西江特大桥大直径桩基混凝土配合比设计验证与应用.pdf
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1、2 0 1 3年第 2期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 2 5期 文章编号 : 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 2 0 0 4 西江特大桥大直径桩基混凝土 配合 比设计验证 与应用 刘相泉 ,高超 ( 1 广东华路交通科技有限公司, 广州 5 1 0 4 2 0 ; 2 广东省长大公路工程有限公司, 广州 5 1 0 6 2 0 ) 摘要 : 江门至肇庆高速公路横跨喀斯特地区, 桩基施工技术复杂, 对桩基混凝土质量要求较高。以西江特大桥 混凝土配合比设计为研究
2、背景, 对承包人申报的大直径桩基配合比标准试验进行了平行验证 , 其混凝土强度、 耐 久性 、 和易性等性能指标与申报的试验指标有差异, 分析了承包人试验室技术人员出现这些差异的原因, 并就原 配比提出优化意见。重新试验后, 使各项指标与申报资料相符, 该混凝土配合比在施工应用后, 符合工程施工要 求, 桩基完整性检测结果均为 I 类桩。 关键词: 西江特大桥 ;桩基混凝土;配合比设计 中图分类号:U 4 4 5 5 5 1 文献标识码 : B O 引言 喀斯特地区属于岩溶地 区, 溶洞众多, 裂隙发 育 , 形成水流通道, 新拌混凝土易被侵蚀 。广东肇 庆地 区雨季降水量大 , 持续 时问长
3、。桥位地下水 主要为基岩裂隙水 , 根据水质化验报告 , 该地区绝 大部分地段地下水 、 地表水均使混凝土具有 弱硫 酸型酸性侵 蚀和 中等溶 出型侵蚀 ( 含 碳 酸盐侵 蚀) ; 这种地质和环境下, 对桩基混凝土工作性 和抗渗性有一定要求。混凝土坍落度大, 水胶 比 小 , 凝聚性好 , 泵送容易 , 且有一定 的抗渗能力 , 以 保证混凝土顺利浇筑, 不被轻易侵蚀 , 桥梁实际使 用寿命才能得到合理保证。 l 工 程概 况 西江特大桥全长为 2 6 9 8 m, 为国内当前整幅桥 面最宽的矮塔斜拉桥, 全桥共有 4个 主墩 , 每墩有 1 2根桩基 , 河床水深约 3 0 m, 直径为
4、3 O m, 设计桩 长平均为 5 3 m, 属于大直径深水桩 , 浇筑混凝土方 量约 1 6 1 6 4 m , 全部为嵌岩桩 , 桩基混凝 土强度等 级为 C 3 0 , 混凝土采用 泵送技术, 桩基混凝土按水 下桩? 昆 凝土配合比设计要求进行。 本桥主桥处于典型的喀斯特地 区。主墩地层 岩性复杂多样, 为隐形岩洞中区, 桩基下石灰系石 磴子组灰岩溶洞及溶蚀裂 隙集 中发育 。溶洞规模 大 , 分布多 , 多数呈 多层或 串珠状分 布, 溶洞及裂 隙基本可相互连通, 为地表水、 地下水入侵桩基混 凝土提供了通道 , 在配合 比设计 中, 需要考虑混凝 土耐久性。 2 设计缺 陷应对 本桥
5、桩基穿越岩层 , 裂隙贯通, 混凝土存在化 学入侵腐蚀 , 应采取技术措施 , 使混凝土具有一定 的抗渗性 , 以抵御外界不 良环境介质对混凝土 的 侵入腐蚀 , 确保桩基混凝土具有耐久性。 本桥桩基混凝土设计等级为 C 3 0 , 经计算混凝 土的配制强度为( 应大于) 3 8 2 M P a , 就可满足规范 和设计要求 。 混凝土如按普通混凝 土设计 , 在长期不 良的 地质环境 中, 桩基很可能遭受腐蚀 , 致使混凝土结 构破坏 , 影响使用寿命 。在岩溶地 区桥梁桩基设 计上 , 设计者未考虑混凝土耐久性 , 这是设计上的 一 个缺陷。 参照普通混凝土设计规范 的相关技术要求 , 与
6、承包人试 验室技术 负责人达成一致意见后 , 将 普通水下混凝土设计 为水下抗渗性混凝土 , 更有 利于保证混凝土质量。据 当前规范 , 抗 渗混凝土 是指抗渗能力大 于 P 6的混凝土 。据 以往工程 试验经验 , 对 于仅满足强度和工作性要求的水下 作者简介: 刘相泉( 1 9 7 2 一) , 男, 辽宁建昌人, 本科学历, 路桥工程师, 主要从事特大型桥梁工程监理及施工技术研究与管理 工作。 Em a i l : 2 3 4 7 3 5 1 4 1 q q t o m 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年第 2 期 刘相泉, 高超西
7、江特大桥大直径桩基混凝土配合比设计验证与应用 总第 1 2 5 期 普通混凝土 , 强度 等级为 C 3 0的混凝土不具有抗 渗性 。 为了满足混 凝土抗渗要 求 , 可通 过掺加粉煤 灰、 增加胶凝材料用量、 减小水胶比等技术措施来 实现 , 这无疑将增加施 工企业混凝土 成本。桩基 础质量是影响桥梁使用寿命最重要的因素, 在施 工前, 只有对混凝土配合比设计严格要求, 才能控 制好施工过程中的混凝土施工质量 , 本桥 1 0 0年的 设计寿命 目标才能实现。为了保证混凝土抗渗质 量 , 要求承包人将混凝土抗渗指标初步定为 P 9 。 3 桩基混凝土设计 结合以上分析, 对西江特大桥大直径桩
