Betonbro konstruktion: over og under

omkring en kilometer nord for St. Louis Portbuen har besætninger haft travlt med at konstruere et andet stort vartegn for greater St. Louis-området.
på to tredjedele af højden af buen, Den nye kabel-opholdt Mississippi River Bridge mellem St. Louis og St. Clair County, syg., vil på ingen måde overskygge det ikoniske vartegn for regionen. Men på sin egen måde vil den nye bro betydeligt påvirke rejser inden for Missouri og Illinois og over hjertet af Amerika.

masseproduktion
i slutningen af 2009 blev hovedprojektet tildelt et joint venture af Massman Construction Co., Traylor Brothers Inc. og Alberici Constructors for 229 millioner dollars. Dette projekt omfattede en bro på 2.771 fod med en hovedspænding på 1.500 fod og to 400 fod høje delta-formede tårne. Den nye bro ville kræve anslået 50.000 cu yd beton. Når den er færdig, vil den nye bro være det tredje længste kabelstag i USA.
næsten to år inde i opførelsen af den nye Mississippi River Bridge når de to tårne, der understøtter hovedspændet på kabelbroen over Mississippi, lige 175 fod over vandet.
de foregående to år er blevet brugt på at lægge den nødvendige beton til de to 400 ft tårne, placeret 1.500 ft fra hinanden på bredden af Mississippi. Som et isbjerg er meget af den beton, der er nødvendig for at yde støtte til disse massive tårne, skjult under vandets turbulente overflade, sjældent, hvis nogensinde, at blive set af flodrejsende.
hver af de to tårne består af seks 12-ft-diam. borede aksler, der går igennem omkring 70 ft silt og mudder i omkring 20 ft kalksten. En 13 fod dyb tætningskurs når toppen af den borede aksel og fungerer som en tætning til den massive cofferdam. Tårnfodene, hver 20 ft dyb, 55 ft bred og 88 ft lang, er den største af massebetonplaceringerne på projektet. Tårnbasen, der stiger omkring 70 ft over foden til bunden af brodækket, sidder oven på den massive fod.
disse to hovedtårne skal ikke kun bære broens vægt og den forventede mellemstatlige trafik, men også modstå mulige jordskælv, pramkollisioner og de kraftige vinde, der er fremherskende langs Mississippi. For at gøre tårnene robuste nok til tilstrækkeligt at opfylde alle disse krav indarbejdede ingeniører en enorm mængde armeringsstål i fundamentdesignene. Hvert tårnfundament indeholder mere end 1,9 millioner lb armeringsstål—det meste af det 21?4 i. i diameter.
denne tætpakkede bane af armeringsstål fik tilnavnet “kanarieburet” af mange af arbejderne på projektet, da stålet blev placeret så tæt, at en kanariefugl ikke kunne passe mellem stængerne. Mængden af stål havde en betydelig indflydelse på at finde de konkrete mængder til fundamentet.
” normalt inkluderer du ikke volumenet af armeringsstålet i fundamenter i en betonhældning, fordi det er ubetydeligt. I tilfælde af disse fundamenter svarede armeringsstålet til 100 cu yd beton i volumen,” sagde Chris Kelly, Missouri Department of Transportation (MoDOT) seniorkonstruktionsinspektør for hovedspændet.
transport og placering af beton til disse to fundamenter kom også med udfordringer. Først var den enorme mængde beton, der måtte hældes ad gangen. Hver foundation pour, den største af projektet, involverede mere end 3.600 cu yd beton. Hvert fundament skulle være en kontinuerlig hældning. Den første foundation pour, for tårnet på Illinois-siden, tog 43 timer. Besætninger startede tidligt en tirsdag morgen og hældte gennem onsdag og ind tidligt torsdag morgen. Siden besætningerne lærte om den første massive hældning, tog den anden hældning til tårnet på Missouri-siden næsten 36 timer.
” når hældningen begynder, er du engageret, og der er ingen vej tilbage,” sagde Tom Tavernaro, projektingeniør med joint venture.
da arbejderne forberedte sig på disse massive strømme, var planlægning nøglen til succes. Ingeniører afholdt et prepour-planlægningsmøde med alt nøglepersonale for at sikre, at alle involverede forstod pour-planen og vidste, hvordan de skulle håndtere eventuelle uforudsete forhold.
beton til denne massive hældning blev leveret af et joint venture af lokale betonproducenter. De to virksomheder lavede mange forberedelser til denne vedvarende hældning. For det første lavede de prøvebatcher for at sikre, at betonen ville nå minimum 6.000 psi trykstyrke, men alligevel være let at pumpe og strømme glat omkring det overbelastede armeringsstål. Betonen blev leveret af to planter—en på hver side af Mississippi-floden. På den måde, hvis adgangen fra et anlæg blev blokeret af trafik, kunne hældningen fortsætte glat. Et tredje anlæg var i standby i tilfælde af sammenbrud i et af de to hovedanlæg.
alle ruter til lastbilerne skulle planlægges for at undgå trafik og forsinkelser ved jernbaneovergange. Ekstra skift chauffører blev bragt på, og ekstra lastbiler var på standby, hvis det var nødvendigt. Hver detalje for den massive hældning, herunder hvor lastbilerne vendte sig om, hvor der blev taget prøver til test, og hvor lastbilerne skulle rense ud, blev omhyggeligt planlagt for at forhindre forsinkelser.
planlægning af uforudsete udgifter betalte sig for Illinois tårn pour. Lastbiler strømmede støt til projektet, men blev blokeret af et tog, der krydsede kørebanen klokken 2 og stoppede ved en kritisk jernbaneovergang. Selvom der allerede var en god mængde beton på stedet, var det tidligt nok i hældningen, at besætningerne havde brug for at kontakte jernbanen for at få toget flyttet. Som det var, linjen med fyldte betonvogne, der ventede på at komme til hældningen, bakkes op omkring en halv mil, før toget kunne flyttes væk fra krydset.
processen for den massive hældning blev også omhyggeligt planlagt. To betonpumpevogne blev placeret på flodbredden, med en backup pumpe lastbil stående ved i tilfælde af sammenbrud. Besætningerne installerede midlertidige gangbroer for at holde det glatte rør for at transportere betonen til tårnene. En placeringsbom på tårnet hjalp besætningerne med at lede betonen til fundamentet. Ingeniører bestemte et meget specifikt placeringsmønster for at sikre, at al beton kunne placeres uden at have kolde samlinger. De fastslog, at der kræves en minimumshastighed på 100 cu yd i timen i cirka 2 ft lag for at sikre, at hele fundamentet var en kontinuerlig betonblok.
for at sikre, at betonen flød jævnt omkring de massive mængder armeringsstål, optimerede ingeniører blandingen med en fire-komponent aggregatblanding med en høj nedgang. De tilføjede polycarboksylat høj rækkevidde vand reducer for at øge nedgangen fra 10 i. til 11 i. uden samlet adskillelse.
“Du får kun et skud på at gøre hældningen rigtigt, og du har brug for en spilplan, som alle spillerne er ombord med,” sagde Tavernaro.

