专利名称：一种桥梁承台大体积混凝土结构施工方法
技术领域：
本发明属于桥梁设计领域，特别涉及一种低温升、抗裂及抗冲磨的桥梁大体积混凝土结构施工方法。
背景技术：
目前，我国沿海地区已建成或正在兴建的跨江海大桥已有超过20座之多。桥梁施工过程中桥梁锚碇、承台、桥墩等部位的大体积混凝土施工裂缝控制以及承台、桥墩等与水接触部位在运行期抵抗含沙(或淤泥)水流冲磨是关乎桥梁长期耐久性的关键问题。桥梁承台是桥梁的下部结构，是桩与柱或墩的联系部分，承台上再建柱或墩，形成完整的传力体系。桥梁承台施工在建设过程中属于大型基础混凝土工程(即大体积混凝土工程)。水泥水化时的放热反应使得水泥凝结硬化过程中放出大量热量(即水化热)，水 化热会使大体积混凝土内部温度超过外部，产生较大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝甚至出现贯穿裂缝。一般桥梁承台混凝土施工时采用在承台结构内部设置冷却水管，向冷却水管中通冷却水来降低大体积混凝土内外部温差，减少开裂的风险。但由于跨江海大桥一般建设环境较为恶劣，设置冷却水管会增加施工难度和施工进度，冷却水管通水完毕后管道压浆封堵存在封堵不严、破裂等潜在危险，这会增加大体积混凝土运行时的耐久性。因此，若能在保证承台大体积混凝土不开裂的前提下取消冷却水管，对耐久性而言无疑是有利的。大多数跨江海大桥所处海域海水具有含盐度高、含氯度大的特点,桥位处于出海口，涨落潮的干湿侵蚀效应、海洋大气的腐蚀环境，对大桥的使用寿命有极大的影响。除了耐久性问题外，跨江海大桥还存在一个不容忽视的问题，即挟沙浪涌对大桥承台或桥墩局部的冲刷作用。目前已建或在建的大批跨江海大桥，虽然没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视(如杭州湾嘉绍大桥所处海域携沙浪涌流速可达lOm/s)，在激涌时流速可能会更高，这种情况下除了冲磨作用外，还会发生空蚀作用。跨海大桥的承台、桥墩等部位一般都位于水面上下，极易受到携沙浪涌的冲刷作用。根据杭州湾跨海大桥近些年调查发现，受携沙浪涌冲磨作用造成承台或墩柱表面混凝土流失的速率在疒5_/年。长此以往，跨江海大桥在冲磨作用下表层结构极易受损，对内部钢筋的保护作用就会逐步丧失，严重时会影响桥梁结构的安全运行，且跨海大桥所处海域进行维修及其困难。因此，桥梁承台、桥墩等部位的边部混凝土抗冲磨能力显得尤为重要。综上所述，在有携沙浪涌冲刷环境下的跨江海大桥桥梁承台等部位的大体积混凝土设计与施工中需要考虑两个方面的问题第一，桥梁承台等部位的大体积混凝土结构应具有施工期混凝土温升低、抗裂的特点，可以有足够的能力抵抗温度裂缝的发生；第二，桥梁承台等部位的大体积混凝土结构应具有在长期运行过程中受携沙浪涌冲刷作用影响小的特点，可以保持在此环境中的长期耐久性，目前一般采用外套钢管或涂刷耐磨涂料对桥梁承台等部位的大体积混凝土结构进行局部防护，以减少携沙浪涌冲刷环境对桥梁承台等部位的大体积混凝土结构的影响，但是，外套钢管的方法存在锈蚀的严重问题，涂刷耐磨涂料存在与基础混凝土粘结以及耐光照老化的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，该方法能解决桥梁承台大体积混凝土结构的开裂问题并能保持其在携沙浪涌冲刷环境中的长期耐久性。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案一种桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，采用分层浇筑，对各层混凝土采用如下施工方法架立模板，根据预先设计好的坡面倾角0、边部大体积混凝土设计厚度t和该层浇筑厚度m，同时浇筑边部大体积混凝土和内部大体积混凝土，到达拆模时间后进行拆模。
