專利名稱：一種橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法
技術領域：
本發(fā)明屬于橋梁設計領域，特別涉及一種低溫升、抗裂及抗沖磨的橋梁大體積混凝土結構施工方法。
背景技術：
目前，我國沿海地區(qū)已建成或正在興建的跨江海大橋已有超過20座之多。橋梁施工過程中橋梁錨碇、承臺、橋墩等部位的大體積混凝土施工裂縫控制以及承臺、橋墩等與水接觸部位在運行期抵抗含沙(或淤泥)水流沖磨是關乎橋梁長期耐久性的關鍵問題。橋梁承臺是橋梁的下部結構，是樁與柱或墩的聯(lián)系部分，承臺上再建柱或墩，形成完整的傳力體系。橋梁承臺施工在建設過程中屬于大型基礎混凝土工程(即大體積混凝土工程)。水泥水化時的放熱反應使得水泥凝結硬化過程中放出大量熱量(即水化熱)，水 化熱會使大體積混凝土內部溫度超過外部，產(chǎn)生較大的溫度應力，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫甚至出現(xiàn)貫穿裂縫。一般橋梁承臺混凝土施工時采用在承臺結構內部設置冷卻水管，向冷卻水管中通冷卻水來降低大體積混凝土內外部溫差，減少開裂的風險。但由于跨江海大橋一般建設環(huán)境較為惡劣，設置冷卻水管會增加施工難度和施工進度，冷卻水管通水完畢后管道壓漿封堵存在封堵不嚴、破裂等潛在危險，這會增加大體積混凝土運行時的耐久性。因此，若能在保證承臺大體積混凝土不開裂的前提下取消冷卻水管，對耐久性而言無疑是有利的。大多數(shù)跨江海大橋所處海域海水具有含鹽度高、含氯度大的特點,橋位處于出?？?，漲落潮的干濕侵蝕效應、海洋大氣的腐蝕環(huán)境，對大橋的使用壽命有極大的影響。除了耐久性問題外，跨江海大橋還存在一個不容忽視的問題，即挾沙浪涌對大橋承臺或橋墩局部的沖刷作用。目前已建或在建的大批跨江海大橋，雖然沒有像水利工程泄水建筑物中遇到的高速水流，但由于浪涌形成的水流速度也不可忽視(如杭州灣嘉紹大橋所處海域攜沙浪涌流速可達lOm/s)，在激涌時流速可能會更高，這種情況下除了沖磨作用外，還會發(fā)生空蝕作用。跨海大橋的承臺、橋墩等部位一般都位于水面上下，極易受到攜沙浪涌的沖刷作用。根據(jù)杭州灣跨海大橋近些年調查發(fā)現(xiàn)，受攜沙浪涌沖磨作用造成承臺或墩柱表面混凝土流失的速率在疒5_/年。長此以往，跨江海大橋在沖磨作用下表層結構極易受損，對內部鋼筋的保護作用就會逐步喪失，嚴重時會影響橋梁結構的安全運行，且跨海大橋所處海域進行維修及其困難。因此，橋梁承臺、橋墩等部位的邊部混凝土抗沖磨能力顯得尤為重要。綜上所述，在有攜沙浪涌沖刷環(huán)境下的跨江海大橋橋梁承臺等部位的大體積混凝土設計與施工中需要考慮兩個方面的問題第一，橋梁承臺等部位的大體積混凝土結構應具有施工期混凝土溫升低、抗裂的特點，可以有足夠的能力抵抗溫度裂縫的發(fā)生；第二，橋梁承臺等部位的大體積混凝土結構應具有在長期運行過程中受攜沙浪涌沖刷作用影響小的特點，可以保持在此環(huán)境中的長期耐久性，目前一般采用外套鋼管或涂刷耐磨涂料對橋梁承臺等部位的大體積混凝土結構進行局部防護，以減少攜沙浪涌沖刷環(huán)境對橋梁承臺等部位的大體積混凝土結構的影響，但是，外套鋼管的方法存在銹蝕的嚴重問題，涂刷耐磨涂料存在與基礎混凝土粘結以及耐光照老化的問題。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，該方法能解決橋梁承臺大體積混凝土結構的開裂問題并能保持其在攜沙浪涌沖刷環(huán)境中的長期耐久性。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的技術方案一種橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，采用分層澆筑，對各層混凝土采用如下施工方法架立模板，根據(jù)預先設計好的坡面傾角0、邊部大體積混凝土設計厚度t和該層澆筑厚度m，同時澆筑邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土，到達拆模時間后進行拆模。
