（交通运输工程专业论文）山区pc梁质量缺陷及施工控制措施研究.pdf

摘要 针对山区预应力混凝土桥梁的施j r 质量问题，以福建泉三高速公路桥梁施工为背景，对山区桥梁建设 施j ：质量控制方法进行了研究。 山区高等级公路桥梁建设质量缺陷的产生不单是由施t 环节产生，杜绝质量缺陷，需要从桥梁设计、 施工方案的拟订、施t 组织、预制场建设、具体施- t 操作以及养护等全过程全方位的研究，并采取相应技 术措施。 山区桥梁设计以及施工方案的拟订必须考虑特殊地理环境下桥位、桥型以及适用的施工方法比选等问 题，选择合适的设计施上方案是减少或者避免施t 出现问题的首要环节。 施上组织是施上的总体安排规划，对丁山区桥梁施t 组织设计中的关键问题是大型议蚤材料进场、施 工场内运输、环保、废方处置、预制场设置、拌合场设置、施i t 步骤进度安排等方面。 山区桥梁中，装配式预应力混凝十板梁的预制场由丁地理条， ：限制，多设置在台后路基上，由于地基 不稳定导致质量问题频繁发生，应选择合适的沉降计算以及地基处理的方法。 混凝十原材料与拌和运输、模板施j 二、混凝十浇筑以及预应力施1 ：是山区预应力混凝土桥梁施工中几 个关键问题。针对山区有特有的施j = 环节，需要采取适 j 合理的处理方法。 关键词：山区桥梁；p c 桥梁；桥梁施工；旅工组织； a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t h ep cb r i d g ec o n s t r u c t i o nd e f e c t si nm o u n t a i na r e a t h i sp a p e rb a s e do nt h e b r i d g e c o n s t r u c t i o no fo u a n s a ne x p r e s s w a yi nf u j i a np r o v i n c e s t u d i e da n dr e s e a r c h e dt h er e a s o na n dt h ew a yt h a th o w t op r e v e n tt h eq u a n t i t yd e f e c to fm o u n t a i na r e a q u a n t i t yd e f e c tw a sn o to n l yr e l a t e db yc o n s t r u c t i o np e r i o d ，b u ta l s or e l a t e db yt h ed e s i g no fb r i d g es t r u c t u r e a n dc o n s t r u c t i o ns c h e m e ，c o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o n ，b r i d g ec a s t i n gy a r d ，t h ed e t a i l sw i t hc o n s t r u c t i o n s oi tm u s t a d a p tae f f e c t i v em e a s u r ei nt h ew h o l ep r o g r e s s b r i d g es t r u c t u r ed e s i g na n db r i d g ec o n s t r u c t i o ns c h e m ed r a wu pm u s tc o n s i d e rt h eo a d g el o c a t i o n ，b r i d g e f o r ma n das u i t a b l ec o n s t r u c t i o nm e a s u r e as u i t a b l es c h e m ew a st h ef i r s t s t e p t oa v o i do rd e c r e a s et h e c o n s t r u c t i o np r o b l e m s c o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o nw a st h et o t a l l yp l a no fb r i d g ec o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e ra n a l y s i ss e v e r a lv i t a l p r o b l e m so fc o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o n o fm o u n t a i na r e ab r i d g e ，i n c l u d e ：g i a