上述边部大体积混凝土设计厚度t优选为0. 5^0. 8m。上述内部大体积混凝土具有低温升、抗裂的特点，每立方米内部大体积混凝土中各材料用量为水泥100 150kg，粉煤灰150 200kg，矿粉5(T200kg,砂75(T850kg，石95(Tll00kg，高效减水剂为胶凝材料质量的0. 5 1%，减缩剂为胶凝材料质量的I I. 5%，水胶比为0. 3^0. 4 ;所述的胶凝材料为水泥、粉煤灰和矿粉。上述外部大体积混凝土具有高抗裂、高抗冲磨的特点，每立方米外部大体积混凝土中各材料用量为水泥20(T300kg，粉煤灰5(Tl00kg，矿粉10(T200kg，砂70(T800kg，石100(Tll00kg，仿钢纤维6 9g，高效减水剂为胶凝材料质量的I I. 5%，增韧剂为胶凝材料质量的0. 5%，水胶比为0. 3^0. 4 ;所述的胶凝材料为水泥、粉煤灰和矿粉。本发明施工方法中，边部大体积混凝土和内部大体积混凝土之间采用错层相嵌(如图2)和同时施工来保证界面连接的完整性，以实现边部和内部两种不同大体积混凝土结构性能的梯度分布，减弱从内部大体积混凝土到外部大体积混凝土的性能突变特性，提高结构的整体性。本发明方法的优选方案中，提出了一种低温升、抗裂的内部大体积混凝土配方，该内部大体积混凝土通过减少水泥用量、增加粉煤灰掺量、掺加减缩剂和高效减水剂，来减少混凝土的绝热温升值和土收缩值、提高混凝土韧性。本发明方法的另一种优选方案中，提成了一种高抗裂、高抗冲磨的边部大体积混凝土配方，该边部大体积混凝土通过掺加优质矿粉来提高混凝土抗冲磨性能；通过掺加仿钢纤维、增韧剂等增韧材料来提高混凝土抗冲击性能与抗裂性能。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果(I)采用本发明方法能解决桥梁承台大体积混凝土结构的开裂问题的同时，还能保持其在携沙浪涌冲刷环境中的长期耐久性。(2)采用本发明施工方法，不需在桥梁承台等大体积混凝土结构内部设置冷却水管，就可以将大体积混凝土结构内外部温差控制在25°C以内，从而可以减少温度裂缝的风险；与设置冷却水管相比，本发明施工方法更简单，而且避免了设置冷却水管后期压浆封堵带来的封堵不严，减少了水管道破裂造成混凝土结构潜在缺陷的风险；(3)本发明施工方法中，在跨江海大桥桥梁承台等大体积混凝土结构与水直接接触部分采用了一种高抗裂、高抗冲磨的大体积混凝土，该混凝土的抗冲磨强度是传统高性能混凝土的3飞倍；与现有的采用外套钢管或涂刷耐磨涂料来减少携沙浪涌冲刷环境对桥梁承台等部位的大体积混凝土结构的影响的方法相比，本发明方法不存在锈蚀和老化的问题。(4)本发明施工方法中，在跨江海大桥桥梁承台等大体积混凝土结构内部采用了一种低温升、抗裂的大体积混凝土，该混凝土 28天的劈裂抗拉强度为2. 85^3. 35MPa，具有优异的抗裂性能；(5)本发明施工方法中，内部大体积混凝土和外部大体积混凝土之间采取错层相嵌设计方法和同时施工措施保证二者之间性能的梯度分布，以保证桥梁承台结构的整体性。
图I为采用本发明施工方法所得大体积混凝土结构的俯视图；图2为图I的A-A纵向剖面图。
具体实施例方式本发明方法的具体施工步骤如下I、架立模板，根据预先设计好的坡面倾角e、边部混凝土设计厚度f 和单层浇筑厚度m，同时浇筑第一层边部大体积混凝土和内部大体积混凝土,坡面倾角0、边部大体积混凝土设计厚度f和单层浇筑厚度m参见图I、图2 ;边部大体积混凝土设计厚度f取值范围为0. 5 0. 8m ；2、当第一层大体积混凝土拆模后，再采用步骤I的方法同时浇筑第二层边部大体积混凝土和内部大体积混凝土；3、重复步骤2直至大体积混凝土结构达到设计厚度h (参见图2)；4、按工地的实际条件对大体积混凝土结构提供必要的养护，例如，在大体积混凝土结构侧面披挂麻袋或彩条布，在其顶面蓄水养护。本发明方法中的内部大体积混凝土具有低温升、抗裂的特点，每立方米内部混凝土中各材料用量为水泥10(Tl50kg，粉煤灰15(T200kg，矿粉5(T200kg，砂75(T850kg，石95(Tll00kg，高效减水剂为胶凝材料质量的0. 5 1%，减缩剂为胶凝材料质量的I I. 5%，水胶比为0. 3^0. 4 ;所述的胶凝材料为水泥、粉煤灰和矿粉。本发明方法中的外部大体积混凝土具有高抗裂、高抗冲磨的特点，每立方米外部混凝土中各材料用量为水泥20(T300kg，粉煤灰5(Tl00kg，矿粉10(T200kg，砂70(T800kg，石1000 1100kg，仿钢纤维6 9g，高效减水剂为胶凝材料质量的I I. 5%，增韧剂为胶凝材料质量的0. 