某跨海特大型桥梁预制承台墩身混凝土的试验研究

丁川

摘要：本特大型跨海大桥采用承台墩身在工厂内预制成型，再整体运输到海上施工现场进行安装的工艺，结合120年的设计使用寿命的要求，对承台墩身的预制工艺带来极大的挑战。因此，在正式开展预制工作前，进行了相关的混凝土施工工艺试验对比，为后续的实际施工做了良好的技术准备。

关键词：承台墩身 预制 工艺试验

1.工程概况

某大型跨海桥梁约22.9公里长的海中桥梁段，分为通航孔桥和非通航孔桥，非通航孔桥的承台、墩身均采用在预制工厂集中预制，达到设计强度后，运到海上桥位处吊装。预制承台尺寸主要有14.8nx11m×4Sm、16m×12m×5m，墩身尺寸主要有10m×3.5m、10m×4m、12m×4m等多种，具有预制体积大，施工精度高等特点，环氧钢筋在全部承台墩身的使用，对浇筑振捣、凿毛等施工工艺，也带来了诸多挑战，因此，在施工前，进行相关的工艺试验，明确关键的施工工艺就显得非常重要。

2.试验内容

本试验主要研究以下几点内容：

（1）混凝土振捣的工艺标准以及使用高频振动器辅振的必要性。

（2）进行混凝土接缝凿毛工艺比选，通过各种凿毛工艺的质量和功效比较，确定适用的凿毛工艺。

（3）混凝土拟选用的几种配合比和易性比较。

（4）进行砼接缝的密实性研究，上下层砼浇筑后在不同龄期差和不同凿毛、浇筑工艺的综合影响下，检查构件施工缝的水密性。

3.试验模型

在预制工厂进行试件的制作与试验，按10m×3.5m墩身结构平面尺寸1：1进行模拟，其配筋方式根据构件设计图纸进行安装（不安装骨架和预应力元件）；内腔倒角部分不考虑模拟，按直角进行内模安装。

根据试验需要，拟制作2个独立的试件：

试件1：高度取1.4m，其外模委托专业模板厂加工（高度方向分成0.5m+0.9m），一次安装1.4m高；内模利用木模按0.5m+0.9m分层安装；砼分节浇筑：第一次浇筑0.5m，按普通振捣（插入式振动棒）工艺要求振捣，浇筑后断面处理按拉毛、冲击钻凿毛、高压水冲洗方式分块独立凿毛；第2次浇筑前按一半洒水后直接浇筑，一半涂抹环氧树脂粘结剂后浇筑进行试验。浇筑时采用在外模上安装高频辅助振动器进行振动比较试验。

试件2：高度取0.5m，采用试件1总结出的振捣工艺，试验另一种混凝土配合比。

按实验目的，先进行试件1的制作并进行一系列的试验研究；后制作试件2，按试件1的总结工艺进行制作，检验试件1的工艺总结可靠性。

4.试验操作工艺及试验结果分析

试件1需研究振捣工艺、凿毛养生工艺和接缝水密试验，因此分2次进行砼浇筑工作。砼按本项目C50海工混凝土配比进行拌制，浇筑时采用汽车泵泵送并按30cm分层浇筑控制。

4.1 砼性能比较试验

因试件1分两次浇筑，试件2一次浇筑，合计试验构件浇筑次数为3次，拟将三次浇筑的砼配比分别为三种设计配合比，检查现场施工时砼的和易性能。

实验结果见表1和表2。

4.2 振捣工艺比较试验

振捣工艺共按三步来进行：

①试件1第一层0.5m高，插入式振动棒，由工班自由振捣，检查工班的振捣水平及意识；

②试件1第二层0.9n高，为本次振捣工艺研究试验的主体工作，其将构件分为3大块，分块1为外模上按1m间距设置高频振动器附着设施，采用2套高频振动器周转使用，进行辅助振捣，内侧用插入式振捣；分块2直接采用插入式振捣，按50cm间距均匀振捣。分块3采用插入式振捣，在分块2的基础上，要求振捣完成后，沿外模边（主筋内侧）进行周边插点式补振。