上述邊部大體積混凝土設計厚度t優(yōu)選為0. 5^0. 8m。上述內部大體積混凝土具有低溫升、抗裂的特點，每立方米內部大體積混凝土中各材料用量為水泥100 150kg，粉煤灰150 200kg，礦粉5(T200kg,砂75(T850kg，石95(Tll00kg，高效減水劑為膠凝材料質量的0. 5 1%，減縮劑為膠凝材料質量的I I. 5%，水膠比為0. 3^0. 4 ;所述的膠凝材料為水泥、粉煤灰和礦粉。上述外部大體積混凝土具有高抗裂、高抗沖磨的特點，每立方米外部大體積混凝土中各材料用量為水泥20(T300kg，粉煤灰5(Tl00kg，礦粉10(T200kg，砂70(T800kg，石100(Tll00kg，仿鋼纖維6 9g，高效減水劑為膠凝材料質量的I I. 5%，增韌劑為膠凝材料質量的0. 5%，水膠比為0. 3^0. 4 ;所述的膠凝材料為水泥、粉煤灰和礦粉。本發(fā)明施工方法中，邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土之間采用錯層相嵌(如圖2)和同時施工來保證界面連接的完整性，以實現(xiàn)邊部和內部兩種不同大體積混凝土結構性能的梯度分布，減弱從內部大體積混凝土到外部大體積混凝土的性能突變特性，提高結構的整體性。本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，提出了一種低溫升、抗裂的內部大體積混凝土配方，該內部大體積混凝土通過減少水泥用量、增加粉煤灰摻量、摻加減縮劑和高效減水劑，來減少混凝土的絕熱溫升值和土收縮值、提高混凝土韌性。本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選方案中，提成了一種高抗裂、高抗沖磨的邊部大體積混凝土配方，該邊部大體積混凝土通過摻加優(yōu)質礦粉來提高混凝土抗沖磨性能；通過摻加仿鋼纖維、增韌劑等增韌材料來提高混凝土抗沖擊性能與抗裂性能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(I)采用本發(fā)明方法能解決橋梁承臺大體積混凝土結構的開裂問題的同時，還能保持其在攜沙浪涌沖刷環(huán)境中的長期耐久性。(2)采用本發(fā)明施工方法，不需在橋梁承臺等大體積混凝土結構內部設置冷卻水管，就可以將大體積混凝土結構內外部溫差控制在25°C以內，從而可以減少溫度裂縫的風險；與設置冷卻水管相比，本發(fā)明施工方法更簡單，而且避免了設置冷卻水管后期壓漿封堵帶來的封堵不嚴，減少了水管道破裂造成混凝土結構潛在缺陷的風險；(3)本發(fā)明施工方法中，在跨江海大橋橋梁承臺等大體積混凝土結構與水直接接觸部分采用了一種高抗裂、高抗沖磨的大體積混凝土，該混凝土的抗沖磨強度是傳統(tǒng)高性能混凝土的3飛倍；與現(xiàn)有的采用外套鋼管或涂刷耐磨涂料來減少攜沙浪涌沖刷環(huán)境對橋梁承臺等部位的大體積混凝土結構的影響的方法相比，本發(fā)明方法不存在銹蝕和老化的問題。(4)本發(fā)明施工方法中，在跨江海大橋橋梁承臺等大體積混凝土結構內部采用了一種低溫升、抗裂的大體積混凝土，該混凝土 28天的劈裂抗拉強度為2. 85^3. 35MPa，具有優(yōu)異的抗裂性能；(5)本發(fā)明施工方法中，內部大體積混凝土和外部大體積混凝土之間采取錯層相嵌設計方法和同時施工措施保證二者之間性能的梯度分布，以保證橋梁承臺結構的整體性。



圖I為采用本發(fā)明施工方法所得大體積混凝土結構的俯視圖；圖2為圖I的A-A縱向剖面圖。
具體實施例方式本發(fā)明方法的具體施工步驟如下I、架立模板，根據(jù)預先設計好的坡面傾角e、邊部混凝土設計厚度f 和單層澆筑厚度m，同時澆筑第一層邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土,坡面傾角0、邊部大體積混凝土設計厚度f和單層澆筑厚度m參見圖I、圖2 ;邊部大體積混凝土設計厚度f取值范圍為0. 5 0. 8m ；2、當?shù)谝粚哟篌w積混凝土拆模后，再采用步驟I的方法同時澆筑第二層邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土；3、重復步驟2直至大體積混凝土結構達到設計厚度h (參見圖2)；4、按工地的實際條件對大體積混凝土結構提供必要的養(yǎng)護，例如，在大體積混凝土結構側面披掛麻袋或彩條布，在其頂面蓄水養(yǎng)護。本發(fā)明方法中的內部大體積混凝土具有低溫升、抗裂的特點，每立方米內部混凝土中各材料用量為水泥10(Tl50kg，粉煤灰15(T200kg，礦粉5(T200kg，砂75(T850kg，石95(Tll00kg，高效減水劑為膠凝材料質量的0. 5 1%，減縮劑為膠凝材料質量的I I. 5%，水膠比為0. 3^0. 4 ;所述的膠凝材料為水泥、粉煤灰和礦粉。