5%，水胶比为0. 3^0. 4 ;所述的胶凝材料为水泥、粉煤灰和矿粉。下面将结合实施例对本发明作进一步说明实施例I某跨江海大桥承台大体积混凝土结构，其设计厚度h为5m，总混凝土用量4482. 9m3,桥梁承台施工时分2层烧筑,第一层烧筑厚度Hi1为3m,第二层烧筑厚度叫为2m,边部大体积混凝土的设计厚度t为0.8m，坡面倾角0为30°。本实施例的具体施工过程为I)架立模板，根据坡面倾角e、边部大体积混凝土设计厚度t和第一层浇筑厚度Hl1,同时浇筑第一层边部大体积混凝土和内部大体积混凝土 ；2)当第一层混凝土到达拆模时间时，拆模后，根据坡面倾角0、边部大体积混凝土设计厚度t和第二层浇筑厚度m2，同时浇筑第二层边部大体积混凝土和内部大体积混凝土 ;3)到达拆模时间时，拆模后对所得承台大体积混凝土结构进行养护，具体为在大体积混凝土结构侧面披挂湿麻袋，并在其顶面蓄水养护。本实施例中所用的内部低温升、抗裂的大体积混凝土设计强度等级为C40，每立方米内部混凝土中各材料用量为水泥136kg，粉煤灰176kg，矿粉78kg，砂806kg，石1026kg，水138kg，高效减水剂3. 9kg，减缩剂3. 9kg。根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》测试 上述内部大体积混凝土的塌落度、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗渗等级、抗冻等级和氯离子渗透系数等性能参数，结果见表I。根据GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》测试上述内部混凝土的温度效应，结果见表2。由表I和表2可知，混凝土 28天劈裂抗拉强度为3. 48MPa，具备优良的抗裂性能；抗渗等级和氯离子渗透系数分别为P20和I. 5X 10_12m2/s，表明该混凝土具有良好的抗渗性和抵抗氯离子侵蚀能力。通冷却水后第一层的最高温升降低了 3.9°C，最大温差降低了
2.2°C;第二层的最高温升降低了 3. 8°C，最大温差降低了 3. (TC。取消冷却水管施工仍满足GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》中规定温差不宜大于25°C、浇筑体表面与大气温差不宜大于20°C的要求，因此，从经济及施工进度等因素考虑，可以采用本发明方法取代冷却水管施工。表I实施例I中内部大体积混凝土的基本性能指标
混凝土强坍落度(cm)抗压强度(MPa)劈裂抗拉强度(MPa)
度等级 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
抗渗等级抗冻等级氣离子渗透系数(x10]zm2/s)
P20F300L5表2实施例I中内部大体积混凝土的温度效应测试结果
^mm-^
_ 最高温度最大温-f — 最高温度最大温差第一层5L62Z547J203
第二层^4723^9509209本实施例中，边部高抗裂、抗冲磨的大体积混凝土设计强度等级为C50，每立方米边部大体积混凝土中各材料用量为水泥264kg，粉煤灰54kg，矿粉132kg，砂726kg，石1093kg,水141kg,高效减水剂6. 6kg,增韧剂2. 2kg,仿钢纤维6kg。该边部混凝土的28天抗压强度为65. 5MPa, 28天抗拉强度为3. 45MPa,抗冲磨强度为I. 65h/cm,为普通抗耐磨混凝土抗冲磨强度的3飞倍。上述抗冲磨强度采用DL/T5207-2005《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》中规定的“混凝土抗冲磨试验”试验得到，所采用测试设备为公布号为CN101886998A