③在试件2的浇筑时，采用试件1确定的振捣工艺进行全构件同类振捣，检查拆模后的外观质量。

试验结果见图1～4。

对于由工班自由振捣的部分，与按50cm间距均匀振捣的部分效果基本相同，工班自由振捣意识较高，能够自觉按照规范要求进行振捣。将后面三种振捣方式进行比较，振捣效果最好的为第4种振捣方式，其次为第3种振捣方式，最后为第2种振捣方式。且第4种振捣工艺，对于辅助式振动器的振捣时间按照8s、12s、15s、20s、30s的5种不同的控制时间进行振捣，试验结果表明，辅助式振动器在12s和15s这两个时间段控制比较合适，对模板的损伤不大，且能达到预期的振捣效果。但试验所用外模面板刚度较小，附着式振动器效果会比较明显，但实际使用的外模为整体桁架结构，刚度大，附着式振动器效果可能会降低。

通过试验确定实际施工采用工艺3施工。

4.3 混凝土凿毛工艺的研究

试件的养生前期直接采用洒水养生，凿毛后顶部覆盖土工布并洒水保持湿润，外模拆除后外表面采用塑料薄膜包裹，内模采用喷洒养护剂的方式模拟构件养生环境。构件1两次砼之间施工缝需进行处理，其处理方式共分三种：

①水冲洗凿毛：在混凝土强度达到0.5mpa时，利用加压泵将自来水加压，冲洗混凝土表面的表面砂浆和松弱层。按浇筑完成后4h、6h冲洗，观察试验结果，确定水冲洗凿毛的工艺具体指标性要求和大约时间段。

②空压机凿毛：此工艺较为成熟，混凝土强度达到10mpa时，采用空压机+风镐对混凝面进行凿面，主要研究是空压机凿毛的施工便利性和工效分析。

③冲击钻凿毛：混凝土强度达到2.5nipa-l0nipa时，采用冲击钻进行纹路式凿毛，主要研究是冲击钻凿毛的施工便利性和工效分析。

试验结果如下：

（1）高压水枪凿毛试验结果：

试件1混凝土凿毛表面积为4㎡，在浇筑4小时后即可利用高压水枪对混凝土表面进行冲毛；经过对水压的调节，把水压控制于20MPa时，冲毛效果较好，对试件1的冲毛时间为10分钟，高压水枪冲毛作业工效为24㎡/h。冲毛效果如图5。

试件2的混凝土凿毛表面积为4㎡，浇筑完成后在混凝土表面喷洒混凝土缓凝剂（缓凝剂按照3h缓凝时间配置），按照0.5㎡/kg标准喷洒，在浇筑6小时钟后进行高压水枪冲毛，在水压为20MPa时，水枪的冲凿力对混凝土表面的影响较小；后将水压力调至30MPa，此时冲毛效果较好，对试件2的冲毛时间为8分钟，高压水枪冲毛作业工效为30㎡/h。冲毛效果如图6。

（2）利用空压机凿毛试验结果：

利用空压机凿毛的构件，在浇筑完后9小时方可进行，且由于构件1内部存在墩身竖向钢筋，空压机凿毛操作空间较小。空压机凿毛面积为1.6㎡2，凿毛时间为25分钟，即空压机作业工效为3.75㎡/h。

（3）利用冲击钻凿毛试验结果：

利用冲击钻凿毛的构件，在混凝土浇筑完毕后7个小时候可进行冲击钻凿毛。利用冲击钻进行凿毛时，凿毛空间有限但可操作，两台冲击钻凿毛面积为10㎡，凿毛时间为85分钟，冲击钻作业工效为3.5㎡/h。

综合比较以上3种凿毛工艺，高压水枪冲毛作业工效最高，开始冲毛时间较早，在混凝土浇筑后4个小时即可开始冲毛。冲击钻和空压机凿毛工效相当，但冲击钻凿毛开始时间较早。对于高压水枪冲毛，由于冲毛水压力较大，在冲毛过程中水压力会出现不稳定状况，同时高压水枪设备容易出现故障。 通过试验，推荐实际使用时采用高压水冲毛，过程加强对设备的检修。

4.4对混凝土试件接缝的密实性研究

试件凿毛处理后，部分区域涂环氧树脂粘结胶，增加接缝的粘结性和抗渗性。其他区域在第2次砼浇筑前进行洒水湿润处理。根据前述试验过程中不同的接缝凿毛工艺和二次浇筑时界面连接处理措施，组合出如左图所示的区域。在试件1第二层砼养生达到7d后，先将腔1、2内加水注满空腔，连续观察3天分块1～6接缝是否有水渗出。

试验结果如下：对于上述7块区域的外表面进行观察，均未发现漏水状况，如图7。

5 结语

通过此次施工前的工艺试验，明确了混凝土施工配合比和主要的施工工艺，为实施性施工方案的编制提供了重要依据，对后续的承台墩身预制施工起到非常积极的作用。endprint