本發(fā)明方法中的外部大體積混凝土具有高抗裂、高抗沖磨的特點，每立方米外部混凝土中各材料用量為水泥20(T300kg，粉煤灰5(Tl00kg，礦粉10(T200kg，砂70(T800kg，石1000 1100kg，仿鋼纖維6 9g，高效減水劑為膠凝材料質量的I I. 5%，增韌劑為膠凝材料質量的0. 5%，水膠比為0. 3^0. 4 ;所述的膠凝材料為水泥、粉煤灰和礦粉。下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步說明實施例I某跨江海大橋承臺大體積混凝土結構，其設計厚度h為5m，總混凝土用量4482. 9m3,橋梁承臺施工時分2層燒筑,第一層燒筑厚度Hi1為3m,第二層燒筑厚度叫為2m,邊部大體積混凝土的設計厚度t為0.8m，坡面傾角0為30°。本實施例的具體施工過程為I)架立模板，根據(jù)坡面傾角e、邊部大體積混凝土設計厚度t和第一層澆筑厚度Hl1,同時澆筑第一層邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土 ；2)當?shù)谝粚踊炷恋竭_拆模時間時，拆模后，根據(jù)坡面傾角0、邊部大體積混凝土設計厚度t和第二層澆筑厚度m2，同時澆筑第二層邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土 ;3)到達拆模時間時，拆模后對所得承臺大體積混凝土結構進行養(yǎng)護，具體為在大體積混凝土結構側面披掛濕麻袋，并在其頂面蓄水養(yǎng)護。本實施例中所用的內部低溫升、抗裂的大體積混凝土設計強度等級為C40，每立方米內部混凝土中各材料用量為水泥136kg，粉煤灰176kg，礦粉78kg，砂806kg，石1026kg，水138kg，高效減水劑3. 9kg，減縮劑3. 9kg。根據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》和GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能與耐久性能試驗方法標準》測試 上述內部大體積混凝土的塌落度、抗壓強度、劈裂抗拉強度、抗?jié)B等級、抗凍等級和氯離子滲透系數(shù)等性能參數(shù)，結果見表I。根據(jù)GB50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》測試上述內部混凝土的溫度效應，結果見表2。由表I和表2可知，混凝土 28天劈裂抗拉強度為3. 48MPa，具備優(yōu)良的抗裂性能；抗?jié)B等級和氯離子滲透系數(shù)分別為P20和I. 5X 10_12m2/s，表明該混凝土具有良好的抗?jié)B性和抵抗氯離子侵蝕能力。通冷卻水后第一層的最高溫升降低了 3.9°C，最大溫差降低了
2.2°C;第二層的最高溫升降低了 3. 8°C，最大溫差降低了 3. (TC。取消冷卻水管施工仍滿足GB50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》中規(guī)定溫差不宜大于25°C、澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20°C的要求，因此，從經(jīng)濟及施工進度等因素考慮，可以采用本發(fā)明方法取代冷卻水管施工。表I實施例I中內部大體積混凝土的基本性能指標
混凝土強坍落度(cm)抗壓強度(MPa)劈裂抗拉強度(MPa)
度等級 Oh Ih 3天 7天 28天 90天 3天 7天 28天 90天C40 21 18 3h2441)52A74^5L83187 SM 3.76
抗?jié)B等級抗凍等級氣離子滲透系數(shù)(x10]zm2/s)
P20F300L5表2實施例I中內部大體積混凝土的溫度效應測試結果
^mm-^
_ 最高溫度最大溫-f — 最高溫度最大溫差第一層5L62Z547J203
第二層^4723^9509209本實施例中，邊部高抗裂、抗沖磨的大體積混凝土設計強度等級為C50，每立方米邊部大體積混凝土中各材料用量為水泥264kg，粉煤灰54kg，礦粉132kg，砂726kg，石1093kg,水141kg,高效減水劑6. 6kg,增韌劑2. 2kg,仿鋼纖維6kg。該邊部混凝土的28天抗壓強度為65. 5MPa, 28天抗拉強度為3. 45MPa,抗沖磨強度為I. 65h/cm,為普通抗耐磨混凝土抗沖磨強度的3飛倍。上述抗沖磨強度采用DL/T5207-2005《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術規(guī)范》中規(guī)定的“混凝土抗沖磨試驗”試驗得到，所采用測試設備為公布號為CN101886998A