公开日为2010年11月17日、发明名称为一种低噪音无污染全自动混凝土抗冲磨试验机的中国专利所公开的抗冲磨试验机，测试试验条件为流速30m/s，冲磨角度90。。实施例2某入海口跨江大桥桥梁承台为大体积混凝土结构，其为圆柱形结构，底面直径40m，高6m (即设计厚度h)，总混凝土用量为7500m3 ;承台施工时分2层浇筑，第一层和第二层烧筑厚度Hi1和m2均为3m,边部大体积混凝土设计厚度t为0. 6m,坡面倾角0为45°。本实施例的具体施工过程同实施例1，不在赘述。本实施例中所用的内部低温升、抗裂的大体积混凝土设计强度等级为C30，每立方米内部混凝土中各材料用量为水泥105kg，粉煤灰150kg，矿粉160kg，砂795kg，石1055kg，水142kg，高效减水剂2. 1kg，减缩剂4. 2kg。采用和实施例I相同的方法测试本实 施例内部大体积混凝土的各项基本性能参数和温度效应，结果见表3和表4。由表3和表4可知，混凝土 28天劈裂抗拉强度为3. 12MPa，具备了优良的抗裂性能；抗渗等级和氯离子渗透系数分别为P18和2. IX 10_12m2/s，说明该混凝土具有良好的抗渗性和抵抗氯离子侵蚀能力。通冷却水后第一层的最高温升降低了 6. 3°C，最大温差降低了I. 1°C;第二层的最高温升降低了 4. (TC，最大温差降低了 I. 8°C。取消冷却水管后施工仍满足GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》中规定温差不宜大于25°C、浇筑体表面与大气温差不宜大于20°C的要求，因此，从经济及施工进度等因素考虑，可以采用本发明方法取代冷却水管施工。表3实施例2中内部大体积混凝土的基本性能指标
权利要求
1.一种桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，其特征在于 采用分层浇筑，对各层混凝土采用如下施工方法架立模板，根据预先设计好的坡面倾角9、边部大体积混凝土设计厚度t和该层浇筑厚度I同时浇筑边部大体积混凝土和内部大体积混凝土，到达拆模时间后进行拆模。
2.根据权利要求I所述的桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，其特征在于 所述的边部大体积混凝土设计厚度t为0. 5^0. Sm。
3.根据权利要求I或2所述的桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，其特征在于 所述的内部大体积混凝土，每立方米内部大体积混凝土中各材料用量为水泥100 150kg，粉煤灰 I 5(T200kg，矿粉 5(T200kg，砂 750 850kg，石 950 1100kg,高效减水剂为胶凝材料质量的0. 5 1%，减缩剂为胶凝材料质量的I I. 5%，水胶比为0. 3^0. 4。
4.根据权利要求I或2所述的桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，其特征在于 所述的外部大体积混凝土，每立方米外部大体积混凝土中各材料用量为水泥·200 300kg，粉煤灰50 100kg，矿粉100 200kg，砂700 800kg，石1000 1100kg，仿钢纤维·6 9g，高效减水剂为胶凝材料质量的I I. 5%，增韧剂为胶凝材料质量的0. 5%，水胶比为·0.3 0. 4。
全文摘要
一种桥梁承台大体积混凝土结构施工方法，采用分层浇筑，对各层混凝土采用如下施工方法架立模板，根据预先设计好的坡面倾角θ、边部大体积混凝土设计厚度t和该层浇筑厚度m，同时浇筑边部高抗裂、抗冲磨大体积混凝土和内部低温升、抗裂大体积混凝土，到达拆模时间后进行拆模。采用本发明施工方法，不需在桥梁承台等大体积混凝土结构内部设置冷却水管，就可以将大体积混凝土结构内外部温差控制在25℃以内，从而可以减少温度裂缝的风险；与设置冷却水管相比，本发明施工方法更简单，而且避免了设置冷却水管后期压浆封堵带来的封堵不严，减少了水管道破裂造成混凝土结构潜在缺陷的风险，并可抵御携沙水流对桥梁结构的冲刷破坏。
文档编号E02D27/14GK102747742SQ20121025705
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者丁庆军, 何真, 胡曙光, 蔡新华, 黄修林 申请人:武汉大学