浅谈高墩大跨连续刚构C55混凝土质量控制技术

2015-03-18骆红艳张建立

建设监理 2015年3期

骆红艳，廖华，张建立

（四川铁科建设监理有限公司，四川成都 611731）

0 工程概况

新建云桂铁路南丘河双线大桥位于云南省文山州丘北县天星乡境内(中心里程为 DK494+535)，全桥长 400.28 m，桥梁结构形式为 2×32 m+(68+128+68)m 连续刚构＋1×32 m+1×24 m简支梁，全桥共 7 跨。其中，连续刚构梁主墩 3 号墩、4 号墩高度分别是 90 m、110 m，而 3 号墩、4 号墩处的泵送垂直高度分别达到 100 m、140 m。梁体截面类型为单箱单室直腹板变截面箱梁，采用 C55 混凝土，共 5 800 m3，采用泵送混凝土施工。现场地形条件十分复杂，呈典型的 V 型峡谷地貌，两岸地势陡峭。

1 泵送施工保证措施

新建云桂铁路是云南省境内第一条时速 200 km/h(预留250 km/h 条件)的；以客运为主，兼顾集装箱、轻快货物运输的出海铁路通道。沿线地形陡峻、山高谷深、地质复杂，地震烈度高。桥梁工程的重点在于高墩位桥梁及高烈度地震区桥梁质量控制。南丘河双线大桥连续刚构浇筑时最高泵送高度达 140 m，泵送的是 C55 混凝土，属于典型的高墩高强混凝土泵送施工。高墩泵送混凝土质量控制是一项综合技术，包含混凝土制备技术、泵送参数计算、泵送机械选定与调试、泵管布设和过程控制等内容。

为确保工程实体质量，加快梁体施工进度，我们组织施工单位认真研究，从“人机料法环”等多个方面着手分析，通过对设备选型、材料选择、混凝土配合比等方面进行比较试验，确定了在南丘河双线大桥施工中的原材料、混凝土配合比、设备型号和泵送工艺。

1.1 泵送混凝土原材料的选择与控制

1.1.1 水泥

根据 TB 10424—2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》中 6.2 章原材料对水泥的性能要求，并结合有关文献提到的 Ca3Si(硅酸三钙)含量高(＞8%)、Ca3Al(铝酸三钙)含量低(＜8%)的水泥，有利于保证水泥与减水剂的适应性及控制混凝土流动度的经时损失，对水泥进行了仔细调研。最后选定云南壮山实业股份有限公司的 P·O52.5 水泥。将该厂的两批 P·O52.5 水泥分别送云南省建筑工程质量监督检验站和昆明中铁建设工程质量检测有限公司检测，结果其 Ca3Al 含量分别为 6.15% 和 7.52%，均符合上述要求。通过规范水泥试验检测项目，加强对水泥的试验检测，严格控制进场水泥的质量。

1.1.2 细骨料

细骨料根据粗细程度分为粗砂、中砂、细砂，其中中砂的可泵性最好。经过对云南省内的几个砂场的料场考察，最后选定元阳冷墩益民砂场的河砂作为混凝土的细骨料；并安排专人进行驻厂监造，将出场河砂的细度模数控制在2.6～3.0 之间，含泥量控制在 1.6% 以下。

1.1.3 减水剂

为确保混凝土的含气量可控和保坍性能良好，与山西康特尔精细化工有限公司的技术人员多次交流，对减水剂的母液和复配成分进行多次调整，母液改为低引气型并提高保坍剂用量。为保证新配方减水剂与水泥的适应性良好，该调整过程既进行了减水剂的复配试验，也进行了与水泥的适应性试验，最后确定了适用于南丘河大桥 C55 混凝土的减水剂配方。新配方的主要指标为：减水率 WR 保持在 27%～31% 之间，坍落度 1 h 经时变化量控制在 10 mm 及以下，混凝土入模含气量控制在 2.5%～3.2% 之间，较好地满足了可泵性和保坍性。

1.1.4 粉煤灰

根据 TB 10424—2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》中 6.2 章原材料对粉煤灰的性能要求，并结合箱梁等结构受力体的耐久性指标，加大了对粉煤灰的抽检频率，确保使用于工程实体的粉煤灰质量合格，尤其是氧化钙和游离氧化钙等指标符合要求。

1.1.5 水

混凝土拌和用水取自当地南丘河，受降雨等自然因素影响，河水中容易出现泥砂含量波动、甚至裹挟部分杂物等不利情况。根据 TB 10424—2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》中 6.2.7 条要求，在拌和站现场增设混凝土拌和用水沉淀池，并加强对拌和用水的检测，以确保水质符合要求。

1.2 混凝土配合比的确定

对于超高泵送条件下的高强混凝土，在设计其配合比时需考虑强度、耐久性、良好的可泵性、经济合理等因素；同时还需根据现场原材料及施工环境等特点，对其坍落度及经时损失进行控制。在经过多次试配及现场试泵后，确定了适用于南丘河双线大桥的 C55 混凝土配合比(见表 1)。

表1 C55混凝土配合比

该配合比满足配合比设计规程要求，在实际使用中完全达到了预期效果。在施工过程中堵管率降低至 5% 以下，并且混凝土 5 d 抗压强度达到设计强度的 95% 以上，弹性模量达到 3.55×104MPa 以上，满足张拉作业的要求。成品混凝土合格率达 100%。

1.3 设备选型

根据《高速铁路桥涵工程施工技术指南》(铁建设[2010]241 号)、《铁路混凝土工程施工技术指南》(铁建设[2010]241 号)、JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》等技术规范，并结合现场施工环境，进行泵送能力验算。混凝土输送设备采用 SG5100THB 德国大象车载柴油地泵 2 台及SY5123THB 三一车载柴油地泵 1 台；输送管采用 φ125 管径高压泵送管道。车载柴油地泵主要性能参数见表 2。