公開日為2010年11月17日、發(fā)明名稱為一種低噪音無污染全自動混凝土抗沖磨試驗機的中國專利所公開的抗沖磨試驗機，測試試驗條件為流速30m/s，沖磨角度90。。實施例2某入?？诳缃髽驑蛄撼信_為大體積混凝土結構，其為圓柱形結構，底面直徑40m，高6m (即設計厚度h)，總混凝土用量為7500m3 ;承臺施工時分2層澆筑，第一層和第二層燒筑厚度Hi1和m2均為3m,邊部大體積混凝土設計厚度t為0. 6m,坡面傾角0為45°。本實施例的具體施工過程同實施例1，不在贅述。本實施例中所用的內部低溫升、抗裂的大體積混凝土設計強度等級為C30，每立方米內部混凝土中各材料用量為水泥105kg，粉煤灰150kg，礦粉160kg，砂795kg，石1055kg，水142kg，高效減水劑2. 1kg，減縮劑4. 2kg。采用和實施例I相同的方法測試本實 施例內部大體積混凝土的各項基本性能參數(shù)和溫度效應，結果見表3和表4。由表3和表4可知，混凝土 28天劈裂抗拉強度為3. 12MPa，具備了優(yōu)良的抗裂性能；抗?jié)B等級和氯離子滲透系數(shù)分別為P18和2. IX 10_12m2/s，說明該混凝土具有良好的抗?jié)B性和抵抗氯離子侵蝕能力。通冷卻水后第一層的最高溫升降低了 6. 3°C，最大溫差降低了I. 1°C;第二層的最高溫升降低了 4. (TC，最大溫差降低了 I. 8°C。取消冷卻水管后施工仍滿足GB50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》中規(guī)定溫差不宜大于25°C、澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20°C的要求，因此，從經(jīng)濟及施工進度等因素考慮，可以采用本發(fā)明方法取代冷卻水管施工。表3實施例2中內部大體積混凝土的基本性能指標
權利要求
1.一種橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，其特征在于 采用分層澆筑，對各層混凝土采用如下施工方法架立模板，根據(jù)預先設計好的坡面傾角9、邊部大體積混凝土設計厚度t和該層澆筑厚度I同時澆筑邊部大體積混凝土和內部大體積混凝土，到達拆模時間后進行拆模。
2.根據(jù)權利要求I所述的橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，其特征在于 所述的邊部大體積混凝土設計厚度t為0. 5^0. Sm。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，其特征在于 所述的內部大體積混凝土，每立方米內部大體積混凝土中各材料用量為水泥100 150kg，粉煤灰 I 5(T200kg，礦粉 5(T200kg，砂 750 850kg，石 950 1100kg,高效減水劑為膠凝材料質量的0. 5 1%，減縮劑為膠凝材料質量的I I. 5%，水膠比為0. 3^0. 4。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，其特征在于 所述的外部大體積混凝土，每立方米外部大體積混凝土中各材料用量為水泥·200 300kg，粉煤灰50 100kg，礦粉100 200kg，砂700 800kg，石1000 1100kg，仿鋼纖維·6 9g，高效減水劑為膠凝材料質量的I I. 5%，增韌劑為膠凝材料質量的0. 5%，水膠比為·0.3 0. 4。
全文摘要
一種橋梁承臺大體積混凝土結構施工方法，采用分層澆筑，對各層混凝土采用如下施工方法架立模板，根據(jù)預先設計好的坡面傾角θ、邊部大體積混凝土設計厚度t和該層澆筑厚度m，同時澆筑邊部高抗裂、抗沖磨大體積混凝土和內部低溫升、抗裂大體積混凝土，到達拆模時間后進行拆模。采用本發(fā)明施工方法，不需在橋梁承臺等大體積混凝土結構內部設置冷卻水管，就可以將大體積混凝土結構內外部溫差控制在25℃以內，從而可以減少溫度裂縫的風險；與設置冷卻水管相比，本發(fā)明施工方法更簡單，而且避免了設置冷卻水管后期壓漿封堵帶來的封堵不嚴，減少了水管道破裂造成混凝土結構潛在缺陷的風險，并可抵御攜沙水流對橋梁結構的沖刷破壞。
文檔編號E02D27/14GK102747742SQ20121025705
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2012年7月24日
發(fā)明者丁慶軍, 何真, 胡曙光, 蔡新華, 黃修林 申請人:武漢大學