某跨海特大型橋梁預(yù)制承臺(tái)墩身混凝土的試驗(yàn)研究

丁川

摘要：本特大型跨海大橋采用承臺(tái)墩身在工廠內(nèi)預(yù)制成型，再整體運(yùn)輸?shù)胶Ｉ鲜┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝的工藝，結(jié)合120年的設(shè)計(jì)使用壽命的要求，對(duì)承臺(tái)墩身的預(yù)制工藝帶來極大的挑戰(zhàn)。因此，在正式開展預(yù)制工作前，進(jìn)行了相關(guān)的混凝土施工工藝試驗(yàn)對(duì)比，為后續(xù)的實(shí)際施工做了良好的技術(shù)準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：承臺(tái)墩身 預(yù)制 工藝試驗(yàn)

1.工程概況

某大型跨海橋梁約22.9公里長的海中橋梁段，分為通航孔橋和非通航孔橋，非通航孔橋的承臺(tái)、墩身均采用在預(yù)制工廠集中預(yù)制，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，運(yùn)到海上橋位處吊裝。預(yù)制承臺(tái)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等多種，具有預(yù)制體積大，施工精度高等特點(diǎn)，環(huán)氧鋼筋在全部承臺(tái)墩身的使用，對(duì)澆筑振搗、鑿毛等施工工藝，也帶來了諸多挑戰(zhàn)，因此，在施工前，進(jìn)行相關(guān)的工藝試驗(yàn)，明確關(guān)鍵的施工工藝就顯得非常重要。

2.試驗(yàn)內(nèi)容

本試驗(yàn)主要研究以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）混凝土振搗的工藝標(biāo)準(zhǔn)以及使用高頻振動(dòng)器輔振的必要性。

（2）進(jìn)行混凝土接縫鑿毛工藝比選，通過各種鑿毛工藝的質(zhì)量和功效比較，確定適用的鑿毛工藝。

（3）混凝土擬選用的幾種配合比和易性比較。

（4）進(jìn)行砼接縫的密實(shí)性研究，上下層砼澆筑后在不同齡期差和不同鑿毛、澆筑工藝的綜合影響下，檢查構(gòu)件施工縫的水密性。

3.試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

在預(yù)制工廠進(jìn)行試件的制作與試驗(yàn)，按10m×3.5m墩身結(jié)構(gòu)平面尺寸1：1進(jìn)行模擬，其配筋方式根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行安裝（不安裝骨架和預(yù)應(yīng)力元件）；內(nèi)腔倒角部分不考慮模擬，按直角進(jìn)行內(nèi)模安裝。

根據(jù)試驗(yàn)需要，擬制作2個(gè)獨(dú)立的試件：

試件1：高度取1.4m，其外模委托專業(yè)模板廠加工（高度方向分成0.5m+0.9m），一次安裝1.4m高；內(nèi)模利用木模按0.5m+0.9m分層安裝；砼分節(jié)澆筑：第一次澆筑0.5m，按普通振搗（插入式振動(dòng)棒）工藝要求振搗，澆筑后斷面處理按拉毛、沖擊鉆鑿毛、高壓水沖洗方式分塊獨(dú)立鑿毛；第2次澆筑前按一半灑水后直接澆筑，一半涂抹環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑后澆筑進(jìn)行試驗(yàn)。澆筑時(shí)采用在外模上安裝高頻輔助振動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)比較試驗(yàn)。

試件2：高度取0.5m，采用試件1總結(jié)出的振搗工藝，試驗(yàn)另一種混凝土配合比。

按實(shí)驗(yàn)?zāi)康模冗M(jìn)行試件1的制作并進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究；后制作試件2，按試件1的總結(jié)工藝進(jìn)行制作，檢驗(yàn)試件1的工藝總結(jié)可靠性。

4.試驗(yàn)操作工藝及試驗(yàn)結(jié)果分析

試件1需研究振搗工藝、鑿毛養(yǎng)生工藝和接縫水密試驗(yàn)，因此分2次進(jìn)行砼澆筑工作。砼按本項(xiàng)目C50海工混凝土配比進(jìn)行拌制，澆筑時(shí)采用汽車泵泵送并按30cm分層澆筑控制。

