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【摘 要】本文以路桥工程为实例,从吊装方案、挖孔过程、混凝土底板的温控处理及钢架基础的处理进行了深入的分析。
【关键词】混凝土底板;施工技术;路桥与混凝土
Construction technology of a concrete road and bridge concrete
Kuai Xiao-shan
(Binhai County Highway Management Station Binhai Jiangsu 224500)
【Abstract】The article bridge project as an example, from the lifting program, the process of excavation, concrete and steel base plate temperature control processing based on processing conducted in-depth analysis.
【Key words】Concrete floor; Construction technology; Road and bridge and concrete
1. 概況
该路桥是修建的一座交通桥梁。该桥横跨河的桥面设计荷载为汽-20 挂-100 ,系单跨钢筋混凝土钢架拱桥桥净跨 60m ,采用预制吊装的方式建造,属少支架施工两头桥台底板分别支承在 10 根直径 1.8m 的混凝土挖孔桩上。我公司从方案的制定到工程的实施进行了以下处理。
2. 吊装方案的制定
该桥是一座中等跨度桥梁,由于河长年 2m 深的流水,不可能断流施工,原计划在两岸择地预制,用拖车把拱片拉至现场。吊装方式或采用缆索吊装、或采用架桥机安装,或在桥头立扒杆安装。然而这些吊装方式使用设备多,施工成本高;施工周期长,对环境影响大经分析认为:由于每块拱片分成几段预制,单块预制拱片重量仅 18t ,最大吊装高度也只有11m ,此类工程吊装无需动用大型设备,故我们摒弃了以上吊装方案,采取了以下措施:
图1
2.1 在河内辟导流渠进行施工导流,桥拱片分别在桥两头和基坑内预制。如此虽增加了围堰和河底清淤工作量,但省去了拱片的转运工序(根据现场地形拱片的转运十分困难),方便了吊装:
2.2 导流围堰构筑成低围堰,准备随时过流河的枯水期的最大流量约 20 m3/s ,汛期流量很大,即使施工围堰做的很高也难挡住汛期洪水,为此把其筑成低围堰,高出正常水位仅 lm ,采用维尼纶袋装土筑坝,做到小水不影响工程施工,大水让围堰过流二由于围堰基坑已考虑了洪水过流问题并进行了处理,不会对施工造成多大影响,洪水过后基坑抽干水即可继续施上。
2.3 打破传统的桥梁吊装模式,利用市区吊车数量多、调动方便的优势采用吊车吊装本次最多使用了 6 台吊车,基坑内使用 50t 履带吊安装重量大、高的拱片实腹段,两边桥头使用 2 台 40t 的汽车轮胎吊安装弦杆和撑腿实践证明本工程中采用吊车吊装方案吊装成本低,构件就位方便,安装速度快,在不到半个月的时间里桥的主要构件全部安装完成。
3. 挖孔过程中孔壁支护和流砂的防护
桥台挖孔桩处的地质状况上部为粘土加粉土,下部为粉土加细砂,其底部进人弱风化岩,渗透系数从 1.0×1.0- 5 ～1 .0 ×1.0-3cm / s 经计算单孔渗透流量约为 76m3/d 。为了保证开挖的安全,护壁拟采用 C25混凝土、壁厚 7cm 、间距 20cm8 钢筋进行支护,并对混凝土护壁厚度和侧壁涌砂问题进行了校核。
3.1 孔壁混凝土厚度校核(见图 l ) 依据 t ≥ kpD / 2fc。
式中: P—土和地下水对护壁的最大侧压力(N / m2)
P= rhtg2( 450-φ/2 ) + ( r -rw) ( H - h ) ×th2 ( 450-φ/2) + (H -h)rw
得P= 19.7KN / m2 ,
H = 10.8 -(-27 ) = 13 . sm