表2 车载柴油地泵主要技术参数表

1.4 泵管布置及优化

南丘河双线大桥 3 号墩、4 号墩均采用墩底垂直布置泵送管道至墩顶后再分别向两端水平接长，直至中跨、边跨合龙段施工完毕。

南丘河双线大桥 4 号墩泵送现场的输送泵停放点原位于 A 点。根据多次试泵及 4 号墩 0 号、1 号、2 号块的浇筑经验，经过反复验算决定：在浇筑 4 号墩 3 号块时将输送泵停放点移至 B 点。方案 B 与方案 A 点相比，泵管水平长度减少了 58 m，泵送垂直高度减少了 8 m，有效减少了地泵的负荷。同时，墩底泵管(含水平管及坡面斜管)的缩短还大大减少了堵管时拆除及清洗泵管的时间：优化之前方案 A 拆管及清洗均需要 1 个 h 以上；优化之后方案 B 若发生堵管，能在30 min 以内恢复泵送。

1.5 混凝土泵送工艺

混凝土泵送工艺采用垂直泵送；在 0 号块中心采用 90°弯管，可前后旋转与大小里程端水平泵管接口连接，交替浇筑连续刚构 T 构两端混凝土。T 构一端每泵送 8 m3混凝土(约19.4 t)立即换泵至另一端，挂篮两端最大不平衡重不得大于20 t。在控制挂篮两端平衡的同时，也防止水平泵管因等待时间过长而堵管。

2 混凝土堵管的预防措施

为防止混凝土泵送过程中出现堵管及其他原因中断泵送，采取了如下措施。

(1)在垂直向上布管时，当混凝土泵分配阀换向吸入混凝土(或停止泵送)，垂直管中的混凝土重力将对混凝土泵产生逆流压力(简称背压)；垂直管的高度越高则逆流压力愈大。该逆流力会使混凝土容积效率降低，影响混凝土泵的排量，造成混凝土离析而堵管。南丘河大桥连续刚构梁主墩的泵送垂直高度均超过百米，产生的逆流压力巨大。因此，在输送管的锥形管和直通管之间设插板阀管(亦称插管)，在停止泵送时插上插板以防止混凝土反流。另外，当堵管或其他原因需要换管、清理管道时，插板阀管能缩短时间、提高效率。

(2)每次在泵送混凝土前，泵机应先试运行。确认正常后在泵管中塞入清洁球，泵送清水湿润管壁，检查泵管是否有渗漏并及时处理。无渗漏后再泵送与混凝土同标号的水泥砂浆润滑管壁，以防止泵送刚开始时堵管。

(3)开始混凝土泵送时，应慢速泵送；待泵送顺利后，再用正常速度泵送，同时用木槌敲击输送管弯管等部位。在混凝土泵送过程中发现输送泵发动机声音异常、压力升高且不稳定、输送管振动幅度过大等反常现象，应立即停止泵送，查明原因，及时排除。混凝土泵送速度要均匀连续。若在泵送过程中发生堵管或其他原因停泵，应每隔 3 min～5 min 开泵 1 次，防止料斗内的混凝土沉淀离析及混凝土堵塞泵管。停泵时间不宜超过 2 h；如超过应立即拆除泵管，清除管内混凝土后再重新泵送。

(4)将混凝土坍落度控制在合理的范围，是连续梁浇筑过程中防止堵管的重要条件之一。在混凝土泵送过程中，如果坍落度过大，会造成混凝土产生离析、砂浆泵送出管而粗骨料留在泵管中造成堵管的现象。更严重的是，在浇筑的工程实体内容易出现砂浆骨料分布不均的部位，导致质量事故的发生。如果坍落度过小则会造成混凝土的黏性增加和流动性减小，混凝土与管壁间的阻力加大，直接导致堵管或泵机超负荷出现故障。经过多次试泵及 4 号墩 0 号块～2 号块浇筑的经验，总结出：混凝土坍落度应控制在 200 mm～220 mm 之间；这样既有良好的可泵性，在泵送过程中也不容易出现离析现象。

(5)为防止气温变化导致的堵管，当夏季气温大于 30℃时，用土工布包裹暴露在阳光下的输送管，并不断淋水降温；当冬季气温小于 5℃ 时，用土工布、麻布袋包裹输送管以保温。

(6)混凝土质量控制。

①拌和站后场控制。试验人员于拌和站对出机混凝土进行抽查，主要检测出机混凝土的坍落度、扩展度、含气量及容重等指标，检测不合格的不予出场。

②墩底现场及试验人员对罐车放出的混凝土决心监控。坍落度及扩展度不符合要求的不能入泵，立即退回。

③试验人员对连续梁墩顶出管的混凝土按比例试验，并现场监控做到“三不”：混凝土坍落度不符合要求的不入模；混凝土产生离析的不入模；混凝土粘稠度高、流动性不好的不入模。

(7)应急措施。

①备用地泵。现场 2 台地泵：1 台三一SY5123THB 车载泵和 1 台德国大象 Elefant SG5100THB 车载泵；其中德国大象牌为备用泵。

②备用拌和站。紧邻南丘河大桥的同烘 1 号桥拌和站为备用拌和站，站内常备 200 m3C55 混凝土原材。

③施工现场备有 1 个约 0.8 m3的料斗。当混凝土停泵时间大于 4 h 而又不能及时开始混凝土泵送时用于布料。

④发电机。现场和拌和站各备有 1 台 500 kW 发电机，以供混凝土浇筑过程中停电时紧急使用。

⑤现场布设 2 套高压泵管：1 套主泵管和 1 套备用泵管。