超高索塔高性能混凝土施工技术

刘朝强 （湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410000）

超高索塔高性能混凝土施工技术

刘朝强 （湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410000）

文章介绍了大岳高速洞庭湖大桥超高索塔混凝土的原材料选择和配合比优化设计和施工工艺的研究和探索，很好地解决了在满足高性能混凝土强度和耐久性的前提下,保证其良好的泵送性和高工作性能，顺利将C55高性能混凝土一次性泵送至203m塔顶。该项技术在国内同类型桥梁建设中很少见到,之前也没有太多的经验可以借鉴,因此对国内超高索塔高标号混凝土施工有很好借鉴作用。

高性能混凝土；超高索塔；配合比设计；耐久性

1 概述

近年来，我国基础建设得到迅猛发展，高性能混凝土在高速铁路、超高层建筑、大跨径桥梁、水利工程、地铁等领域得到广泛的应用。为顺利将C55高性能混凝土一次性泵送至203m塔顶，混凝土除满足203m高度混凝土泵送要求外，还需满足强度要求和热学性能要求，还要达到美观、防裂、耐久和长期稳定性要求。本文通过大岳高速洞庭湖大桥超高索塔高性能混凝土施工的成功经验，对超高索塔高标号混凝土施工有很好参考作用。

洞庭湖大桥全长2390.18m，桥面设计宽度为33.5m。主桥设计为（1480+453.6）m双塔双跨钢桁梁悬索桥，全桥桥型布置如图1所示。

两岸桥塔均采用门型框架结构，由塔柱和横梁组成，包括上塔柱、下塔柱、上横梁和下横，岳阳侧塔高203.088m，混凝土方量28820.5m3。对于索塔，提出了比以往施工的索塔更高的质量要求，除满足内在力学性能外，还须满足外观以及203m高度混凝土泵送要求，索塔混凝土除强度要求满足以外，还须达到美观、防裂、耐久和长期稳定性。为了确保索塔C55混凝土的内在、外在质量，应严格控制混凝土配合比、原材料、及混凝土的生产、泵送、浇筑、振捣和养护等各个环节。

图1 洞庭湖大桥桥型布置图

2 混凝土配合比设计

索塔混凝土的性能和质量是关系到整个索塔工程安全、耐久的关键环节之一。在混凝土的配合比设计上，运用现代混凝土新技术新材料，结合洞庭湖区原材料资源和桥梁结构、环境施工等特点，研制出可实际使用的高性能混凝土，提高其耐久性、安全性和使用寿命，同时提高混凝土外观质量，增加美感。

2.1 原材料选择

选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较小的热强比、较大的抗裂能力，具体来讲主要包括热学性能和力学性能两方面。热学性能方面要求混凝土绝热温升较小、放热速率较小。力学性能要求混凝土抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大且收缩变形较小。配合比设计时还需考虑混凝土可泵性、工作性等，以满足施工要求。

针对本工程的特点、对混凝土各种材料进行了调研，按照国家现行标准对原材料进行筛选，将不适合本工程需要的原材料剔除掉；最后，基于材料优选试验结果，确定各种原材料，完成原材料的优选（原材料选择见表1）。

原材料优选结果汇总表 表1

2.2 配合比设计

①为了使索塔混凝土具有高工作性能、优异的力学性、耐久性及美观，配合比设计时采用了：三掺技术（掺粉煤灰、矿粉、高效减水剂）、低水灰比、低水泥用量、合理砂率。采用三元正交设计法，对项目中混凝土水泥、矿粉和粉煤灰胶凝材料进行了基于各项性能的研究设计。参照《混凝土结构耐久性设计》(GB/T50476-2008)，项目对混凝土工作性、抗压强度、碱骨料反应、抗开裂性能、氯离子渗透性以及干缩和碳化性能等各项性能指标进行了测试。根据试验得到的测试结果，综合分析了混凝土的各项性能指标，综合考虑得到的推荐最优配比。

②经过试配确定索塔砼配合比后进行现场混凝土浇筑试验，验证其工作性能、外观质量以及强度等。影响混凝土性能的因素有很多，其中最主要的因素有水泥种类、水胶比、拌合水及胶凝材料用量、掺合料掺量、集料类型、外加剂的使用等。考虑对混凝土影响的主要因素，以混凝土的热学性能、力学性能、工作性能、耐久性和变形性能等为约束准则，对塔柱大体积混凝土配合比进行优化经过多次试配和调整，选择拌和物工作性能和力学性能以及热学性能较好的配合比。其配合比见表2。

③为确保混凝土的泵送性能在不同的索塔高度采用了不同的混凝土配合比。

④洞庭湖大桥主塔呈门型框架结构，索塔顶部、下部和塔座设计为实心段结构。由于实心段混凝土水化热高，采用棱台结构边角处散热更快，易造成混凝土内表温差大，再加上养护较困难等特点使得实心段容易开裂。为了改善混凝土的抗拉强度低、极限应变小、抗冲击性差、脆性大、易开裂等特点，满足对混凝土高强度高韧性的要求，通过在高性能混凝土中掺入短切纤维以改善其上述不足。