h = 10.8 -9.2 = 1.6m
φ—土的内摩擦角取240
r—土的重度( KN / m3 )
rw—水的重度( KN / m3 )
D—挖孔桩直径 D = 1.8m
Fc—混凝土的轴心抗压强度预计值。在此用混凝土强度。因加早强剂取 28d 设计强度的 40%
K—安全系数取 1.2 得 t=6.1(cm )
故壁厚 7cm 可满足施工要求。
3.2 对侧壁涌砂的处理。
在挖孔桩开挖的过程中,由子井内和周围地层的水头地下水由井外向井内渗流(见图 2 )。如动水压力 j≥r ' (土的重度),土粒则会处于浮动状态,在井底或井壁产生流砂现象。分析本工程中的动水压力为:
j = irw =( h ' + t ) / h '×rw = 1 1.9 / 10 .9 ×rw = 1 1Km/m2 > r 2, = 10Km/m2
从以上计算知在挖孔桩的开挖过程中必然会出现孔壁周围流砂不停地随水流人井内。对此我们先把长 2300mm 、间距 20cm 的φ16 的钢筋沿刚开挖的孔壁打人地下作为临时支护,并在钢筋外侧铺设土工布,防止细砂随水流人井内,紧接着进行混凝土护壁,当流砂量较大时则开挖 500mm 后即衬护,此种做法保证了开挖得以顺利进行。当然如果按照 Ran Kine 土压力理论计算,依靠少量钢筋支挡井下部的土压力和水压力是不能满足要求的,由于井形成过程中存在着“土拱效应”,将拱上的压力传递到周围的土体中,大大减少了土体对钢筋的压力。
图2
3.3 桥台混凝土底板的温控处理。
该路桥桥台底板长 22 . lm 、宽7.5m 、厚2.5m , C25 混凝土,底板支承在 10 根混凝土挖孔桩上。混凝土量虽不大,但底板使用高标号的泵送混凝土,水泥用量大,为确保安全仍把其作为大体积混凝土分析。其浇筑温度为 25 ℃ ,使用巢湖 42.5级水泥。
4.1 计算混凝土的绝热温升。
依 T( t ) =mcQ/Cp(1-e-mt)
式中 T ( t )—浇筑一定时间混凝土的绝热温升( ℃ )
't —天数
m —混凝土水泥用量(Kg/m 3 )
Q = 46lJ/Kg水泥水化热量
c —混凝土比热0.96(KJ/Kg )
p—混凝土的质量密度取2400Kg/m 3
m—经验系数取 0.384
Tm —实际温升( ℃ )
经计算得: T (3)= 49.2 ℃T (15) = 72 ℃
实际温升:依 Tm = T (t)ξ
(ξ一不同浇15d 取 0.38 ; 3d 取 0.65 )
得 3d 的实际温升介Tm =31. 98 ℃
15d 的实际温升 Tm = 27.36 ℃
4.2 计算混凝土底板收缩变形值。
依εy ( t ) =εyo ( 1-e -bt ) ×Ml×M2×M3×… … Mn
εy ( t )—混凝土任意时期的收缩变形值
εyo—混凝土最终收缩量=3.24×10-4
b—系数取 0.01
t—混凝土浇筑后计算天数
M1、M2 、M3 、… … Mn为修正系数
得εy (3) = 1.55×10- 5
εy (15) = 7.2× 10- 5
4.3 换算当量温度。
依 Ty (t)= εy (t)/a
Ty (t)一收缩当量温差。
A——混凝土浅膨胀系数取 1.0× 10- 5
Ty (3) = 1.5 ℃
Ty (15) = 7.2 ℃
4.4 计算各龄期混凝土的弹性模量。
依 E(t) = Ec ( l-e -0.09t)
其中 Ec——混凝土的最终弹性模量 2.80×10-4 N/mm2
得E (3) = 7.6×103N/mm2 ,
E (15) = 2.0 ×104N/mm2
4.5 计算混凝土的温度收缩应力。
先计算混凝土综合温差
依△ T = T0 + 2/3T (t) + Ty (t)-Th
△ T3 = 25 + 2/3 ×31.98 + 1.5-23 = 24.8 ( ℃ )
△ T15 = 25 + 27.36 + 7.2-23 = 36.56 ( ℃ )
计算混凝土的温度收缩应力
依σ=E (t)α△ T/1-Vc S(t)R
其中:σ——混凝土的温度收缩应力
△T——混凝土的综合温差绝对值
