常泰長江大橋6#墩鋼沉井井壁水下混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計及社會經(jīng)濟效益

(中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇 南京 210015)

1 工程概況

常泰過江通道位于泰興市和常州市，在常州的公路接線為江宜高速段，起點在安家互通，在泰興的公路接線是過江通道以北的寧通高速段，止于泰興東部互通和廣陵樞紐間。常泰長江大橋（跨江段）工程位于泰州長江公路大橋與江陰長江公路大橋之間，距離泰州大橋約28.5km，距離江陰大橋約30.2km。工程項目采用高速公路、普通公路外加城際鐵路三種交通運輸方式相結(jié)合，跨江工程主航道橋采用142+490+1176+490+142=2440m雙層斜拉橋。

常泰長江大橋起自泰興市六圩港大道，跨長江主航道，經(jīng)錄安洲，跨夾江，止于常州市新北區(qū)港區(qū)大道，路線全長10.03公里，公鐵合建段長5299.2米，普通公路接線長4730.8米，其中5#墩、6#墩是主墩，基礎(chǔ)均采用鋼沉井結(jié)構(gòu)。

6#墩鋼沉井總高度64m，共分10 節(jié)。其中第1～第6節(jié)鋼沉井標準斷面隔艙面積1572.97m2，第7～第10節(jié)鋼沉井標準斷面隔艙面積887.6m2。井壁水下混凝土灌注高度25.0m。

2 井壁水下混凝土施工難點

沉井混凝土性能是決定深水環(huán)境下超大跨徑懸索斜拉橋梁關(guān)鍵基礎(chǔ)能否施工的關(guān)鍵。井壁是沉井的重要組成部分，對于沉井的下沉具有擋土和擋水作用，還可依靠本身重量對土和井壁之間產(chǎn)生的摩擦發(fā)揮阻力作用。在沉井混凝土水下作業(yè)時，混凝土在水中垂直下落數(shù)十米后橫向擴展，從而填充沉井與江底地質(zhì)之間的間隙。普通混凝土因固相之間的密度差異，遇水極易出現(xiàn)固相分離、水泥等膠凝材料嚴重流失等問題，從而導(dǎo)致水下澆筑的混凝土尤其是表層混凝土強度損失達50%甚至更高，在后續(xù)施工時需清除15～45cm的表層水下混凝土，造成材料的嚴重浪費和地質(zhì)基礎(chǔ)長期承載力不足。此外，水下澆筑混凝土流動性與穩(wěn)定性難以協(xié)同，流動性差使得流動距離受限，尤其在充滿障礙物的空間極易引起澆筑不密實、頂面高低不平等問題，難以達到要求的埋深，進而引起滲水、側(cè)傾甚至沉井失敗等事故。因此，在井壁內(nèi)有橫隔板及角鋼支撐和水的情況下，如何保證混凝土自密實、不脫開，成為井壁水下混凝土配合比設(shè)計需要研究的課題。

因此，提出了不分散混凝土與自密實混凝土相結(jié)合的方案。實際施工中采用的方案如下：首盤混凝土采用不分散混凝土，灌注高度1m，正常灌注混凝土為水下自密實混凝土。

3 井壁水下混凝土技術(shù)參數(shù)

3.1 混凝土原材料的技術(shù)要求

在沉井井壁水下，混凝土采用揚州海螺P.O42.5普通硅酸鹽水泥，鎮(zhèn)江諫壁電廠F類Ⅰ級粉煤灰，江西贛江Ⅱ區(qū)中砂河砂，細度模數(shù)控制在2.3-3.0，含泥量不大于3.0%，二級配碎石，符合5mm和20mm范圍內(nèi)連續(xù)級配，大小石比例根據(jù)實際情況調(diào)整；膠凝材料使用總量不超過500kg/m3，水膠比不超過0.42，礦物摻合料用量不小于30%?；炷涟韬陀盟稀痘炷涟韬陀盟畼藴省返囊?guī)定。采用江蘇蘇博特新材料生產(chǎn)的PCA-Ⅰ高保坍聚羧酸減水劑和SBT-NDA抗分散劑材料。

3.2 混凝土配合比的技術(shù)要求

井壁水下混凝土應(yīng)具有不離析、自流平、長時間可工作性、自密實性以及間隙通過性等屬性，且硬化后體積穩(wěn)定性良好，混凝土中有害物含量符合相關(guān)標準限值要求，氯離子含量不大于0.1%（按照膠凝材料質(zhì)量計算），其堿含量不大于3.0kg/m3，三氧化硫含量不宜超過4.0%。

水下自密實混凝土的出機性能，出機擴展度580-680mm，T500擴展時間3-8s，J環(huán)障礙高差≤25mm，倒置坍落度筒排空時間控制在2-6s，離析率不宜超過15%?；炷?小時性能，擴展度要求在500-650mm，倒置坍落度筒排空時間控制在6s以內(nèi)。混凝土拌和物未出現(xiàn)離析、泌水等現(xiàn)象，且具有良好的穩(wěn)定性，混凝土凝結(jié)時間＞14h。

混凝土長齡期性能，7d抗壓強度≥16MPa，28d抗壓強度≥36MPa，56d抗壓強度大于或等于45MPa；28d電通量不宜超過1800C，56d電通量不超過1000C；28d收縮率控制在3.5×10-4以內(nèi)，56d收縮率不大于4.0×10-4。混凝土收縮率測試方法是混凝土在標準試驗條件下成型完畢，帶模養(yǎng)護3d，脫模后密封，立刻移入恒溫恒濕收縮室內(nèi)，待恒溫后進行初始長度測量，并測試各齡期試件的長度，計算出收縮率。

4 井壁水下混凝土灌注

鋼沉井第1～第6節(jié)標準斷面隔艙面積1572.97m2，分為28個獨立艙。依照分艙四周對稱的順序?qū)λ禄炷吝M行灌注，對鋼沉井均衡加載提供有效保障。兩艘拌合船共計4根布料桿，每艘拌合船負責1個隔艙的正常灌注，第一次井壁水下混凝土灌注18個隔倉，分9個循環(huán)完成，第二次井壁水下混凝土灌注10個隔倉，分5個循環(huán)完成。

首盤混凝土灌注利用1m3+7.5m3混凝土儲料斗儲料，待2個儲料斗內(nèi)儲滿混凝土后，在1m3儲料斗處拔球，同時打開7.5m3儲料斗活門，拌和船上的布料桿對儲料斗內(nèi)進行不間斷供料，保持混凝土始終通過儲料斗和導(dǎo)管灌注到水下，成功完成對首批混凝土的灌注工作，之后拆除大小料斗，在導(dǎo)管內(nèi)下放低壓探照燈，觀察導(dǎo)管接頭及導(dǎo)管焊縫處漏水情況，若無漏水，即可開始井壁水下混凝土正常灌注。

5 料斗選型和布置

5.1 料斗選型

井壁水下灌注料斗由一個7.5m3大料斗和一個1m3小料斗組成，大料斗用于水下混凝土灌注時首盤混凝土灌注施工，大料斗加小料斗的總?cè)萘坎恍∮谑妆P混凝土方量。首盤混凝土灌注完成后將其拆除，直接在導(dǎo)管內(nèi)進行補料。

首盤混凝土方量按公式計算：

式中：

R—導(dǎo)管作用半徑，取3m；

d—導(dǎo)管直徑，取0.261m；

Hc—首盤混凝土方量灌注高度，取0.6m；

h1—艙內(nèi)混凝土高度達到Hc時，導(dǎo)管內(nèi)的混凝土柱和管外水壓相互平衡的高度，

γw—沉井內(nèi)水的容重，為10kN/m3；

rc—混凝土拌和物容重，按規(guī)定的24kN/m3取值；

Hw—艙內(nèi)水面與首批混凝土錐體重心的高度，

H0—隔艙內(nèi)水面至刃腳混凝土頂面高度，取28.5m；

計算得，h1=11.8m，V=6.3m3。

大料斗加小料斗的總?cè)萘?.5m3，滿足要求。

大料斗與料斗灌注架在工廠內(nèi)加工成整體，小料斗底口焊接法蘭，與灌注導(dǎo)管的法蘭匹配。

5.2 料斗布置

井壁水下混凝土灌注導(dǎo)管下放到位后，開始安裝灌注料斗，由于底節(jié)鋼沉井水平角鋼桁架焊接與水平環(huán)板之上，故吊斗安裝前需進行抄墊，采用鋼板抄墊，抄墊高度不小于10cm，先安裝小料斗，小料斗通過法蘭與導(dǎo)管連接，再安裝大料斗，大料斗底座需居中布置，安裝到位后，將大料斗底座與鋼沉井臨時固定，確保首盤混凝土灌注過程中大料斗的穩(wěn)定。

6 結(jié)語

常泰長江大橋6#墩鋼沉井井壁水下混凝土澆筑順利，如果全部采用不分散混凝土，混凝土澆筑效果會更好，但混凝土成本會增加至少1.5倍。正是由于采用了不分散混凝土與自密實混凝土的結(jié)合，才在降低混凝土成本的基礎(chǔ)上保證了混凝土的質(zhì)量。