大截面橋梁立柱自密實混凝土側(cè)壓力理論計算與試驗數(shù)據(jù)分析

宋煒卿 （上海建工七建集團有限公司，上海200000）

1 工程概況

羅蘊河大橋主墩立柱為啞鈴型單柱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，柱截面為2.5m×7.5m且四直角為250mm直倒角，墩柱高度8.147m，混凝土理論方量為234.2m3。如圖1所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮抗震的因素，縱橫向水平箍筋的疊加再加上拉鉤的布置，使得短邊方向的水平鋼筋在整個立面布置幾乎密布，如采用普通混凝土施工很難確保施工質(zhì)量。因此確定采用自密實混凝土，利用自密實混凝土良好的流動性和填充性，降低混凝土澆筑難度和確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

圖1 主墩立柱平面幾何尺寸示意圖

2 自密實混凝土對模板側(cè)壓力測試的目的

由于根據(jù)《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS 203：2006）自密實混凝土側(cè)壓力的計算依據(jù)是根據(jù)流體力學(xué)進行考慮。按此理論計算，則混凝土構(gòu)件側(cè)壓力與構(gòu)件高度成正比。但是筆者認為，無論采用何種混凝土，其側(cè)壓力僅與混凝土初凝速度及澆筑施工速度有關(guān)，因此進行本次側(cè)壓力試驗的主要目的有兩點，即確保羅蘊河大橋主墩立柱的混凝土澆筑質(zhì)量和驗證柱模板設(shè)計的合理性，并積累相關(guān)數(shù)據(jù)為今后的自密實混凝土施工提供指導(dǎo)。

3 模板設(shè)計

考慮到經(jīng)濟性和可實施性，羅蘊河大橋主墩立柱定型鋼模板的設(shè)計按2倍的普通混凝土的側(cè)壓力取值。

根據(jù)《建筑施工計算手冊》，新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，按下列公式計算，并取其中的較小值:

其中新澆混凝土的初凝時間4.0h；混凝土的澆筑速度取1.5m/h；模板計算高度，取8.20m；外加劑影響修正系數(shù)，取1.2；混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取1.15。

根據(jù)公式（1）計算出F=35.7kN/m2

根據(jù)公式（2）計算出F=196.8kN/m2

根據(jù)規(guī)范取兩者的較小值，即新澆混凝土對模板的側(cè)壓力為F=35.7kN/m2，

按兩倍的側(cè)壓力計算取：F=71.4kN/m2，同時考慮振搗、傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載分別為4.0kN/m2與2.0kN/m2。理論計算出作用與模板的最大側(cè)壓力為：F=77.4kN/m2

根據(jù)計算結(jié)果確定立柱一次性澆筑模板體系：面板為6mm鋼板；模板豎楞為[8號槽鋼，間距0.3m；長邊方向圍檁為雙拼[22槽鋼，間距0.6m；短邊方向圍檁為雙拼[28槽鋼，間距0.6m；長邊方向設(shè)置2道對拉螺栓，對拉螺栓為φ25圓鋼，間距0.6m；短邊方向中間設(shè)置1道對拉螺栓，對拉螺栓為φ25圓鋼，間距0.6m；斜角對拉螺栓采用JL25精軋螺紋鋼。如圖2所示。

圖2 模板設(shè)計平面圖

4 側(cè)壓力測試方案

現(xiàn)澆混凝土側(cè)壓力測試的主要設(shè)備是壓力盒，壓力盒采用標(biāo)準(zhǔn)雙膜結(jié)構(gòu)，體內(nèi)充填不含氣體的專用介質(zhì)，測試精度高。

圖3 壓力盒及609頻率讀數(shù)儀

壓力盒選定一根高度差不多高的立柱進行自密實澆筑側(cè)壓力測試，壓力盒布置在立柱短邊側(cè)面，側(cè)面沿立柱高度方向埋深2層，共計6個。壓力盒布置示意如圖4所示。

5 現(xiàn)場測試及結(jié)果分析

5.1 現(xiàn)場測試

立柱混凝土采用汽車泵澆筑，串筒下料，混凝土自2012年6月18日下午15：45開始澆筑，至20:20結(jié)束，歷時4小時35分鐘。立柱混凝土平均澆筑速度為1.8m/h。

通過對混凝土現(xiàn)場測試，其坍落擴展度平均值為650mm，初凝時間為3小時。

圖4 壓力盒布置示意圖

5.2 測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果，混凝土的側(cè)向壓力主要與混凝土的澆筑速度和高度有關(guān)，具體測試數(shù)據(jù)如圖5、圖6、圖7。

圖5 0.3m高處側(cè)壓力值與時間關(guān)系曲線圖

圖6 2.3m高處側(cè)壓力值與時間關(guān)系曲線圖

圖7 4.3m高處側(cè)壓力值與時間關(guān)系曲線圖

5.3 結(jié)果分析

1）混凝土澆筑過程中，模板的側(cè)壓力變化與澆筑高度近似線性變化。當(dāng)混凝土澆筑到頂部時，底部混凝土基本初凝，其對模板的側(cè)壓力迅速降低?？闯龌炷翆δ０宓膫?cè)壓力與入模速度、和單位時間內(nèi)的澆筑高度密切相關(guān)。

2）自密實混凝土對模板的最大側(cè)壓力非液體壓力，鋼筋的阻擋和混凝土黏聚性的物理特性削弱了混凝土的流動性，從而降低了對模板的側(cè)壓力。

3）根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，自密實混凝土對模板的最大側(cè)壓力在立柱高度的約1/3處，與普通混凝土有類似之處。

6 分析比較

通過對自密實混凝土模板側(cè)壓力的測試，模板側(cè)壓力最大值平均為：58.2kN/m2，根據(jù)當(dāng)時澆筑的工況和混凝土的特性計算理論側(cè)壓力，新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，按下列公式計算，并取其中的較小值:

其中新澆混凝土的初凝時間3.0h；混凝土的澆筑速度取1.8m/h；模板計算高度，取8.20m；外加劑影響修正系數(shù)，取1.2；混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取1.15。

根據(jù)公式（3）計算出F=29.3kN/m2

根據(jù)公式（4）計算出F=196.8kN/m2

根據(jù)規(guī)范取兩者的較小值，即新澆混凝土對模板的側(cè)壓力為F=29.3kN/m2，同時考慮振搗、傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載分別為4.0kN/m2與2.0kN/m2。理論計算出作用與模板的最大側(cè)壓力為：F=35.3kN/m2

即實測值為理論計算值的1.65倍左右。

7 結(jié)論

通過此次自密實混凝土對模板側(cè)壓力的現(xiàn)場測試，并分析試驗數(shù)據(jù)后，得出主要的結(jié)論是：自密實混凝土的側(cè)壓力大于普通混凝土，約為1.65倍。原因是自密實混凝土的流動性較大，構(gòu)件鋼筋對混凝土的流動性約束減弱。另外自密實混凝土對模板的側(cè)壓力與澆筑速度和初凝時間有關(guān)，無需按流體力學(xué)進行計算。

最后，筆者還有下列體會和建議：

1）自密實混凝土對模板的側(cè)壓力取值宜為普通混凝土的1.7-1.8倍，并綜合考慮施工現(xiàn)場工況條件，掌握好混凝土的初凝時間。

2）自密實混凝土有良好的流動性，因此模板設(shè)計中應(yīng)加強對模板拼縫部位的節(jié)點處理，防止漏漿。

[1]自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

[2]自密實混凝土模板側(cè)壓力測試方法研究 張嘉新 高小建 王子龍 朱衛(wèi)中