南京火车站站前广场

南京火车站站前广场 超缓凝混凝土及外加剂研究与应用报告 工程概况 南京火车站站前广场位于南京火车站南其工程规划建设的区 域北至铁路主战房,南到玄武湖边,西至黄家圩路口,东到新世纪东路 的路口的合围区域(规划面积约 11 万平方米), 站前广场的交通设施沿 龙蟠路向东西两个方向延伸. 该项目是一个集人、车流集散、过境交通及景观三重功能的 城市主要换乘枢纽,是地面广场与地上高架、地下空间相互交融,景 观环境协调的综合性枢纽广场,也是集道路桥梁、隧道、地下建筑、 地面景观为一体的大型、复杂全面的综合性工程项目 站前广场工程主要包括一下七个子项工程 全套管咬合桩施工 隧道工程是配套工程之一,由两部分组成,一是龙蟠路老隧道 的改造,二是龙蟠路新建隧道,即在老隧道南侧,距老隧道 2. 0m,新 建一条与之相平行的隧道,新建隧道支护净宽 130m,支护总长 440 余米,基坑挖深 40m115m。基坑支护结构采用咬合桩 挡土及止水。 1 场地工程地质条件 场地总体为古秦淮河漫滩地貌单元,现为人工填土和碎石所覆 盖。区内各岩土层厚度变化较大，分布欠稳定，下伏基岩岩面 起伏变化大，坡度较陡，岩性欠均质，强度差异较大。其场地 复杂程度为一级场地。 2 支护设计方案 由于新建龙蟠路隧道距玄武湖较近,距湖边仅数米,且过往 车辆不断,为保证该工程止水万无一失设计支护方案为采用咬合 桩挡土并止水桩径分别为1 000 与800 两种,除隧道上跨地铁 号线盾构隧道与泵房段采用1 000 咬合桩外余均采用800 咬合桩,钻孔咬合桩桩型分 A、B 两类,A 型桩为素砼桩,B 型桩为 钢筋砼桩,B 型桩与 A 型桩间隔布置,咬合厚度为 200,桩中心距分 别为 800( 1 000)与 600(800) 咬合桩桩长根据基坑开挖深度分 为 6 种类型: 1 000 桩,桩长 220m。800 桩分别为 165m、135m、125m、115m、110m。 3 钻孔咬合桩施工原理 所谓咬合桩是桩与桩之间以切割形式搭接以桩列式排列组合 的一种围护结构。桩的排列方式设计为一个素砼桩和一个钢筋 砼桩间隔布置。施工时先施工素砼桩,后施工钢筋砼桩。素砼桩 采用超缓凝型砼,要求必须在素砼桩初凝前完成钢筋砼桩的施工, 钢筋砼桩为骨架桩,施工时利用套管的切割能力切割掉相邻素砼 桩相交部分尚未完全凝固的砼,达到设计深度后按放钢筋笼、灌 注砼与素砼桩一起凝固而形成一个密封的整体以达到既挡土又 止水的目的。 对 A 桩的施工只要严格按照单桩施工工艺流程作业，确保垂 直精度就能满足要求。对 B.桩的施工，除了确保垂直精度、使 桩体能充分咬合外，还涉及施工过程中切割的挤压、摩擦等产 生对已成桩（-桩）的损害。为克服这一难题，采用在混凝土中 加入缓凝剂使 A 桩混凝土处于未初凝状态时就施工 B.桩，从而 达到消除对 A 桩危害的目的。 超缓凝混凝土的研究与实现 钻孔咬合桩施工工艺所需要的特殊材料是超缓凝砼(因为其缓 凝时间特别长,所以称为超缓凝砼),这种砼主要用于 A 桩,其作用 是延长 A 桩的初凝时间 ,以达到其相邻 B 桩的成孔能够在 A 桩 砼初凝之前完成,这样便给套管钻机切割 A 桩创造了条件,由此 可以看出超缓砼是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。为了满足 钻孔咬合桩的施工工艺的需要,超缓凝砼必须达到以下技术参数 的要求。 A 桩砼缓凝时间 48h,其确定的方法如下。 a.测定时间:单桩成桩所需时间 t 应根据工程具体情况和所选 钻机类型在现场作成桩试验来测定。试验结果 t 为 10h12h,取 上限值 t=12h。 b.