termisk beskyttelse
da denne massive mængde beton blev placeret på et tidspunkt, var en anden stor bekymring den termiske kontrol for betonen. Ingeniører ønskede at undgå, at ydersiden af betonhældningen afkøles hurtigere end indersiden. For at forhindre det måtte de opretholde en temperaturforskel på mindre end 40 liter.
designteamet brugte et trestrenget angreb for at forhindre termisk revnedannelse. Planen, udviklet af CTL-gruppen af Skokie, syg., inkluderet en ydelsesbaseret temperaturforskelgrænse, der etablerede en kurve med tilladte temperaturforskelle mellem kerne-og udvendige overflader, afhængigt af betonens styrke.
først brugte ingeniører en speciel betonblanding, der genererede mindre varme. De erstattede 70% af cementen i blandingen med en jordgranuleret højovnsslagge, en blanding, der ikke er almindeligt anvendt. Da slaggblandingen har en lavere hydratiseringsvarme end cement, begrænser den betonens toptemperatur. Brug af slaggen skabte sine egne udfordringer, da blandinger som denne har tendens til at være mindre stabile. Ingeniører havde brug for at sikre, at blandinger var konsistente—især når man overvejer blandingens luftinddragelse og nedgangskonsistens. En ensartet blanding er nødvendig for at sikre ensartede styrker, bearbejdelighed og strømning. Inspektører gennemførte en meget regimenteret kvalitetskontrol-og kvalitetssikringsplan, både på fabrikken og på stedet for at sikre, at betonen opfyldte alle de ønskede kvalitetsstandarder.
for det andet brugte holdet kølerør til at reducere varmen i kernen af hældningerne. Besætninger placeret plastrør hver 5 ft lodret og vandret gennem massen hælde. En kontinuerlig strøm af næsten 40 liter Mississippi-flodvand blev kontinuerligt pumpet gennem rørene for at sifon væk varme fra indersiden af massen hælder. Når betonen afkølet nok, blev rørene afskåret for at være lige med fundamentet og fyldt med en fugemasse.
endelig viklede arbejderne store termiske tæpper rundt om formularerne og fremspringende forstærkende i slutningen af hver hældning. Disse termiske tæpper forhindrede ydersiden af betonen i at køle for hurtigt. Sensorer indlejret i betonen lader ingeniørerne overvåge betonens styrkegevinster og aktuelle temperatur. Dette sørgede for, at betonen ikke overskred temperaturforskellen i hærdningsperioden. Disse tre metoder lykkedes at eliminere revner i grundlaget for den nye bro.
med arbejdet under vandet afsluttet og udfordringerne ved at placere massive mængder beton bag dem, vil besætninger, der arbejder på broen, se store fremskridt i de næste par år. Arbejdet med tårnene varer cirka seks måneder, og derefter begynder arbejderne at forbinde bjælkerne og kablerne, der er nødvendige til dækket. Arbejdet med projektet forbliver planlagt, og besætningerne ser frem til begyndelsen af 2014, hvor den første trafik krydser den nye bro—et projekt, der supplerer Portbuen på St. Louis city skyline. R&B