4.1 砼性能比較試驗(yàn)

因試件1分兩次澆筑，試件2一次澆筑，合計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件澆筑次數(shù)為3次，擬將三次澆筑的砼配比分別為三種設(shè)計(jì)配合比，檢查現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)砼的和易性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

4.2 振搗工藝比較試驗(yàn)

振搗工藝共按三步來進(jìn)行：

①試件1第一層0.5m高，插入式振動(dòng)棒，由工班自由振搗，檢查工班的振搗水平及意識(shí)；

②試件1第二層0.9n高，為本次振搗工藝研究試驗(yàn)的主體工作，其將構(gòu)件分為3大塊，分塊1為外模上按1m間距設(shè)置高頻振動(dòng)器附著設(shè)施，采用2套高頻振動(dòng)器周轉(zhuǎn)使用，進(jìn)行輔助振搗，內(nèi)側(cè)用插入式振搗；分塊2直接采用插入式振搗，按50cm間距均勻振搗。分塊3采用插入式振搗，在分塊2的基礎(chǔ)上，要求振搗完成后，沿外模邊（主筋內(nèi)側(cè)）進(jìn)行周邊插點(diǎn)式補(bǔ)振。

③在試件2的澆筑時(shí)，采用試件1確定的振搗工藝進(jìn)行全構(gòu)件同類振搗，檢查拆模后的外觀質(zhì)量。

試驗(yàn)結(jié)果見圖1～4。

對(duì)于由工班自由振搗的部分，與按50cm間距均勻振搗的部分效果基本相同，工班自由振搗意識(shí)較高，能夠自覺按照規(guī)范要求進(jìn)行振搗。將后面三種振搗方式進(jìn)行比較，振搗效果最好的為第4種振搗方式，其次為第3種振搗方式，最后為第2種振搗方式。且第4種振搗工藝，對(duì)于輔助式振動(dòng)器的振搗時(shí)間按照8s、12s、15s、20s、30s的5種不同的控制時(shí)間進(jìn)行振搗，試驗(yàn)結(jié)果表明，輔助式振動(dòng)器在12s和15s這兩個(gè)時(shí)間段控制比較合適，對(duì)模板的損傷不大，且能達(dá)到預(yù)期的振搗效果。但試驗(yàn)所用外模面板剛度較小，附著式振動(dòng)器效果會(huì)比較明顯，但實(shí)際使用的外模為整體桁架結(jié)構(gòu)，剛度大，附著式振動(dòng)器效果可能會(huì)降低。

通過試驗(yàn)確定實(shí)際施工采用工藝3施工。

4.3 混凝土鑿毛工藝的研究

試件的養(yǎng)生前期直接采用灑水養(yǎng)生，鑿毛后頂部覆蓋土工布并灑水保持濕潤，外模拆除后外表面采用塑料薄膜包裹，內(nèi)模采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑的方式模擬構(gòu)件養(yǎng)生環(huán)境。構(gòu)件1兩次砼之間施工縫需進(jìn)行處理，其處理方式共分三種：

①水沖洗鑿毛：在混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.5mpa時(shí)，利用加壓泵將自來水加壓，沖洗混凝土表面的表面砂漿和松弱層。按澆筑完成后4h、6h沖洗，觀察試驗(yàn)結(jié)果，確定水沖洗鑿毛的工藝具體指標(biāo)性要求和大約時(shí)間段。

②空壓機(jī)鑿毛：此工藝較為成熟，混凝土強(qiáng)度達(dá)到10mpa時(shí)，采用空壓機(jī)+風(fēng)鎬對(duì)混凝面進(jìn)行鑿面，主要研究是空壓機(jī)鑿毛的施工便利性和工效分析。

③沖擊鉆鑿毛：混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5nipa-l0nipa時(shí)，采用沖擊鉆進(jìn)行紋路式鑿毛，主要研究是沖擊鉆鑿毛的施工便利性和工效分析。