To——混凝土的浇筑入模温度
Tn ——混凝土浇筑完后达到的稳定温度-23 ℃
S (t)——松弛系数
R ——混凝土处的约束系数取 0.6 (底板受挖孔桩的约束)
Vc ——混凝土泊松比
其他符号同前σ3= 7 .6×104×1.0×10- 5 ×24.8/×0.186×0.6 = 0.25 < 0.33 (N/ mm2 ) (根据估算,此时 3d 的混凝土抗拉应力约为0.33 N/ mm2 )
σ3= 2.0 ×104 ×1.0×10- 5×36. 56 ×0. 233 ×0.6=1.2<1.3 ( N / mm2 )
根据计算结果知,浇筑后 3d 和 7d 的底板内部抗拉应力略高于混凝土收缩应力,混凝土底板不会出现裂缝,但为了保证安全,在底板中下部仍布置了小 25 钢管,接抽水机用水冷却,并采取了在混凝土表面铺麻袋的保温养护措施,桥台底板未出现混凝土裂缝。
5. 撑钢架基础的处理
拱片安装前,为了支承拱片重量,在河道设置了 5 排钢架,其中的一排钢架,设置在导流河道中间(见图 3 )。由于 3 月份的超常大雨,导流河中的支架底板地基被掏空。如重新修复混凝土基础,需重新进行导流,这项工作耗资大,工期长,施工困难,最后采用了抛石方法进行基础处理。
5.1 首先用吊车把倾斜的钢支撑架连同钢筋混凝土底板一次吊出,然后在该位置抛块石形成抛石基础,其顶宽 2m×2m ,厚 2m ,底宽约 4m × 4m 。
5.2 在块石顶部铺碎石找平。
5.3 把支架底板重新吊人抛石基础面,并在抛石前对抛石基础的承载力进行估算:
河底地基承载力约 50KN/m2 抛块石,其重量约 360kN 钢支撑及混凝土底板重量 70KN 橋拱片重约 140KN
σ=(360 + 70 + 140 )/(4×4)=35 < 50 ( KN / m2 ) ,表明地基可以承担以上荷载重量,整个工程吊装完成后的结果显示,拱片的最终沉陷仅 20mm ,说明此方法简单有效。
6. 结束语通过对该路桥的进一步分析和探讨,表明该方案里行之有效的,也保证了此工程工期的顺利进展。
[文章编号]1006-7619(2010)09-19-842
【关键词】混凝土底板;施工技术;路桥与混凝土
Construction technology of a concrete road and bridge concrete
Kuai Xiao-shan
(Binhai County Highway Management Station Binhai Jiangsu 224500)
【Abstract】The article bridge project as an example, from the lifting program, the process of excavation, concrete and steel base plate temperature control processing based on processing conducted in-depth analysis.
【Key words】Concrete floor; Construction technology; Road and bridge and concrete
1. 概況
该路桥是修建的一座交通桥梁。该桥横跨河的桥面设计荷载为汽-20 挂-100 ,系单跨钢筋混凝土钢架拱桥桥净跨 60m ,采用预制吊装的方式建造,属少支架施工两头桥台底板分别支承在 10 根直径 1.8m 的混凝土挖孔桩上。我公司从方案的制定到工程的实施进行了以下处理。
2. 吊装方案的制定
该桥是一座中等跨度桥梁,由于河长年 2m 深的流水,不可能断流施工,原计划在两岸择地预制,用拖车把拱片拉至现场。吊装方式或采用缆索吊装、或采用架桥机安装,或在桥头立扒杆安装。然而这些吊装方式使用设备多,施工成本高;施工周期长,对环境影响大经分析认为:由于每块拱片分成几段预制,单块预制拱片重量仅 18t ,最大吊装高度也只有11m ,此类工程吊装无需动用大型设备,故我们摒弃了以上吊装方案,采取了以下措施:
图1
2.1 在河内辟导流渠进行施工导流,桥拱片分别在桥两头和基坑内预制。如此虽增加了围堰和河底清淤工作量,但省去了拱片的转运工序(根据现场地形拱片的转运十分困难),方便了吊装:
2.2 导流围堰构筑成低围堰,准备随时过流河的枯水期的最大流量约 20 m3/s ,汛期流量很大,即使施工围堰做的很高也难挡住汛期洪水,为此把其筑成低围堰,高出正常水位仅 lm ,采用维尼纶袋装土筑坝,做到小水不影响工程施工,大水让围堰过流二由于围堰基坑已考虑了洪水过流问题并进行了处理,不会对施工造成多大影响,洪水过后基坑抽干水即可继续施上。
2.3 打破传统的桥梁吊装模式,利用市区吊车数量多、调动方便的优势采用吊车吊装本次最多使用了 6 台吊车,基坑内使用 50t 履带吊安装重量大、高的拱片实腹段,两边桥头使用 2 台 40t 的汽车轮胎吊安装弦杆和撑腿实践证明本工程中采用吊车吊装方案吊装成本低,构件就位方便,安装速度快,在不到半个月的时间里桥的主要构件全部安装完成。
3. 挖孔过程中孔壁支护和流砂的防护
桥台挖孔桩处的地质状况上部为粘土加粉土,下部为粉土加细砂,其底部进人弱风化岩,渗透系数从 1.0×1.0- 5 ～1 .0 ×1.0-3cm / s 经计算单孔渗透流量约为 76m3/d 。为了保证开挖的安全,护壁拟采用 C25混凝土、壁厚 7cm 、间距 20cm8 钢筋进行支护,并对混凝土护壁厚度和侧壁涌砂问题进行了校核。
3.1 孔壁混凝土厚度校核(见图 l ) 依据 t ≥ kpD / 2fc。
式中: P—土和地下水对护壁的最大侧压力(N / m2)
P= rhtg2( 450-φ/2 ) + ( r -rw) ( H - h ) ×th2 ( 450-φ/2) + (H -h)rw
得P= 19.7KN / m2 ,
H = 10.8 -(-27 ) = 13 . sm
h = 10.8 -9.2 = 1.6m
φ—土的内摩擦角取240
r—土的重度( KN / m3 )
rw—水的重度( KN / m3 )
D—挖孔桩直径 D = 1.8m
Fc—混凝土的轴心抗压强度预计值。在此用混凝土强度。因加早强剂取 28d 设计强度的 40%
K—安全系数取 1.2 得 t=6.1(cm )
故壁厚 7cm 可满足施工要求。
3.2 对侧壁涌砂的处理。
在挖孔桩开挖的过程中,由子井内和周围地层的水头地下水由井外向井内渗流(见图 2 )。如动水压力 j≥r ' (土的重度),土粒则会处于浮动状态,在井底或井壁产生流砂现象。分析本工程中的动水压力为:
j = irw =( h ' + t ) / h '×rw = 1 1.9 / 10 .9 ×rw = 1 1Km/m2 > r 2, = 10Km/m2
从以上计算知在挖孔桩的开挖过程中必然会出现孔壁周围流砂不停地随水流人井内。对此我们先把长 2300mm 、间距 20cm 的φ16 的钢筋沿刚开挖的孔壁打人地下作为临时支护,并在钢筋外侧铺设土工布,防止细砂随水流人井内,紧接着进行混凝土护壁,当流砂量较大时则开挖 500mm 后即衬护,此种做法保证了开挖得以顺利进行。当然如果按照 Ran Kine 土压力理论计算,依靠少量钢筋支挡井下部的土压力和水压力是不能满足要求的,由于井形成过程中存在着“土拱效应”,将拱上的压力传递到周围的土体中,大大减少了土体对钢筋的压力。
图2
3.3 桥台混凝土底板的温控处理。
该路桥桥台底板长 22 . lm 、宽7.5m 、厚2.5m , C25 混凝土,底板支承在 10 根混凝土挖孔桩上。混凝土量虽不大,但底板使用高标号的泵送混凝土,水泥用量大,为确保安全仍把其作为大体积混凝土分析。其浇筑温度为 25 ℃ ,使用巢湖 42.5级水泥。
4.1 计算混凝土的绝热温升。
依 T( t ) =mcQ/Cp(1-e-mt)
式中 T ( t )—浇筑一定时间混凝土的绝热温升( ℃ )
't —天数
m —混凝土水泥用量(Kg/m 3 )
Q = 46lJ/Kg水泥水化热量
c —混凝土比热0.96(KJ/Kg )