确定 A 桩砼缓凝时间 T:根据下式计算 A 桩砼的缓凝时间, T=3t+K T 为 A 桩砼的缓凝时间(初凝时间)=312+12=48h;K 为储备 时间,一般取 10;t t 为单桩成桩所需时间。 砼坍落度。 A 桩 16cm2cm,B 桩 20cm2cm。确定原则: a. 水下砼灌注的需要; b.满足防止“管涌”措施的需要; c.为防止“ 管涌”,砼坍落度 SL 随时间 t 的损失曲线应尽量陡 一些,即 SL 损失的快一些。 检查措施:每盘料都必须做砼坍落度检测,坍落度太大或太小都 必须退回重搅。 砼的 3 天强度值 R3d 不大于 3MPa。其作用是 :在施工过程中 遇到意外情况(如设备故障等) 拖延了时间,以致于在 A 桩砼终 凝后才施工 B 桩,这时,由于砼早期强度不高,使 A 桩咬合部分 砼处理起来方便。 最终强度。满足设计要求(本工程设计为 C30)。 超缓凝砼技术参数(表 2)。 “管涌”控制措施 在 B 桩成孔过程中,由于 A 桩砼未凝固,还处于流动状态, 因此,A 桩砼有可能从 A、B 桩相交处涌入 B 桩孔内,称之为 “管涌”,克服“管涌”有以下几个方法。 A 桩的坍落度应尽量小一些 ,为 16cm2cm,以便降低砼的 流动性; 套管底口应始终保持超前于开挖面至少不应小于 25m,以 便人为造成一段高差阻止砼的流动; ( 如遇地下障碍物套管底无法超前时) 可向套管内浇注入一定 量的水,使其保持一定的反压来平衡 A 桩砼的压力,阻止“管 涌”的发生; B 桩成孔过程中应注意观察相邻两侧 A 桩砼顶面,如发现 A 桩下陷应立即停止 B 桩开挖,并一边将套管尽量下压,一 边向 B 桩内填土或注水,直到完成制止住“管涌”为止。待 A 桩缓凝砼坍落度损失一段时间后再继续施工 B 桩。 . 超缓凝复合外加剂配方设计及工程应用 1 复合外加剂对水泥混凝土的作用机理 水泥水化过程中，从过饱和离子溶液中结晶生成过程的 动力学和结晶产物的性质不仅取决于水泥的矿物组成、分散 度和形状，而且很大程度上取决于外加剂的含量。 根据外加剂的化学组成和浓度、介质温度和其它外因能 对水泥的化学活性产生不同的影响。外加剂能改变水泥的物 理化学性质和水化结晶产物的物理化学性质。 根据分子动力学研究结晶过程，由于基本粒子团的碰撞而产 生结晶。在此条件下结晶中心产生取决于如下方程式: 如果用Fmax 表示生成晶胚消耗的功，那么晶胚生成的速度 能够用如下关系式确定: 根据上面关系式，生成晶胚的速度随着温度的增加和相间界 面能的减小而增加。 在极大过饱和情况下，由于溶液的粘度增加，妨碍新生 相晶胚生成，使晶胚生长速度下降。为了考虑这种现象还应 引入一指数项 Ea，它取决于溶液的粘度。这样生成晶胚的速 度方程式表示为: 由此看出，掺少量表面活性剂能降低晶胚一原相界面相间的 表面能(AK)，降低溶液的粘度(Ea)以及增加温度能加速晶胚 生成速度。另外掺外加剂增加液相过饱和程度或增加结晶中 心也能加速结晶过程。因此复合外加剂对改性混凝土性能能 起决定作用。 复合外加剂通常由表面活性剂或高效减水剂与有机或无 机盐组成。其中每一种外加剂的存在在水泥石结构形成的不 同阶段起作用。通过各种外加剂适当复合(成分和比例)能以最 有效的方式影响固相和液相的反应性能以及水泥石结晶结构 的物理力学性质。因此作为高效能超缓凝复合外加剂应当具 备如下作用: (1)排除吸附在水泥粒子上的空气，使水泥水化完全; (2)短时间内屏蔽水泥粒子间的引力和斥力使水泥塑化; (3)强化离子变换过程，使水泥水化的诱导期延长(初凝时间) 。 2 超缓凝复合外加剂研制技术线路 目前，国内复合外加剂配方设计多选用二两种或多种原 料进行多元复合，然后根据试验结果确定配方是否可行。