3 索塔施工工艺

塔柱节段采用液压爬模施工，塔柱混凝土采用高压输送泵垂直泵送入模。其施工工艺为：塔柱钢筋及劲性骨架预埋→塔座钢筋、冷却水管、模板安装→塔座砼浇筑→第1～2节塔柱施工→安装液压爬模→第3～4节塔柱施工→安装下横梁支架→第5～12节塔柱施工→下横梁施工→第13～47节塔柱施工→上横梁施工→塔冠及附属设施施工。

4 混凝土施工控制

4.1 混凝土的原材料控制

①堆料场和料斗以及搅拌设备搭设遮阳棚，可以使粗、细集料免受雨、阳光等环境影响，减少粗、细集含水率的波动。

表2索塔混凝土配合比一览表

②混凝土用水泥、粉煤灰、矿粉采用储存罐单独储存，并做好标识，特别注意防止混料和防潮。

③碎石采用三级或两级配，碎石应分级采购、分级运输，分级储存堆放，分级计量，堆放高度不超过5m。

④不同混凝土原材料应有固定的堆放地点和明确的标识，标明材料名称、品种、生产厂家、和进厂（场）日期。原材料堆放时应有堆放分界标识，以免误用。骨料堆场地面应进行硬化处理，并设置必要的排水设施。

4.2 混凝土的生产

①索塔混凝土在开盘前均要测定砂、碎石含水率，根据含水率换算施工配合比通知单。混凝土生产过程中，天气变化和含水率明显变化时，应增加测定次数，依据检测结果及时调整用水量和砂、石用量。

②生产工序的计量电子称应定期检定，每一次混凝土浇筑前应进行零点校核。

③在配料工艺中，整个生产期间，每盘混凝土的各种组成材料的称量结果的偏差应满足粉料±1%，集料±2%，水和减水剂±2%的规定。

④混凝土开始浇筑时及生产过程中应对新拌混凝土的坍落度进行测定，当坍落度变化时，要及时调整用水量，避免出现坍落度偏大或偏小。在对坍落度测定时，同时观察混凝土拌和物的粘聚性和保水性。

⑤混凝土的搅拌时间最短不得低于120s。

⑥混凝土生产过程中，根据规范要求，对混凝土随机取样，按照JTJ053-94标准，制作试块，并按JTJ071-98标准规定的取样组数进行取样，并对混凝土的强度进行评定。根据强度试验结果绘制质量控制图。

4.3 混凝土的泵送

①混凝土泵启动后，应先泵送适量的水以湿润混凝土泵的料斗活塞及输送管的内壁等直接与混凝土接触部分。

②经泵送水检查，确定混凝土泵和输送管内无异物后，应泵送与混凝土内除粗骨料外的其它成分相同配合比的水泥砂浆，润滑的水泥浆必须泵送到模板之外。

③混凝土泵送连续进行（配备用混凝土泵），要尽量避免和缩短中断时间。

4.4 混凝土的浇筑、振捣

①按照常规，混凝土与浇筑前应对模板进行检查，要严格控制模板的清洁，模板在涂刷机油时，不得过厚和漏刷，机油的粘度不宜过大。并检查钢筋位置和保护层厚度是否准确，是否按要求固定好垫块，以免露筋。

②混凝土浇筑时自由倾落高度控制在1.5m以内，串筒和下料溜槽间距控制在2m左右，在浇筑塔柱上方设置一中央料斗采取多点同时布料工艺，混凝土分层浇筑厚度不宜超过20cm，避免混凝土离析、流动过远和产生过厚浮浆。

③使用插入式振捣器时，注意快插慢抽规则，应避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。振捣程序是先周围后中间，呈梅花形布点，并注意混凝土摊铺四周高中间低，以便把气泡尽量往中间赶出，避免聚集在模板处。并不得漏振、少振，又不能过振避免混凝土离析。

④混凝土浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑时间。

4.5 混凝土的养护

①掺粉煤灰、矿粉混凝土养护非常重要。在养护工序中，应控制混凝土处在有利于硬化及强度增长的温度和湿度环境中，使硬化后的混凝土具有必要的强度和耐久性。

②混凝土浇筑完毕后，在初凝以后，及时采用适当材料覆盖和洒水养护，洒水次数应维持混凝土表面湿润，拆模后立即在混凝土表面进行覆盖。

③当气温低于5℃时，应覆盖保温，不得向混凝土面上洒水。

④为了使混凝土颜色保持一致，养护用水采用自来水，避免污水养护。

⑤混凝土强度未达到2.5MPa前，不得使其承受行人、模板、支架及脚手架、堆放的钢筋等荷载。混凝土强度未达到15MPa前不得安装下道工序的钢筋，避免振动破坏待强混凝土。

⑥塔座、下塔柱施工正值冬季施工，为此专门设计了保温隔冷模板，混凝土浇筑完后，在模板顶口做好覆盖保温工作，并搭设暖棚。拆模后加强成品保护，防止混凝土表面受到污染，由于采取了以上混凝土的养护措施，冬季施工的下塔柱没有出现有害裂纹。

5 结语

大岳高速洞庭湖大桥203m高索塔C55混凝土分47次浇筑,索塔线性顺直混凝土表面平整光洁，垂直度、偏位情况以及混凝土的强度外观等均达到预期效果。

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[6]姚燕，等.高性能混凝土[M].北京：化学工业出版社，2006.

TU755.6

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1007-7359（2016）06-0058-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.022

刘朝强（1973-），男，贵州遵义人，毕业于长沙理工大学，工程师。