整体式预制墩身海工清水混凝土施工关键技术

整体式预制墩身海工清水混凝土施工关键技术

龙勇1,2  ,丁永红3  ,李健刚1  ,盖珂瑜1,2 ,付少英1

1.中铁大桥局集团有限公司  湖北 武汉 430050   2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室 湖北 武汉 430034   3.武汉晨曦人力资源有限公司 湖北 武汉  430079

摘  要：为满足某跨海大桥整体式预制墩身清水混凝土施工要求，本文通过优选原材料、优化混凝土配合比，配制的混凝土色差小、稳定性好，力学性能、耐久性能满足设计及规范要求；采用复合不锈钢模板，通过优化模板设计、精细制造加工，优选脱模剂，对钢筋工程、模板处理、混凝土工程等关键工艺进行系统控制，浇筑的混凝土表面平整光滑、色泽均匀，达到清水混凝土“内实外美”的目标。

关键词：整体式；预制墩身；海工清水混凝土；配合比；关键技术

1工程概况及施工难点

某跨海大桥主线起于富翅互通，跨越富翅门水道，主线全长27.969km，跨海桥梁长度17.355km。墩身采用预制空心墩，根据高度分节预制，现场安装，全桥预制墩身共368个（694个节段），设计为C45海工高性能混凝土，高度11.157～49.672m不等，由底节、中节和顶节构成。

底节:由底部“金钟罩+标准断面”结构组成底部“金钟罩”结构高度5.3m(3+2.3m)上部为等截面标准结构。中节:均为等截面标准结构,各类节段高度成不规则变化节段高度范围为5～18.7m；顶节:由“墩帽+标准断面”结构组成，墩帽高度4.5m各类墩身墩顶平面尺寸固定，节段高度范围为5～17.1m，成不规则变化。

施工难点：本项目墩身设计为C45海工混凝土，强度等级较高，高度大、混凝土截面厚度较大，对混凝土耐久性及抗裂性能要求高；采用分节预制施工，对钢筋定位及保护层控制要求高，部分节段采用环氧涂层钢筋，对钢筋的保护要求高。

2清水混凝土配合比设计

2.1原材料优选

预制墩身清水混凝土要求具有耐久性好、色泽均匀及抗裂要求高等特点，混凝土应具有良好的流动性及抗离析性、色差小。清水混凝土表面的颜色很大程度受原材料颜色的影响，为使混凝土达到光洁亮白、色泽均匀的感官效果，原材料质量和外观颜色尽量均匀统一，且应以“浅色”为主，胶凝材料颜色由深到浅依次为：水泥（灰色）、粉煤灰（灰白色）、矿渣粉（米黄色）、石粉（白色）。

2.2配合比设计

针对当前市场磨细灰、燃油灰、脱硫灰等日益增加，导致混凝土表面容易出现漂黑、漂油等外观质量问题。为避免粉煤灰质量波动影响混凝土外观质量，配合比采用“尽可能降低粉煤灰掺量”的清水混凝土配合比技术路线。配合比见表1。

表1 C45混凝土配合比情况一览表

混凝土施工性能控制：混凝土坍落度控制150～210mm，扩展度400～550mm，倒坍落度筒排空时间2～8s，坍落度2h经时变化≤20mm，扩展度2h经时变化≤50mm，含气量2～4%，初凝时间为8～10h。

混凝土的力学性能及耐久性能见表2。

表2 C45混凝土配合比力学性能及耐久性能

3脱模剂比选

针对当前工程常用的钢模板、贴不锈钢模板制作小模型和大模型试验，模板面板采用8mm热轧钢板，横肋采用80*8mm扁钢。小模型试验墩尺寸为30cm×30cm×60cm，模板采用M20螺栓进行连接；大模型试验墩尺寸为100cm×100cm×200cm，采用M25精轧螺纹钢筋作为体外拉杆。

3.1小模型比选试验

采用配合比2，选取4种不同脱模剂：湖北诺克蕾的NT/K-16水性脱模剂、湖南金华达的EP-2油性脱模剂、HD-1型模板漆和上海花王丽石的50水性脱模剂。施工工艺参数如表3所示。

