为适中。
3 水灰比的选取情况：采用三个不同的配合比时，基准配合比分别按0.03增加或减少，保持用水量不变。

表2、拌合物性能试验结果
编号
凝结时间（h:min
坍落度（mm）
扩展度（mm）
表观密度
kg/m3
含气量
%
初凝
终凝
初始
2h
初始
2h
1
25:46
29:03
215
200
580
550
2420
2.2
2
24:30
28:20
230
215
590
570
2410
2.6
3
23:38
27:52
220
210
550
500
2390
3.0

表3、抗压强度试验结果
编号
抗压强度，MPa
7d
28d
56d
1
34.1
43.4
49.2
2
31.7
40.7
45.9
3
28.8
36.9
41.8
6.3根据以上试验结果，结合施工需要与经济性要求，确定理论配合比如下：
水泥：粉煤灰：砂：石：水：外加剂=280：120：830：1014：160：4.0=1：0.43：2.96：3.62：0.57：0.014
7、施工中效果验证及分析
在混凝土施工过程中，依据粗细集料的含水率计算施工配合比，经过三次围堰分仓混凝土施工证明，在每小时浇筑混凝土40多立方米的情况下（每次浇筑约50小时）、每次连续施工时间45小时，混凝土拌合物性能还能满足现场施工要求，更甚至在出现交通、泵机和施工现场影响，导致混凝土需等待3小时，还能较为轻松地用于施工。经分析，此种情况与减水剂的滞后反应是离不开的：由于施工地点与搅拌站相距较远，混凝土的运输时间较长，为了保证混凝土的坍落度及扩展度，部分外加剂成份于搅拌后30分钟开始发挥作用。由此看来，配制、拌制及使用高性能混凝土，不但是矿物掺合料的高比例掺用，更要采用高性能的减水剂，这样才能降低水胶比，使得混凝土走向大坍落度、大扩展度、大流动性及低收缩率。
8、结束语
围堰封底是主塔墩基础施工的关键环节，水下混凝土则是保证施工质量的最重要组成部分。在洞庭湖特大桥主塔墩围堰水下混凝土施工前，根据设计性能和参数、原材料选择、外部环境分析和调查、施工工艺需求等，对围堰水下混凝土配合比进行配比选定、试拌、调整和确定，通过反复的优化设计，满足混凝土长时间的流动性能、坍落度、泵送性能和水下混凝土灌注性能，现场施工得以顺利开展，有利于后续施工的延续。

参考文献：
1、中铁大桥局集团一公司洞庭湖大桥项目部试验检测大纲；
2、中国中铁蒙西华中铁路洞庭湖特大桥施工组织设计。