p—混凝土的质量密度取2400Kg/m 3
m—经验系数取 0.384
Tm —实际温升( ℃ )
经计算得: T (3)= 49.2 ℃T (15) = 72 ℃
实际温升:依 Tm = T (t)ξ
(ξ一不同浇15d 取 0.38 ; 3d 取 0.65 )
得 3d 的实际温升介Tm =31. 98 ℃
15d 的实际温升 Tm = 27.36 ℃
4.2 计算混凝土底板收缩变形值。
依εy ( t ) =εyo ( 1-e -bt ) ×Ml×M2×M3×… … Mn
εy ( t )—混凝土任意时期的收缩变形值
εyo—混凝土最终收缩量=3.24×10-4
b—系数取 0.01
t—混凝土浇筑后计算天数
M1、M2 、M3 、… … Mn为修正系数
得εy (3) = 1.55×10- 5
εy (15) = 7.2× 10- 5
4.3 换算当量温度。
依 Ty (t)= εy (t)/a
Ty (t)一收缩当量温差。
A——混凝土浅膨胀系数取 1.0× 10- 5
Ty (3) = 1.5 ℃
Ty (15) = 7.2 ℃
4.4 计算各龄期混凝土的弹性模量。
依 E(t) = Ec ( l-e -0.09t)
其中 Ec——混凝土的最终弹性模量 2.80×10-4 N/mm2
得E (3) = 7.6×103N/mm2 ,
E (15) = 2.0 ×104N/mm2
4.5 计算混凝土的温度收缩应力。
先计算混凝土综合温差
依△ T = T0 + 2/3T (t) + Ty (t)-Th
△ T3 = 25 + 2/3 ×31.98 + 1.5-23 = 24.8 ( ℃ )
△ T15 = 25 + 27.36 + 7.2-23 = 36.56 ( ℃ )
计算混凝土的温度收缩应力
依σ=E (t)α△ T/1-Vc S(t)R
其中:σ——混凝土的温度收缩应力
△T——混凝土的综合温差绝对值
To——混凝土的浇筑入模温度
Tn ——混凝土浇筑完后达到的稳定温度-23 ℃
S (t)——松弛系数
R ——混凝土处的约束系数取 0.6 (底板受挖孔桩的约束)
Vc ——混凝土泊松比
其他符号同前σ3= 7 .6×104×1.0×10- 5 ×24.8/×0.186×0.6 = 0.25 < 0.33 (N/ mm2 ) (根据估算,此时 3d 的混凝土抗拉应力约为0.33 N/ mm2 )
σ3= 2.0 ×104 ×1.0×10- 5×36. 56 ×0. 233 ×0.6=1.2<1.3 ( N / mm2 )
根据计算结果知,浇筑后 3d 和 7d 的底板内部抗拉应力略高于混凝土收缩应力,混凝土底板不会出现裂缝,但为了保证安全,在底板中下部仍布置了小 25 钢管,接抽水机用水冷却,并采取了在混凝土表面铺麻袋的保温养护措施,桥台底板未出现混凝土裂缝。
5. 撑钢架基础的处理
拱片安装前,为了支承拱片重量,在河道设置了 5 排钢架,其中的一排钢架,设置在导流河道中间(见图 3 )。由于 3 月份的超常大雨,导流河中的支架底板地基被掏空。如重新修复混凝土基础,需重新进行导流,这项工作耗资大,工期长,施工困难,最后采用了抛石方法进行基础处理。
5.1 首先用吊车把倾斜的钢支撑架连同钢筋混凝土底板一次吊出,然后在该位置抛块石形成抛石基础,其顶宽 2m×2m ,厚 2m ,底宽约 4m × 4m 。
5.2 在块石顶部铺碎石找平。
5.3 把支架底板重新吊人抛石基础面,并在抛石前对抛石基础的承载力进行估算:
河底地基承载力约 50KN/m2 抛块石,其重量约 360kN 钢支撑及混凝土底板重量 70KN 橋拱片重约 140KN
σ=(360 + 70 + 140 )/(4×4)=35 < 50 ( KN / m2 ) ,表明地基可以承担以上荷载重量,整个工程吊装完成后的结果显示,拱片的最终沉陷仅 20mm ,说明此方法简单有效。
6. 结束语通过对该路桥的进一步分析和探讨,表明该方案里行之有效的,也保证了此工程工期的顺利进展。
[文章编号]1006-7619(2010)09-19-842