表3施工工艺参数及拆模效果

不同脱模剂拆模后的混凝土外观如图1所示。由图可知，采用水性脱模剂的脱模效果最好，油性脱模剂的脱模效果次之，模板漆的脱模效果最差，其中花王丽石50水性脱模剂脱模后的混凝土基本无肉眼可见气泡，表面平整光滑，诺克蕾NT/K-16水性脱模剂脱模后的混凝土小气泡多，大气泡较少，金华达EP-2油性脱模剂脱模后的混凝土气泡较少，表面较粗糙，且采用水性脱模剂和油性脱模剂的混凝土表面颜色均为白色，颜色均匀，而采用模板漆的混凝土表面颜色偏黄，有大气泡，局部有黑迹，表面光滑。

图1不同脱模剂拆模后混凝土外观（从左往右依次为花王丽石50、HD-1模板漆、诺克蕾NT/K-16、金华达EP-2）

3.2大模型验证试验

采用6mm厚不锈钢模板制作模型，模型尺寸为1m×1m×2m，选用上海花王丽石的50水性脱模剂，稀释比例为1:3，用压力喷壶自上而下、先边缘后中间方式喷涂，喷涂完干燥2h后开始浇筑混凝土，混凝土采用泵送浇筑方式；进行不同配合比的大模型验证试验，施工工艺参数如表4所示。

表4施工工艺参数及拆模效果

拆模后混凝土外观情况：掺粉煤灰的色泽基本一致，气泡较少；掺石粉的整体颜色为浅白色，表面光滑，手感细腻，表面基本无肉眼可见气泡，整体质量相对更优；但考虑到项目部拌和站粉料罐数量有限，配合比1因为粉煤灰掺量较小、颜色为灰白色，质量总体可控，综合考虑，后续实体工程的生产使用仍采用配合比1。

4施工工艺

清水混凝土施工工艺主要包括钢筋工程、模板工程、混凝土生产运输、混凝土浇筑振捣、拆模养护等。

4.1钢筋工程

本项目钢筋包括普通钢筋和环氧涂层钢筋，环氧涂层钢筋是本项目钢筋工程的难点，本文仅介绍环氧涂层钢筋施工。

环氧涂层钢筋存放、运输、加工、安装等过程中需注意对环氧涂层钢筋的防护。现场贮存期应尽量缩短，一般不宜超过三个月，同时应采用不透光的黑色塑料布包裹，施工使用时才能打开包装以避免因紫外线照射引起涂层的褪色和表面粉化；堆放时，钢筋与地面之间，钢筋捆与钢筋捆之间应以宽木条隔开，且堆放层数不宜超过5层；运输过程中采用不透明黑塑料进行包裹并且与环氧钢筋接触部位垫以柔软材料对涂层钢筋进行保护。钢筋吊装时，吊索采用高强度的尼龙带，避免强力挤压、撞击和滑动损坏涂层。为保证环氧钢筋的绑扎连接的牢固和不损坏涂层，应采用专用的包胶铅丝。当环氧钢筋涂层有损坏时，应及时修补，修补前，应检查其受损情况面积，受损面积不应超过每lm长环氧涂层钢筋总体表面积的0.05%，修补后的涂层厚度应不低于250um，不大于450um。所有钢筋扎丝均应朝内，保护层允许偏差为正偏差，且不应＞5mm。

4.2模板工程

模板及支架受力体系委托有资质的设计单位设计，专业厂家加工制造，采用全钢模结构形式，无拉杆设计。模板主要分为：外侧模、内模及顶底模具三个部分，外侧模面板采用“8+1”mm复合不锈钢板，底节“金钟罩”外侧模采用“U形模板桁架体系+自动开合模系统”设计，沿横轴线分为两套大型“U”模板桁架，模板合、开模采用滑移系统控制；标准截面模板采用“大块模板(6m)”分节吊装组拼、拆除方式；顶帽模板定高设计，采用大块模板分节组拼、拆除。具体结构形式如图3所示。

            （a）底节              （b）标准节            （c）    顶帽         

图3模板结构形式示意图

底模金钟罩模板采用自动开合式模板，通过纵横移方式实现安拆；中节标准节和顶帽模板采用现场逐块吊装方式，实现模板安拆。模板拼装支立前，先精确调整底模位置及平整度，而后按模板编号进行安装，模板拼缝间夹双面胶粘密封（双面胶一定要平直），模板拼装要确保轴线、高程符合设计要求，模内应干净无杂物，拼装应平整严密。

脱模剂采用上海花王丽石50水性脱模剂，脱模剂母液：水为1:3。采用压力喷涂方式，脱模剂应喷涂均匀，不得出现流坠、斑点及分层等现象，且不得污染钢筋。

4.3混凝土工程

原材料控制：混凝土原材料应分批进行检测，检测合格方可使用；胶凝材料除了检测常规的物理力学性能，还应每批留样对比材料“色差”，主要是采用透明广口瓶对胶凝材料留样比色，混凝土施工性能每月验证不少于1次，施工性能应与配合比设计时基本一致。

混凝土拌和运输：拌正式生产前，外加剂应搅拌均匀，应对搅拌机、输送皮带、搅拌车中的积水、废料等进行清理；严格按照配合比施工，搅拌时间≮120s；夏季高温期间需加冰拌和，片冰和粗骨料同时投入搅拌设备；严格执行首盘混凝土性能鉴定制度，重点检查混凝土的坍落度、扩展度、含气量、出机温度等性能，性能合格稳定后方可连续生产。

混凝土布料规划：浇筑前，应做好布料点的规划，各节段布料点如图4所示。布料间距不得大于2.5m，混凝土下料应对称下料，尽量沿四周钢筋均匀布料，防止边缘低，保证混凝土的匀质性，避免较大色差；下料高度应小于2m，避免水泥浆飞溅，污染模板及钢筋。

图4预制墩身布料点示意图

振捣：振捣根据墩身结构均匀分区，每个区域不少于2人，定岗定责，混凝土应在振捣棒或小木棒上设置分层厚度控制标识，分层厚度控制在30～50cm范围内；浇筑过程时，应逐车观测混凝土的施工性能，不得有分层、离析等现象；严禁出现振捣棒“赶料”、贴模振捣、漏振、过振、欠振等现象；混凝土浇筑时，应保持浇筑的连续性，避免出现冷缝和随意留置施工缝。混凝土浇至顶面标高时，应检查浮浆厚度，进行二次人工抹面。

养护：试验墩身混凝土浇筑完成后1h内开始养护，顶面覆盖塑料薄膜和土工布进行保水养护，带模养护不少于2天，混凝土同条件试件强度应＞10MPa方可拆模，拆模时应避开大风天气；拆模后，采用自动喷淋系统进行养护14天，严格控制混凝土芯表温差、养护水与混凝土表面温差；当气温低于5℃时，不得向混凝土表面洒水，应采取保温养护，即先在墩身外侧包裹薄膜，再包裹保温布；养护完毕，将墩身移入成品存放区。具体详见图5。

（a）自动喷淋养护        （b）冬季防风保温         （c）清水混凝土成品

图5混凝土养护、防风保温及成品情况

5结语

本文采用“尽可能降低粉煤灰掺量”的清水混凝土配合比技术路线，提出混凝土关键性能指标，配制出性能良好、色泽均匀的混凝土；通过模型试验，提出了适用于清水混凝土用的脱模剂及使用方法；从原材料质量控制、钢筋工程、模板工程、混凝土工程等进行系统控制，优化了清水混凝土施工工艺；浇筑的混凝土表面平整光滑、色泽均匀，达到清水混凝土“内实外美”的目标，推动了桥梁海工清水混凝土技术发展。

参考文献

[1]张兴志,朴泷,余允锋,方明山.跨海桥梁大型预制墩身施工关键技术[J]桥梁建设,2020年第50卷第5期:113～118.

[2]李韩林,翁梦琪.清水混凝土施工技术要点[J]建材发展导向,2021, 19(10):146～147.

[3]汪华文,吴柯,秦明强,胡骏,袁波.掺石灰石粉清水混凝土表观质量与性能研究[J]施工技术，2021,50(9):16～19.

[4]魏斌建.桥梁工程清水混凝土施工技术分析[J]工程建设与设计,2021,(12):170～171,174.

[5]张栋梁,唐建华.南京南站清水混凝土表观质量施工控制研究[J]铁道工程学报,2012(1),1:88～93.

[6]JGJ 169-2009,清水混凝土应用技术规程[s].

龙勇，1984~，高级工程师，从事高性能混凝土材料方向的相关研究，邮箱：282613711@qq.com。