試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）高壓水槍鑿毛試驗(yàn)結(jié)果：

試件1混凝土鑿毛表面積為4㎡，在澆筑4小時(shí)后即可利用高壓水槍對(duì)混凝土表面進(jìn)行沖毛；經(jīng)過對(duì)水壓的調(diào)節(jié)，把水壓控制于20MPa時(shí)，沖毛效果較好，對(duì)試件1的沖毛時(shí)間為10分鐘，高壓水槍沖毛作業(yè)工效為24㎡/h。沖毛效果如圖5。

試件2的混凝土鑿毛表面積為4㎡，澆筑完成后在混凝土表面噴灑混凝土緩凝劑（緩凝劑按照3h緩凝時(shí)間配置），按照0.5㎡/kg標(biāo)準(zhǔn)噴灑，在澆筑6小時(shí)鐘后進(jìn)行高壓水槍沖毛，在水壓為20MPa時(shí)，水槍的沖鑿力對(duì)混凝土表面的影響較小；后將水壓力調(diào)至30MPa，此時(shí)沖毛效果較好，對(duì)試件2的沖毛時(shí)間為8分鐘，高壓水槍沖毛作業(yè)工效為30㎡/h。沖毛效果如圖6。

（2）利用空壓機(jī)鑿毛試驗(yàn)結(jié)果：

利用空壓機(jī)鑿毛的構(gòu)件，在澆筑完后9小時(shí)方可進(jìn)行，且由于構(gòu)件1內(nèi)部存在墩身豎向鋼筋，空壓機(jī)鑿毛操作空間較小?？諌簷C(jī)鑿毛面積為1.6㎡2，鑿毛時(shí)間為25分鐘，即空壓機(jī)作業(yè)工效為3.75㎡/h。

（3）利用沖擊鉆鑿毛試驗(yàn)結(jié)果：

利用沖擊鉆鑿毛的構(gòu)件，在混凝土澆筑完畢后7個(gè)小時(shí)候可進(jìn)行沖擊鉆鑿毛。利用沖擊鉆進(jìn)行鑿毛時(shí)，鑿毛空間有限但可操作，兩臺(tái)沖擊鉆鑿毛面積為10㎡，鑿毛時(shí)間為85分鐘，沖擊鉆作業(yè)工效為3.5㎡/h。

綜合比較以上3種鑿毛工藝，高壓水槍沖毛作業(yè)工效最高，開始沖毛時(shí)間較早，在混凝土澆筑后4個(gè)小時(shí)即可開始沖毛。沖擊鉆和空壓機(jī)鑿毛工效相當(dāng)，但沖擊鉆鑿毛開始時(shí)間較早。對(duì)于高壓水槍沖毛，由于沖毛水壓力較大，在沖毛過程中水壓力會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，同時(shí)高壓水槍設(shè)備容易出現(xiàn)故障。 通過試驗(yàn)，推薦實(shí)際使用時(shí)采用高壓水沖毛，過程加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢修。

4.4對(duì)混凝土試件接縫的密實(shí)性研究

試件鑿毛處理后，部分區(qū)域涂環(huán)氧樹脂粘結(jié)膠，增加接縫的粘結(jié)性和抗?jié)B性。其他區(qū)域在第2次砼澆筑前進(jìn)行灑水濕潤處理。根據(jù)前述試驗(yàn)過程中不同的接縫鑿毛工藝和二次澆筑時(shí)界面連接處理措施，組合出如左圖所示的區(qū)域。在試件1第二層砼養(yǎng)生達(dá)到7d后，先將腔1、2內(nèi)加水注滿空腔，連續(xù)觀察3天分塊1～6接縫是否有水滲出。

試驗(yàn)結(jié)果如下：對(duì)于上述7塊區(qū)域的外表面進(jìn)行觀察，均未發(fā)現(xiàn)漏水狀況，如圖7。

5 結(jié)語

通過此次施工前的工藝試驗(yàn)，明確了混凝土施工配合比和主要的施工工藝，為實(shí)施性施工方案的編制提供了重要依據(jù)，對(duì)后續(xù)的承臺(tái)墩身預(yù)制施工起到非常積極的作用。endprint