8、基混 凝土作 出如下技术要求。 3 1 强度 在混凝土材料 和设 计状态相 同的情况下 , 一 般来说, 抗渗等级与混凝土的密实性关联较大, 在 结构无裂缝 的状态下 , 抗渗等级越高 , 混凝土就越 密实 , 强度也就越高 J 。据 以往实践经验 , 水下桩 基大掺量粉煤灰混凝土 , 采用 I I 级粉煤灰 , 混凝土 抗渗等级达到 P 1 0级 , 则混凝 土强度约为 4 6 MP a , 施工单位报送 的混凝土 配制强度为 4 8 MP a , 满足 设计要求。 3 2 工作性 3 2 1流动性 本工程桩基 混凝土属水 下混凝土 , 桩基桩径 大 , 而且桩长 , 桩孔较深 , 水压力较
9、大 , 为了保证水 下桩顺利剪球 , 桩基混凝土施工需有 良好的流动 性 , 一般可将塌落度控制在( 1 8 02 2 0 ) mm。根据 以往实践经验, 深水大直径桩塌落度一般选择 ( 2 0 0 2 2 0 ) m m, 在这样大的流动性下, 不仅可使 桩基混凝土顺利浇筑, 满足施工要求, 还可使 I 类 桩基 比率提高 , 从而保证桩基施工质量。 3 2 2粘聚 性 桩基水下 混凝土需有适 宜的粘聚性 , 根据本 工程 的材料特性 , 骨料级配 , 本工程桩基混凝土扩 展度宜控制在 5 0 0 m m左右 。 3 2 3可 泵性 混凝 土粘 聚性和 流动性 决定 混凝 土泵 送性 能 ,
10、 而粘聚性和流动性与胶凝材料 用量 、 水胶比和 砂率三种因素有关。承包人 配比试验要合理选择 以上参数, 保证混凝土具有较强的可泵性。 3 3 抗渗性 考虑到本桥位水文地质的复杂性, 溶洞裂隙 水富含大量的腐蚀介质, 桩基混凝土在地下水长 期作用下, 可通过空隙通道渗透到混凝土结构中, 使桩基钢筋发生锈蚀引起膨胀 , 甚 至会 出现混凝 土开裂 , 而危及桩基结 构安全和全桥结构承载受 力 。 承包人抗渗等级按 P 9设计 , 可减弱硫酸型酸 性侵蚀和中等溶出型侵蚀等侵入腐蚀对混凝土结 构造成的危害 J 。 4配合比设计 4 1 原材料 粗集料 : 肇 庆 四会碎 石, 为 52 5 mm连
11、续级 配, 压碎值8 3 , 含泥量 0 2 ; 针片状颗粒含量 41 。 细集料 : 肇庆西 江中砂 , 细度模数 2 7 6 、 含泥 量 0 8 。 水泥 : 广东海螺牌 P 0 4 2 5 R型 , 2 8 d抗压强 度 5 0 8 MP a 。 粉煤灰 : 珠海电厂 I I 级风选灰 , 细度 9 1 、 需 水量比 9 2 、 烧失量 3 4 。 外加剂: 建筑宝 J z B A型萘系高效减水剂, 减水率 2 l 、 3 d抗压强度 比 1 2 6 、 2 8 d抗压强度 i l 匕l 3 7 。 拌合用水 : 采用 自来水 , 各项指标符合混凝土 拌和用水要求。 4 2 承包人推
12、荐的施工配合比 承包人经混凝土试拌, 推荐的施工配合 比参 数见表 1 。 表 1 承包人推荐的施- r E合比 ( 单位: k g m 。 ) 4 3 试验数据 承包人推荐的施工配合 比试验相关技术指标 见表 2 。 表2 承包人推荐的施工配合比试验结果 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 广东公路交通 总第 1 2 5期 5 配合 比验证 5 1 材料试验 对承包人 申报的桩基配合 比设计标准试验资 料审查符合要求后 , 监理才能进 行混凝 土配合 比 平行试验。首先对承包人混凝土配合 比原材料进 行抽检并进行 常规项 目检测 ,
13、 其相关检测指标如 下 。 粗集料 : 肇庆 四会碎石 , 为 52 5 m m 连续级 配 , 压碎值 8 1 , 含泥量 0 5 ; 针片状颗粒含量 4 2 。 细集料 : 肇庆西 江中砂 , 细度模数 2 5 1 、 含泥 量 1 2 。 水泥 : 广东海螺牌 P 0 4 2 5 R型 , 2 8 d抗压强 度 4 7 2 MP a 。 粉煤灰 : 珠海电厂 I I 级风选灰 , 细度 1 0 1 、 需水量 比9 4 、 烧失量 3 6 。 外加剂 : 建筑宝 J Z BA型萘系高效减水 剂, 减水率 2 2 、 3 d抗压强度 比 1 2 8 、 2 8 d抗压强度 比 1 1 9
14、。 拌合用水 : 采用 自来水 , 各项指标符合混凝土 拌和用水要求。 5 2 推荐配合比试验 对承包人提交 的混凝土材料进行检测 , 技术 指标满足规范 和设计要求后 , 进行推荐施工配 合比的试 拌工作 , 观察 工作性 能, 并进 行相 关试 验 , 各项技术指标见表 3 。 表 3 监理平行试 验的相关 结果 5 3 试验数据分析 承包人用于配合 比设计 的材料 , 均能满足材 料技术行业标准和设计要求 , 桩基混凝土配合 比 经监理平行试验后 , 混凝 土新拌物工作性能基本 与承包人 的试验数据相符 , 但混凝土强度 和抗渗 指标均比承包人的试验数据相比偏小。 承包人的混凝土 7 d
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