n te q u i p m e n ta n dm a t e r i a l s t r a n s p o r t a t i o n ，t r a n s p o r t a t i o ni nt h ec o n s t r u c t i o ns i t e ，e n v i r o m e n t a lp r o t e c t i o n ，w a s t ec u td i s p o s a l s ，c a s t i n gy a r d ， m i x e rs t a t i o n ，c o n s t r u c t i o ns c h e d u l ea r r a n g e m e n t b r i d g eb e a mc a s t i n gy a r da l w a y sl o c a t e do nt h er o a db a s eb e h i n db r i d g e ，w h e r eh a dab a dg e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，a n di n d u c e dm a n yq u a n t i t yd e f e c t s as u i t a b l es e t t l e m e n tc a l c u l a t i o na n df o u n d a t i o nt r e a t m e n tp l a n m u s tb ec o n s i d e r e d o r i g i n a lm a t e r i a l s ，c o n c r e t et r a n s p o r t a t i o n ，f o r m w o r k s ，a n ds o m ek e ym e a s u r eo fp r e s t r e s s e dc o n c r e t e c o n s t r u c t i o n ，a n do f f e r e dm a n yu s e f u lm e a s u r e dt oa v o i dq u a l i t yd e f e c t s k e y w o r d s ： m o u n t a i na r e ab r i d g e ；p cb r i d g e ；b r i d g ec o n s t r u c t i o n ；c o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o n l i 东南大学论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 叛：矿8 - 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签师签名：、立超日期：。孑f 2 z 莎 第1 章绪论 1 1 概述 1 1 1 山区高速公路的特点 第1 章绪论 我国9 6 0 万平方千米的十地中，有三十之二是山地与丘陵。例如贵州省，土地资源以山地、丘陵为主， 平坝地较少，山地面积为1 0 8 7 4 0 平方千米，占全省土地总面积的6 1 7 ，丘陵面积为5 4 1 9 7 平方千米，占 全省十地总面积的3 0 8 ；山间平坝区面积为1 3 2 3 0 平方千米，仅占全省土地总面积的7 5 。再如云南省， 整个云南西北高、东南低，有9 4 多的面积是山地，仅有不到6 是坝子、湖泊之类。个别县市的山地比 重竟然超过了9 8 。而在四川省，山地丘陵面积也r 与全省总面积的9 4 。 福建省，陆地面积1 2 1 4 万平方公里，其中山地、丘陵占陆域的8 0 。高耸的武夷山脉和戴云山脉挡 住了福建与内地的联系，制约了福建的腹地的发展。 相对平原地区，山区高等级公路修建的困难，主要由山区高等级公路建设的特点决定。 ( 1 ) 路线方案 平原地区制定路线方案除了考虑公路自身功能，体现高速公路效率外，主要考虑占地，拆迁等问题。 山区高速公路的路线方案制定，主要是山区的特殊地形限制，导致路线控制点分散，由平原地区的二维平 面方案变为需要综合考虑地形、地质以及环境保护的复杂规划。 ( 2 ) 技术指标 平原地区由于没有地形等复杂因素的制约，高速公路一般采用的技术指标较高。但山区高速公路的技 术指标却必须考虑与具体地形等自然条件结合。而不同的技术指标，对自然条件与工程设置的影响程度差 异较人。 ( 3 ) 地质复杂 山区的地质环境较平原地区复杂，除平原地区所有的软士、盐渍土等不良地质现象外，还存在分布较 广、处理难度较人的滑坡以及泥石流等问题。山区路线的方案往往被不良地质条件左右，所以需要沿路线 走廊全面勘察地质情况。 ( 4 ) 经济指标 由于山区复杂的地形、地质、水文以及生态环境等自然条件。桥涵构造物、隧道、高路基以及不良地 基处理的工程量均比平原地区多，所以山区高速公路的造价明显高于一般平原地区。 ( 5 ) 环境保护 平原区高速公路建设中的环保问题，主要体现住公路与人的关系上，如噪声对周边村镇、学校的影响， 景观与当地环境是否协调。而山| 又：高速公路的环境保护主要体现在公路与白然环境上，冈此会涉及到技术 标准、技术指标、路线方案、桥型方案、不良地质处理筲各个方面。 ( 6 ) 道路景观 平原高速公路建设的景观设计，几乎都是人为的景观设计，周围环境对其影响有限。但是山区高速公 第1 章绪论 路的景观设计，主要体现在保护山区独特的自然景观，而后考虑环境与路桥景观的配合。所以山区高速公 路的景观设计与一r 程设置紧密相连，难度较平原地区的景观设计大。 1 1 2 山区高速公路桥梁的建设特点 1 ) 桥梁占路线总长比例大，路桥相间频繁； 以本文研究背景福建泉州到三明高速公路为例，主线桥梁( 包括主线大、中桥，不含互通区桥梁) 长 2 1 7 8 8 m 7 9 座，占三明段主线长1 4 9 2 5 8 k m 的1 4 6 0 。 2 ) 横断面出现、卜路、卜桥形式； 3 ) 平纵技术指标降低，甚至取规范的极值； 4 ) 所采用的施t - t 艺较为成熟； 5 ) 桥位周围自然地理环境差，地面起伏大，坡度较陡，局部形成峭壁悬崖或峡谷； 6 ) 相邻墩柱( 纵向、横向) 相对高差大； 7 ) 施：i ：环境恶劣，桥位偏僻，交通通讯不便； 由于国家标准的提高，混凝土拌合输送要求也越来越高，选择合适的拌合场所冈为山区的地理环境受 到限制。再如，混凝十的输送，火型机械的入场等需要合理便捷的输送路线，所以需要通畅快捷的施工便 道，但例如泉三高速公路建设过程中，有的施工便道历时1 8 个月才得以建成，使得施工进程以及施工的 管理严重受限。 8 ) 机械化作业科度相对较低，劳动力密集； 9 ) 多高空作业，桥梁上部构造多采用无支架式施工方法，如预制安装法、悬臂现浇法等。 山区桥梁多高墩大跨结构，采用整体支架现浇箱梁等施工方法时落地支架架设设困难，造价偏高。所 以山区桥梁的建设一般选择高墩适应能力较强装配式预制梁，特殊结构则采用悬臂浇筑的施工方法。 但是这种施r 丁方法却经常受到施工场地的限制。山区桥址地形坡度较大，与平原地区相比，缺少令人 满意的预制场地。山区预制场地通常选择在桥头路基上设置，路基的空间以及施工质量优劣直接影响到梁 体预制质量。 在山区桥梁建设中，中小跨径桥梁仍采用装配式预制梁板桥，但装配式预应力混凝土梁的施工中，屡 屡山现质量问题，影响 j 程质量。 1 2 工程背景 以福建省泉州到三明高速公路桥梁建设为研究背景，研究装配式预制预应力混凝土梁提高施一：质餐问 题。 泉州至三明高速公路是国家规划的重点干线公路“泉州至南宁”横线和“天津至汕尾”纵线的重要组 成部分，是海峡阿岸经济区高速公路网的重要一横。起白泉州晋江，接沈降i 至海口国道主干线福州至厦门 高速公路，经南安、永春、大田、永安，i 卜于三明，接福州至银川国道主干线三明连接线，全长2 8 2 5 k m 2 第1 章绪论 ( 其中泉州段长1 2 8 4 k m 、三明段1 5 4 1 k m ) 。全线在泉州的牛山( 改建) 、玉盘、泉州西( 常春) 、南安、 金淘、码头、永春、蓬壶、汤城( 德化) 、下洋，三明的吴山、人田、桃源、西洋、永安南、永安北、莘 口、三明南、三明北( 扩建) 等1 9 处设置互通立交，同时预留永安枢纽互通式立交。 起点至永春互通立交段6 3 0 4 4 公里采用双向入车道高速公路标准，设计速度1 0 0 k m h ，路基宽度 3 3 5 m ；永春互通立交至终点段2 0 1 5 采用双向四车道高速公路标准，设计速度8 0 k m h 。 泉三高速公路泉州段主要- 丁程数量有： 路基挖方2 6 8 1 万方，填方1 9 7 7 万方；防护工程6 7 9 8 9 7 立方，高边坡锚索8 9 4 6 4 m ，锚杆9 1 2 8 m ，框 架混凝土1 0 7 0 9 立方。 桥梁：主线桥梁( 包括主线大、中桥，不含互通区桥梁) 长1 7 4 3 4 m 7 2 座，占泉州段路线长1 2 7 5 k m 的1 3 6 7 ，另有互通主线桥3 1 5 7 5 4 m 1 5 座，互通匝道桥4 5 3 8 8 7 座。互通式立交1 0 处，分别为晋江( 牛 山) 、玉盘、泉州两、南安、金淘、码头、永春、蓬壶、汤城、下洋；收费站8 处( 玉盘、泉州西、南安、 码头、永春、蓬壶、下洋、德化) ；服务区2 处( 南安、蓬壶) 。 泉三高速公路三明段主要t 程数量： 路基挖方3 4 8 6 万方，填方3 1 2 7 万方；防护t 程9 5 2 4 2 7 立方，高边坡锚索6 3 9 0 0 m ，锚杆9 6 9 2 4 m ， 框架混凝十1 5 9 5 4 立方； 桥梁：主线桥梁( 包括主线大、中桥，不含互通区桥梁) 长2 1 7 8 8 m 7 9 座，占三明段主线长1 4 9 2 5 8 k m 的1 4 6 0 ，另有互通主线桥2 1 9 3 4 m 1 4 座，互通匝道桥2 6 7 3 9 州1 7 座；互通式立体交叉1 0 处，分别为 吴山、人田、桃源、西洋、永安南、吉山( 枢纽) 、永安北、莘口( 明溪) 、三明南、三明北互通；服务区 4 处( 吴山、上京、西洋、贡川) 。 本项目桥梁中，装配式预制预麻力混凝十梁桥有1 6 9 8 9 米6 3 座，占桥梁总长的7 8 。 1 2 研究内容与技术路线 山区桥梁施一f ：质量控制包含内容很多，大的方面包括从桥梁结构设计本身的质量，施丁前期施- t 组织 等工作的成效，以及施：l 过程中的千千万万的环节。而且，施工的质量也有很大的地域特色。 本文只作为山区桥梁质量控制的初步分析研究，仅从几个比较重要的环节入手，分析原因，提出处理 方法。本文研究内容如下所述。 1 2 1 研究内容 1 ) 山区桥梁建设特点分析研究： 2 ) 上科缺陷类型汇总、归纳研究，病害的危害程度分析； 3 ) 山区桥梁设计方案以及施l ：方案分析研究； 4 ) 山区桥梁施一l ：组织管理分析研究； 5 ) 桥梁施j 二技术分析研究 1 2 2 技术路线 1 ) 国内外文献搜集、整理，研究山区桥梁施j f 方面国内外最新研究成果； 3 第1 章绪论 2 ) 通过搜集以往桥梁施上中出现的质量缺陷等问题的相关资料，并分析原因，找山根本问题所在； 3 ) 对山区桥梁设计、施j ：方案总结分析，提出改进意见与方法建议。 4 第2 章m 区桥梁施i 质盘问题研究 第2 章山区桥梁施工质量问题研究 桥梁摊l 过程中由于常常对质量问题重视不够施工过程中违反操作规程，加之山区施j 环境的影 响在山区桥粱施工过程中质量缺陷问题额发。本文就以往修建的高速公路桥梁中出现的质量缺陷进行了 总结，并对缺骼产生原因进行了细致的研究分析，知其所咀然，方能采用相对的控制措施。 质量缺陷人致分为内部缺陷以及外部缺陷。 2 1 桥梁施工常见质量缺陷 2 1 1 麻面 ( 1 ) 特征 麻面，指混凝土表面呈现出无数绿且般大小的不规n d , 凹点，但无钢筋出露现象。小凹点的直径通常 不大于5 m m ，如幽2 - 1 所示。麻面虽然对结构安全性无大影响，但其影响构件外观，一日出现需立即处理。 图2 - 1 混凝土麻面 ( 2 ) 产生原因 麻面产生的原因主要是模扳的处理，以及振捣、养护不得力。总结麻面产生原因如f 1 ) 模板表面粗糙，不光滑： 2 ) 浇筑前没有在模扳上洒水湿润，或湿润不足。浇筑时混凝十的水分被模扳吸收； 3 ) 涂在钢模扳上的油质脱模剂过厚，液体残留在模板上； 4 ) 使用i h 模扳，板面残浆未清理，或清理不彻底： 5 ) 新拌混凝_ 十浇筑八横后，停留时问过k ，振捣时已有部分凝结； 6 ) 混凝十不严密振捣或振捣不足气泡来完全排u ： 7 ) 模板拼缝漏浆，构什表面浆少，或成为凹点，业成为若断若续的凹线： 8 ) 振捣历来很盘i 养护。 第2 章m 区桥梁施i 质量问晤研究 综上所述，麻面的产生主要是固为施工质量控制不够。 2 1 2 蜂窝 ( 1 ) 特征 蜂窝，为棍凝土表面无水泥浆形成数量或多或少的窟窿，大小如蜂窝，形状不规则，目料间有空隙 石子露出深度r 人于5 r a m ，深度不解丰筋，有时露箍筋，如i 掌i2 - 2 所示： 田2 - 2 混凝土蜂窝 ( 2 ) 产生原因 1 ) 配台比设计不准确砂浆少，石子多； 2 ) 搅拌用水过少； 3 ) 混凝土搅拌时间不足新拌混凝士来拌匀造成砂子与石子分离t 4 ) 运输t 具捅浆或运输时或浇筑时发生离析； 5 ) 浇筑时正铲投料，人为造成离析； 6 ) 浇筑混凝土没有采用带浆法f 料或赶浆法捣崮； 7 ) 模板缝隙不严，水泥浆流火，加之振捣过度； 8 ) 钢筋较密，使用的混凝士坍落度过小。 2 1 3 露筋 ( 1 ) 特征 露筋，是指钢筋没有被抛凝十包裹而外露，或者在棍凝士孔洞中露出钢筋的缺陷。露筋为严重的l 。穰 事故。如图2 - 3 所示： 第2 章m 区桥集施工质量问题研究 圈2 - 3 露筋 ( 2 ) 产生原囚分析 1 ) 粕放保护层垫块哥音垫块产生位移使得钢筋紧贴模扳，导致保护层厚度不够； 2 ) 保护层外的税凝土漏振或振捣不密实； 3 ) 模板湿润不够，吸水过多造成掉角。 2 1 4 孔洞 ( 1 ) 特征 孔洞t 是指；l i i 凝土结构内存在着空隙，局部或全部的没有混凝十或溜凝十表面有超过保护层厚度 但不超过截面尺寸1 岛的缺陷。 孔洞亦属严重的质量事故。蜂窝现象较为严重时。就发展为孔洞。 ( 2 ) 产生原w 1 ) 浇筑混凝十时，投料距离过于高远又没有采取防止离折的有效措施； 2 ) 搅拌机卸| 斗 吊斗或小车时。或运输过程中有高析，运至现场来重新搅扑； 3 ) 钢筋较密集犍骨科被卡在钢筋上加上振捣不足或漏振； 4 ) 采用干硬性溉凝土而叉振捣不足； 5 ) 混凝土捣卒砂浆严重分离耵子成堆砂石和水泥分离； 6 ) 能凝十受凉，泥块、杂物掺入。 2 1 5 缝隙及夹层 ( 1 ) 特征 缝隙及夹层指接体性的混凝十内成层存在松散掘凝土层及夹杂物，将结构分隔成几个不相连结的部 化直接影响到洮凝十结构的强度，危害较人。 ( 2 ) 产生原闪 1 ) 施l 罐停留过久没有按规定消除茬口杂物： 2 ) 浇筑观凝十臆l ：缝，留茬或接荐时捣州不足： 3 ) 浇筑粱体时。在停歇时被其它i 。种的杂物( 木屑、锯末、焊渣、铁屑、泥砂) 掺入继续浇筑时 7 第2 章山区桥梁施t 质量问题研究 朱作处理； 4 ) 出现砂子窝未及时处理； 5 ) 混凝士浇筑高度过大，未设串桶，溜槽； 6 ) 底层交接处朱灌接缝砂浆层。 这种缺陷主要在由于施工较为复杂，需要分层浇注的装配式预应力混凝十箱梁以及t 梁中产生。按照 新标准，混凝十必须集中拌制，而山区复杂的环境，往往使混凝士的运输困难，从而影响梁体及时浇注， 使这种缺陷的发生有了一定的可能性。 2 1 6 空鼓和石窝 ( 1 ) 特征 空鼓通常出现在预埋钢板下面；石窝大多出现在大体积混凝十构件中。通常在拆模板、清理软弱部位 或进行钻孔检查时发现。 ( 2 ) 产生原冈 1 ) 灌注预埋钢板混凝士时，钢板底部未饱满，形成空鼓； 2 ) 用皮带机、斜槽浇筑混凝士，末端没有串筒或挡板，用人工浇筑，没有反铲下料。 2 2 施工中混凝土裂缝问题研究 混凝土开裂，是普遍存在的梁体质量缺陷，严重程度根据裂缝的分布、数量以及宽度等因素而异。在 山区桥梁上部结构施工过程中，常因为各种原因导致梁体有裂缝出现。尤其是在装配式预应力混凝十梁的 预制施工过程中，由于其施工工艺较为复杂，质量问题最为集中。本节将以常见的装配式预应力混凝土箱 梁为例，研究总结裂缝出现类型，并分析原因，从而得出改进设计以及施工的方法与结论。 装配式预应力混凝土箱梁的施工过程中，预应力钢束的张拉是最重要的施工工序之一。所以，针对这 种结构的裂缝产生，本文根据产生的原因分为两类，其一是由于预应力钢束张拉而引起的各种裂缝形式； 其二为非预应力钢束张拉引起的梁体开裂。根据对以往己建成的桥梁调查结果，施t 过程中出现的开裂问 题总结，以及成冈分析如下所述。 2 2 1 非预应力因素引起的梁体开裂 此类裂缝的出现时间，往往在预应力钢束张拉之前的混凝土养生、保存期。梁体在存梁养护阶段，混 凝土强度未形成。山区自然环境恶劣，一般置丁台后路基上的预制场很雉实现t 厂式的梁体养生、保存措 施，加之山区气候特点，昼夜温差较大，故而使得梁体开裂问题频发。 ( 1 ) 网状裂缝 发生在各种跨度梁上，裂缝细小，宽度约0 0 3 加0 5 m m ，用手触及有凸起感；裂缝分布没有同定规律， 大多是混凝十收缩引起的表面龟裂。如图2 4 所示： 8 第2 章山区桥梁施丁质量问题研究 图2 4 网状裂缝示意图 ( 2 ) 下缘受拉区裂缝 多发生在梁跨，：梁跨度越大，裂缝越多；自下翼缘向上发展，至翼缘与梁肋相接处停止；裂缝间距 约0 1 0 2 m ，宽度约为0 0 3 4 ) 1 m m ；对跨度 l o r e 的梁，其裂缝少而细小( 宽度o 0 3 m m 以下) ；发生原因 多为混凝土收缩和梁受挠曲所产生的裂缝。如图2 5 所示 图2 5 下缘受拉区裂缝示意图 ( 3 ) 腹板上的竖向裂缝 这种裂缝是最为常见，也是较为严重的一种裂缝。裂缝多出于薄腹部分，在梁的t 高线附近裂缝宽度 较大，一般在0 1 5 - 0 3 m m ；如图2 - 6 所示： 图2 6 腹板竖向裂缝示意图 ( 4 ) 腹剪裂缝 腹剪裂缝是发生在支点附近至1 4 跨范围内梁侧面。在梁的腹极上，裂缝延伸方向与梁纵轴成人约 4 5 6 0 0 夹角。裂缝宽度一般在0 1 加3 m m 内。斜裂缝通常有数条，并大致平行，间距约为0 5 1 o m 。 这类裂缝产生的原冈是在靠近支点的部位，剪力大而弯矩小，在出现弯曲裂缝之前有可能由丁土拉麻 力超过混凝十抗拉强度，在腹板中出现腹剪裂缝。它的最终发展将会造成钢筋混凝七梁的斜压破坏。如图 9 第2 章山区桥梁施- 丁质量问题研究 2 7 所示： ，7 | 5 不溶物( m g l ) 2 0 0 0 可溶物( m g l ) 2 0 0 0 3 9 第5 章山区p c 桥梁施工技术研究 氯化物( 以c l 计) ( m g l ) 5 0 0 硫酸盐( 以s 0 4 2 计) ( m g l ) 6 0 0 硫化物( 以s 。2 计) ( m g l ) 1 0 0 5 1 2 混凝土配合比设计 混凝士配合比设计是根据工程要求，结构形式以及施工条件来确定混凝土的组成，即粗细集料、水和 水泥的配合比例。配合比设计涉及混凝土质量控制的首要问题。 ( 1 ) 配合比设计流程 山区桥梁多高墩大跨，如泉三高速公路，大桥以上就有1 2 9 座。复杂的结构形式之所以能够实现，要 依靠高强材料，高标号混凝土与高强钢筋应用十分普遍。所以，山区桥梁对于混凝土配比设计的要求也越 来越高。一般来说，混凝土配合比设计流程如图5 1 所示： 堕三卜一， 图5 1 混凝土配合比设计流程 l ，1。一。 l 璺竺兰竺! ! ! ! 兰些； 第5 章山区p c 桥梁施工技术研究 ( 2 ) 设计配合比与施工配合比 以往，配合比设计中经常出现的问题是没有分清楚设计配合比与施一r 配合比的关系。误把没计配合比 作为施工配合比，从而导致混凝士质量不合格。设计配合比与施1 ：配合比的关系可以简述如下： 从设计配合比到施工配合比，主要是考虑砂、石现场实际含水量对砂、石、水用量进行调整后得到施 工配合比。 施工配合比水泥用量= 设计配合比水泥用量 施工配合比砂用量= 设计配合比砂用量x ( 1 + 砂实际含水率) 施= 配合比石子用量= 设计配合比石子用量( 1 + 石子实际含水率) 施工配合比用水量= 设计配合比用水量一( 设计配合比砂用量x 砂实际含水率+ 设计配合比石子用量 x 石子实际含水率) 明确了二者的关系，就可以根据设计配合比计算施t 配合比，从而得出合格的配合比，保证混凝土质 量。 ( 3 ) 配合比实施建议 1 ) 无论是设计配合比还是旋t 配合比，二者都是理论结果，由于原料得差异，根据同种级配得出得 混凝土可能具有差距较大的力学性能。所以，应该多做几组级配设计进行比较，根据实验结果，选用最合 适的配合比设计。 2 ) 配合比设计的目的，不仅仅是满足砼强度和弹模要求，除此之外，首先确保砼浇注顺利。粗估料 粒径的大小要考虑梁体钢筋的密度。其次，要保证砼外观质量，选用表面光沽，颜色均匀的配合比作为施 工配合比。 ( 4 ) 某标段c 5 0 混凝土配合比设计 目前，装配式p c 构件使用较多的都是c 5 0 混凝土，所以c 5 0 混凝土的配合比设计较为普遍，也很容 易出问题。总结山区p c 桥梁中采用自制山砂，进行c 5 0 混凝土的配合比设计经验，以实例说明。 1 ) 水泥 应采用矿物组成合理、细度合格、强度等级高的水泥，一般采用强度较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐 水泥，其强度是混凝土设计强度的0 9 - 1 5 倍，一般不宜采用强度等级 5 m m 的颗粒麻1 0 ，粒径 o 1 6 r a m 的颗粒含量戍2 0 ，压碎指 标应3 5 。 根据福建省相关规程，我们对自制山砂级配进行了严格控制，结果见表5 4 和表5 5 。 表5 - 4 自制山砂指标测定值 检测项目石粉含量 泥块含量 表观密度堆积密度 压碎值细度模数 试验结果 7 502 6 8 41 6 12 2 1 72 9 3 表5 5 自制山砂级配情况 筛孔尺寸舢筛余量分计筛余累计筛余级配要求 5 03 67 2 7 2 0 1 0 2 59 0 51 8 12 5 31 5 3 7 1 2 51 2 5 42 5 15 0 43 7 6 0 0 6 37 1 11 4 26 4 65 2 7 5 0 3 1 55 8 31 1 77 6 36 3 8 5 0 1 67 4 41 4 99 1 27 0 1 0 0 0 1 64 2 18 49 9 6 4 ) 夕 加齐9 通过对儿家大型外加剂厂家产品的人量试验，最后选定湛江外加剂厂的钻石牌f d n - 1 0 0 0 型早强高效 减水荆。在使用前与水泥进行了低水灰比下的相容性检测，经反复试验调整，确定其最佳掺量为0 4 9 6 - - - 0 8 ，减水率为1 5 2 0 ，3 d 强度可提高6 0 8 0 ，7 d 强度提高4 0 6 0 。在保持坍落度不变的情况下， 可节约水泥1 0 1 5 ，且产品质量稳定。 5 ) 水灰比计算 根据j g j5 5 - 2 0 0 0 普通混凝土配合比设计规程中的相关公式计算水灰比。用4 2 5 m p a 的水泥配制 c5 0 混凝土应尽量降低水灰比，这不但可以保证混凝十强度，而且可大大改善混凝土耐久性，降低混凝土 的收缩、徐变值。掺用减水剂可以改善和易性，配制低水灰比的混凝土。 6 ) 材料的质量和用量 严格控制集料质量，在配合比设计中应尽量降低粗集料的孔隙率，增加单位体积混凝十的集料用量， 以减少水泥用量，节约费用且降低混凝士的收缩和徐变值。 根据试验情况，当水灰比在w c = o 2 5 o 3 5 之间时，砂率宜在0 3 0 o 4 0 之间。 用体积法或质量法确定水泥浆的体积或质量，然后换算水泥和水的质量。由- 丁水灰比较低、拌合物干 稠，应根据施工工艺加入适量的高效减水剂，以调整混凝士的坍落度。 7 ) 初步配合比 上述基本参数确定后，可川绝对体积法或假定密度法求得单位体积的砂、彳i 料用量。假定高强度混凝 十的密度为yr r ，则： c o + w o + s o + g o + a o = yf c ， 式中：c o 、骗、s o 、g o 、a o 分别为水泥、水、砂、彳j 及高效减水剂的容重。 4 2 第5 章山区p c 桥梁施t 技术研究 将混凝土密度定为yn = 2 4 5 0 k g m 3 。根据假定的密度和已确定的参数，由上式可计算出单位体积中砂、 石料的总质量，再按砂率可分别求得砂、彳i 料的h j 量，得出试验基准配合比为： 水泥：砂：石料：水：减水7 1 j ：4 7 2 ：7 0 5 ：11 4 9 ：1 7 0 ：3 7 8 其他组的配合比可在此基础上，通过调整单位体积用水量及水泥h j 量确定，见表5 6 。 表5 - 6 初步配合比 水灰比混凝土的材料刚量理论配合比 0 3 64 7 2 ：7 0 5 ：1 1 4 9 ：1 7 0 ：3 7 81 ：1 4 9 ：2 4 3 ：0 3 6 ：0 0 0 8 0 3 3 5 1 5 ：6 8 8 ：1 1 2 2 ：1 7 0 ：4 1 21 ：1 3 4 ：2 1 8 ：0 3 3 ：0 0 0 8 0 3 05 6 7 ：6 6 8 ：10 9 0 ：1 7 0 ：4 5 41 t1 1 8 ：1 9 2 ：0 3 0 ：0 0 0 8 同定砂率0 3 8 ，用水量1 7 0 k g m 3 5 7 。 8 ) 配合比调整 当试样调整j l 作完成后，应测山混凝土拌合物的实际表观密度，计算出材料用量修正系数： k = 混凝十表观密度实测值混凝十表观密度计算值 将配合比中每项材料用量均乘以修止系数k ，得出理论配合比。初步配合比的各项指标测定情况见表 表5 7 初步配合比的各项指标测定 坍落度( m m )凝结时间( h )抗压强度( m p a ) 和易性 开始o 5 hl h初凝终凝3 d7 d 2 8 d 1 1 0 1 0 0 9 581 0 5 良好 4 0 64 9 15 8 4 1 0 09 59 08 51 0良好4 2 25 2 76 1 1 9 0 8 07 5 81 0 良好4 5 15 3 8 6 3 7 从使用结果看，这种配合比设计方式较为有效，梁体质量较高。 5 1 3 混凝土的拌合与运输 混凝士的拌合与运输，前者是混凝土质量是否合格的重要一环，后者则是拌合合格的混凝十能否合格 的送往施工场地，浇注出合格的梁体的保证。 然而，由于山区施- 丁条件的限制，场地狭小限制了混凝土拌合站的设置；施下便道的不便决定了混凝 土运输的艰难，所以混凝土拌合与运输本身的质量控制要求更严。以r 卜根据以往经验，总结山山区混凝士 拌合与运输的一些一般性要求。 ( 1 )混凝土的拌合 由于施i 标准的提高，所有永久性t 程的混凝十必须集中拌合。所有桥梁拌和站必须达到二仓( 以上) 式全电脑白动控制标准，单机生产能力和规模应根据现场施t 情况选定，可参照表5 8 ： 表5 8 拌和站生产能力和场地规模 类型单机生产能力( m 3 h )场地规模( m 2 ) 人型5 0 以上6 8 0 0 以上 中型2 5 以上4 7 0 0 以上 小型1 5 以上 2 7 0 0 以上 拌和站建设完成后，需根据拌和机的功率配备相应的备川发电机，确保拌和站有可靠的电源使用。 拌和站的计量设备应通过当地政府计量部i 、j 标定后方可投入生产，使用过程中应不定期进行复检，确 4 3 第5 章m 日p c 桥粱施 技术研究 保计量准确。山区拌台站如幽5 - 2 所示 图5 - 2 拌台站 麻使用散装水泥，c 3 0 以上砼必须使州旋窑水泥。 对于拌台站的砂石料场规定川于桥梁r 程的砂“料应按三仓式配料要求，不同粒径、不同晶种分仓 存放，不得混堆或交叉堆放，分料仓麻采用“3 7 ”墙砌筑1 5 m 高，采埘j i 灰或水泥砂浆抹面仓内地面 设不小于4 的地面坡度，分料墙f 部预留孔洞，避免积水。碎4 l 应采用反击破设备生产的碎“。混凝十 用碎石使用前应用东冲洗，确保在不朽染情况f 方可削r 施i ：。 ( 2 ) 混凝土的返输 混凝土的j 薹输能力应适应掘凝土凝结速度和浇注速度的需要，使浇筑1 徘不间断并使挂凝十运到浇筑 地点时仍保持均匀性以及规定的坍落度。当混凝十拌合物运距较近时，可采h j 无搅拌器的运输j 具运输 但是这种情况在拌合站直接设置于施t 场地周边的平原地区较多，但山厉中由于拌台站选址凼难，一般拌 合站与庵1 i 场地距离都较远，都戍采州搅拌午运输。 采片j 合格的拌合车、控制运输时问以运距，是山区泥凝十施工中防l r 混凝十产生离析等质量问题的 三个虽重要环节。 首先根据以往经验，运输时间控制不宜超过下列要求： 表5 - 9 混凝土拌台物运输时间限制 气温( )无搅拌设旄运输( r a i n )有搅拌设施运输( m i n ) 2 0 - 3 03 0 6 0 1 0 1 9 7 5 5 9 9 0 山区棍凝土的运输，往往由下运距的原因导致混凝_ ! 卜_ 的质量发生变化，所以，在采埘搅拌运输午时必 须注意队下事项； 1 ) 混凝十必须能在最短的时问内均匀无离析地排山，山料干净、方便，能满足施j 的要求，如与税 凝十泵联合输送时，其择料速度庵能相匹配。 2 ) 从搅拌运输车运卸的混凝十中，分别取1 h 和3 4 处试样进行坍落度试验，两个试样的坍落度值 之差不得超过3 c m 。 3 ) 混凝十搅拌输送车在运送混凝士时，通常的搅动速度为2 - 5 r r a i n ，整个输送过程中，搅拌筒的总 “ 第5 章山区p c 桥梁施工技术研究 转数应控制在3 0 0 转内。 4 ) 若混凝土搅拌运输车采用逆光干料白行搅拌混凝土时，搅拌速度一般应为6 - 1 8 r m i n ，搅拌转数 应从混合料和水加入搅拌筒起，直到搅拌结束，控制在7 0 1 0 0 转。如混凝土搅拌运输车途中混凝土失水， 到工地需要加水调整混凝土坍落度时，则搅拌筒应以6 ，1 8 r m i n 搅拌速度搅拌，并另外再转动至少3 0 转。 5 2 山区梁体预制场研究 梁体在浇筑过程中，由于混凝土处于流态到固结形成应有强度的过程中，此时的梁体最为脆弱。山区 桥梁施t 过程中，除了因为模板、混凝土浇筑工艺出现问题引起梁体质量缺陷外，山区预制场本身因为场 地选址的限制，无法与平原地区施t 时预制场的条件相比，所以常因此出现梁体开裂问题。本节将针对特 殊地形预制场进行分析研究，并以某小箱梁预制场为例，说明山区特殊地形下预制场相关问题的处理方法。 5 2 1 特殊地形梁体预制场 ( 1 ) 山区桥梁施工预制场特点 由于山区地形限制，梁体无法实现工厂式的预制，一般来说，山区桥梁的预制场多设于桥台后路堑或 不良地基的高填方上。通常，路堑上的预制场出现问题较少，出现问题较多的是以。i - ) l 种情况： 1 ) 预制场地基为岩石与扰动土组成 预制场的纵断面布置情况，如图5 3 所示： 预制场 山体 图5 3 预制场纵断面布置图一 预制场场地中，一部分的基础为有较多填士路基，且填十分布不均匀，另一部分的基础为坚硬岩石。 这样可能导致基础沉降不均匀，使得梁体混凝十在浇筑完成到强度形成这一阶段产生由于台库不均匀沉降 而出现梁项部的开裂现象。 2 ) 预制场地基为原状土与扰动十组成 这种类型的预制场，如图5 4 所示，有一部分是挖山填沟的扰动十地基。同样，这种地基上兴建的预 制场也有可能出现类似前一种地基的，台座不均匀沉降而出现预制梁顶部的开裂现象。 4 5 第5 章山区p c 桥梁施t 技术研究 预制场 图5 4 预制场纵断面布置图二 3 ) 预制场地基为软土加全换填土组成 路线中遇剑如河滩，山区软土层时，需要设置高填路基。如预制场设置在这种路基上，软土地基的不 均匀沉降，也会导致预制场生产的梁体出现梁体在浇筑后养生期间变形，不仅仅影响梁体线形，严重者也 可能使得梁体顶部开裂。 预制场 三二三三三三三1 e 三二：二三三三二 。一 奈tt -|、#fz 粤 。|0f 高填路基 软 土 图5 5 预制场纵断面布置图三 对于以上三种特殊地质条件下的预制场，为了保证梁体质量避免由于地基问题导致的梁体质量缺陷， 需要对场地进行沉降分析，以及不同程度的场地硬化处理。 5 2 2 预制场布置 山区桥梁施工中，预制场的问题主要存在于两个方面，其一即为上文提剑的，由于不良地基不均匀沉 降，使得强度未形成的混凝十量发生变形，导致质量缺陷的发生。其二，即为狭小、有限的预制场地如何 合理规划利用。本节结合实例，分析特殊环境下的预制场的研究手段、处理方法。 ( 1 ) 预制场布置简介 h b y 分离式大桥起讫桩号( y k l 7 3 + 0 5 3 5 一y k l 7 3 + 2 4 0 ；z k l 7 3 + 1 0 3 5 z k l 7 3 + 2 8 5 5 ) ，处丁河滩软土 地基上( 上节所示第二种情况) 。体系为简支转连续结构，桥梁全长1 8 4 3 米，桥孑l5 3 5 m ，位丁缓和曲 线上。上部结构总体布置如图5 - 6 所示： 第5 章山区p c 桥梁施- t 技术研究 卜一兰一j l 卜i 十_ 曼一一f 一一一互叫 一= 二= 1 图5 6h b y 大桥上部结构总体布置图 h b y 分离式火桥上部结构箱梁形式为5 3 5 米预应力混凝土连续箱梁，共4 0 片梁。主梁高度1 8 米， 梁间距3 3 4 8 米。其中内梁预制宽度2 2 米，边梁预制宽度2 7 5 米，梁板中间湿接缝宽度0 8 0 8 米。主梁 跨中肋厚0 2 米，两端部均匀加厚段0 3 米，箱底宽1 米。跨中梁板厚度0 2 米，两端部均匀加厚0 3 米。 联端设有伸缩缝预留槽，湿接缝范围内横隔板采用现浇砼连结。 图5 - 7 梁体纵向几何尺寸图 图5 8i - i 截面几何尺寸图图5 - 9i i i i 截面几何尺寸图 预制场地设立在大桥泉州端路基上。路基设计高度8 m 。桩号为k 1 7 2 + 8 0 0 k 1 7 3 + 0 0 0 。设有箱梁底座8 个，底座按二次抛物线设置反拱，边梁底座中间的反拱值为2 5 c m ，中梁底座中间的反拱值为2 c m ，并于 底座两端设置2 5 2 1 5 m 的承台。 场地采用c 1 5 混凝十进行硬化，底座采h j 角钢包边，5 m m 钢板铺底焊接。 预制施一i i 采_ i j2 1 米龙fj 架二个，二二个8 0 t 龙i 、j 架起吊施：i ：。架桥机采用1 6 0 t 双导梁架桥机。 桥梁主要机械以及人员安排见表5 1 0 与表5 1 1 所示： 4 7 第5 章山区p c 桥梁施丁技术研究 表5 1 0 预制场主要机械 序号 设备名称 单位 数量 1 2 1 米8 0 t 龙门吊 厶 2 口 2 1 6 0 t 双导梁架桥机 厶 l 口 3料斗个