可 分别采用水泥净浆性能、混凝土能试验进行比选。考虑各组 分的作用以及交互作用，试验中为减少试验工量也可采取正 交试验设计，然后对试验数据进行处理找出最佳的组分以及 组合比例，再进行水泥净浆性能或混凝土性能试验，确定配 方中的原料品种及复合比例。本此试验采用高效减水剂与缓 凝剂复合的方法对碾压混凝土用复合外加剂进行试验研究， 高效减水剂主要起减水的作用，缓凝剂作为凝组分主要起延 缓凝结时间的作用，同时对减水率及其它性能有所改善。 主要从以下几个方面对复合外加剂进行测试: (1)减水率 ; (2)坍落度 (SL 值)经时损失; (3)初、终凝时间; (4)拌合物性能。 本次试验研究中，采用的设计路线及步骤如下: 1. 确定产品价位、性能，拟定掺量范围; 2.母料选择; 3.缓凝组分选择;. 4 混凝土性能试验; 5.中试结果分析总结，确定配方。 根据市场情况我们选择水泥适应性好的氨基磺酸盐高效减 水剂作为主要母料(自己合成), 便于配方设计. 3 超缓凝复合外加剂缓凝组分选择 3.1 国内常用缓凝剂性能比较 缓凝剂可分为有机和无机两大类。有机缓凝剂包括:木质素磺 酸盐、羟基羧酸及其盐、多元醇及其衍生物，糖类及碳水化 合物。有机缓凝剂主要是使 C3A 水化减慢，木质素磺酸盐更 能使 C4AF 水化延缓，但其成分不同时，有时会发生假凝现 象。各种羟基羧酸极其盐，如酒石酸、柠檬酸、苹果酸、水 杨酸、葡萄糖酸及它们的盐是常用的缓凝剂，其中以葡萄糖 酸盐的效果最佳。木质素磺酸盐价格低廉性能好，应用比较 广泛，羟基羧酸及其盐价格较高，但调凝效果好、 适应性能好，使用量也持续增长。缓凝剂对不同水泥矿物体 系的水化过程的影响: 3.2 超缓凝复合外加剂缓凝组分比选试验 在选择缓凝组分时，首先用常用的缓凝剂进行水泥净浆凝结 时间试验，然后综合考虑市场供应情况、价格、性能等因素， 选择三种左右的类缓凝剂复合母料后进行试验。各缓凝剂对 双 猴水泥试验数据表明，掺焦磷酸钠、三聚磷酸钠、葡萄糖酸 钠、蔗糖的水泥净浆凝结时间较长，蔗糖价格低，但是其净 浆泌水严重，而且掺量高时急凝，混凝土强度降低;葡萄糖酸 钠有少量泌水，凝结时间尚可，本次试验中首先采用葡萄糖 进行配方设计试验，柠檬酸、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、作为 调凝补充调整组分。. 3.3 外加剂缓凝组分确定 x 根据施工要求 C30 混凝土采用双猴水泥,南热二电厂一级粉煤 灰,参照成功配合比确定以下配合比, 混凝土配合比 每立方混凝土材料用量编 号 水胶比 水 水泥 粉煤灰 砂 石 1 0.50 185 320 60 810 1160 通过正交试验筛选,确定最终的缓凝组分为: 葡萄糖酸钠 0.08%,柠檬酸 0.08%,三聚磷酸钠 0.05% 4 超缓凝混凝土中试 为了慎重起见, ,我们决定配合施工单位进行中试, 根据试验 结果确定的配方在试验过程中发现凝结时间不够,通过研究发 现由于水泥供应紧张,没有陈化,水泥车中水泥就有 7080 度, 影响混凝土凝结时间,必须增加缓凝剂用量,延长混凝土凝结时 间.最终的缓凝组分: 葡萄糖酸钠 0.10%,柠檬酸 0.10%,三聚磷酸钠 0.05% 5 工程应用 经过近两个月的施工,共完成咬合桩 1 244 根,灌注砼约 12 700m3。混凝土凝结时间完全满足设计施工要求,现主体已建 成投入使用。 主要结论 超缓凝复合外加剂的试验研究在大量测试成果的基础上，提 出了既能满足设计配合比要求，又能满足工程施工工艺的要求， 满足咬合桩混凝土施工要求的专用复合外加剂。为此大致进行了 以下工 作: