BETONGBROKONSTRUKTION: över och under

cirka en mil norr om St.Louis Gateway Arch har besättningar varit upptagna med att bygga ett annat stort landmärke för greater St. Louis-området.
vid två tredjedelar av bågens höjd stannade den nya kabeldragna Mississippi River Bridge mellan St. Louis och St.Clair County, sjuk., kommer inte på något sätt att överskugga det ikoniska landmärket för regionen. Men, på sitt eget sätt, den nya bron kommer att avsevärt påverka resor inom Missouri och Illinois och över hjärtat av Amerika.

massproduktion
I slutet av 2009 tilldelades huvudprojektet ett joint venture av Massman Construction Co., Traylor Brothers Inc. och Alberici konstruktörer för 229 miljoner dollar. Detta projekt inkluderade en 2771 fot bro med en 1500 fot huvudspann och två 400 fot höga deltaformade torn. Den nya bron skulle kräva uppskattningsvis 50 000 kubikmeter betong. När den är klar kommer den nya bron att vara den tredje längsta kabelhållna spännvidden i USA.
nästan två år efter byggandet av den nya Mississippi River Bridge når de två tornen för att stödja huvudspänningen på den kabeldragna bron över Mississippi bara 175 fot över vatten.
de två föregående åren har spenderats på att lägga betongen som behövs för de två 400 fot tornen, placerade 1500 fot från varandra på Mississippis stränder. Som ett isberg är mycket av betongen som behövs för att ge stöd till dessa massiva torn dolda under vattnets turbulenta yta, sällan, om någonsin, att ses av flodresenärer.
var och en av de två tornen består av sex 12-ft-diam. borrade axlar som går igenom cirka 70 ft silt och lera i cirka 20 ft kalksten. En 13 fot djup tätningskurs når toppen av den borrade axeln och fungerar som en tätning för den massiva kistan. Tornfoten, vardera 20 fot djup, 55 fot bred och 88 fot lång, är den största av massbetongplaceringarna på projektet. Tornbasen, som stiger omkring 70 ft över foten till basen av brodäcket, sitter ovanpå den massiva foten.
dessa två huvudtorn måste inte bara bära broens vikt och den förväntade Interstate trafiken, utan också motstå möjliga jordbävningar, pråmkollisioner och de höga vindarna som förekommer längs Mississippi. För att göra tornen tillräckligt robusta för att på ett adekvat sätt uppfylla alla dessa krav införlivade ingenjörer en enorm mängd armeringsstål i grundkonstruktionerna. Varje tornfundament innehåller mer än 1,9 miljoner lb armeringsstål—det mesta 21?4 in. i diameter.
denna tätt packade bana av armeringsstål fick smeknamnet” kanarieburen ” av många av arbetarna på projektet, eftersom stålet placerades så nära att en kanarie inte kunde passa mellan staplarna. Mängden stål hade en betydande inverkan på att räkna betongmängderna för stiftelsen.
” normalt inkluderar du inte volymen av armeringsstålet i fundament i en betonghällning eftersom det är obetydligt. När det gäller dessa fundament motsvarade armeringsstålet 100 cu yd betong i volym”, säger Chris Kelly, Missouri Department of Transportation (MoDOT) senior construction inspector för huvudspänningen.
att transportera och placera betong för dessa två fundament kom också med utmaningar. Först var den stora mängden betong som måste hällas på en gång. Varje foundation pour, den största av projektet, involverade mer än 3600 cu yd betong. Varje grund måste vara en kontinuerlig häll. Den första foundation pour, för tornet på Illinois-sidan, tog 43 timmar. Besättningar började tidigt på en tisdag morgon och hällde genom onsdag och in tidigt torsdag morgon. Sedan besättningar lärde sig på den första massiva hällen tog den andra hällen, för tornet på Missouri-sidan, nästan 36 timmar.
” när hällen börjar är du engagerad och det går inte att vända tillbaka”, säger Tom Tavernaro, projektingenjör med joint venture.
när arbetare förberedde sig för dessa massiva häller var planering nyckeln till framgång. Ingenjörer höll ett prepour-planeringsmöte med alla nyckelpersoner för att säkerställa att alla inblandade förstod hällplanen och visste hur man skulle hantera eventuella händelser.
betong för denna massiva häll levererades av ett joint venture av lokala betongproducenter. De två företagen gjorde många förberedelser för denna ihållande häll. Först gjorde de försökssatser för att försäkra att betongen skulle nå den minsta 6,000-psi-tryckhållfastheten, men ändå vara lätt att pumpa och flyta smidigt runt det överbelastade armeringsstålet. Betongen levererades av två växter-en på vardera sidan av Mississippifloden. På så sätt, om åtkomst från en anläggning blockerades av trafik, kunde hällen fortsätta smidigt. En tredje anläggning var i beredskap vid en uppdelning i en av de två huvudanläggningarna.
alla rutter för lastbilarna måste planeras för att undvika trafik och förseningar vid järnvägsövergångar. Extra skiftförare togs på, och extra lastbilar var i standby, om det behövdes. Varje detalj för den massiva hällen, inklusive var lastbilarna vände sig, där prover togs för testning och var lastbilarna skulle städa ut, planerades noggrant för att förhindra förseningar.
planering för eventualiteter lönat sig för Illinois tower pour. Lastbilar flödade stadigt till projektet, men blockerades av ett tåg som korsade vägbanan klockan 2 och stannade vid en kritisk järnvägsövergång. Även om det fanns en bra mängd betong redan på plats, var det tillräckligt tidigt i hällen att besättningarna behövde kontakta järnvägen för att få tåget flyttat. Som det var, raden av fyllda betongbilar väntar på att komma till häll backas upp ungefär en halv mil innan tåget kunde flyttas bort från korsningen.
processen för den massiva hällen var också noggrant planerad. Två betongpumpbilar placerades på flodstranden, med en reservpumpbil som stod vid en uppdelning. Besättningarna installerade tillfälliga gångbroar för att hålla det slick line-röret för att transportera betongen till tornen. En placeringsbom på tornet hjälpte besättningarna att rikta betongen till grunden. Ingenjörer bestämde ett mycket specifikt placeringsmönster för att säkerställa att all betong kunde placeras utan att ha kalla fogar. De bestämde att en minsta hällhastighet på 100 cu yd per timme i cirka 2 fot lager krävdes för att säkerställa att hela grunden var ett kontinuerligt betongblock.
för att säkerställa att betongen flödade smidigt runt de massiva mängderna armeringsstål optimerade ingenjörerna blandningen med en fyrkomponentblandningsblandning med hög nedgång. De tillsatte polykarboxylat högvattenreducerare för att öka nedgången från 10 in. till 11 i. utan aggregerad segregering.
“du får bara ett skott på att göra hällen rätt och du behöver en spelplan som alla spelare är ombord med”, säger Tavernaro.

termiskt skydd
med denna massiva mängd betong som placerades på en gång var en annan stor oro termisk kontroll för betongen. Ingenjörer ville undvika att betongens utsida skulle svalna snabbare än insidan. För att förhindra det var de tvungna att hålla en temperaturskillnad på mindre än 40 kg.
designteamet använde en trekantig attack för att förhindra termisk sprickbildning. Planen, utvecklad av CTL-gruppen Skokie, sjuk., inkluderade en prestandabaserad temperaturskillnadsgräns som fastställde en kurva för tillåtna temperaturskillnader mellan kärnan och utsidan, beroende på betongens styrka.
för det första använde ingenjörer en speciell betongblandning som genererade mindre värme. De ersatte 70% av cementet i blandningen med en slipad granulerad masugnsslagg, en blandning som inte vanligtvis används. Eftersom slaggblandningen har en lägre hydratiseringsvärme än cement begränsar den betongens topptemperatur. Att använda slaggen skapade sina egna utmaningar, eftersom blandningar som denna tenderar att vara mindre stabila. Ingenjörer behövde se till att blandningarna var konsekventa—särskilt när man beaktar blandningens luftinträngning och slumpkonsistens. En konsekvent blandning behövs för att säkerställa konsekventa styrkor, bearbetbarhet och flöde. Inspektörerna genomförde en mycket reglerad kvalitetskontroll och kvalitetssäkringsplan, både på anläggningen och på plats för att se till att betongen uppfyllde alla önskade kvalitetsstandarder.
för det andra använde teamet kylrör för att minska värmen i hällens kärna. Crews placerade plaströr varje 5 ft vertikalt och horisontellt genom massan pour. Ett kontinuerligt flöde av nästan 40 msk Mississippifloden vatten kontinuerligt pumpas genom rören för att suga bort värme från insidan av massan häller. När betongen kyldes tillräckligt, skars rören av för att vara jämn med fundamentet och fylldes med en injekteringsblandning.
slutligen lindade arbetare stora termiska filtar runt formerna och utskjutande förstärkning i slutet av varje häll. Dessa termiska filtar hindrade utsidan av betongen från att svalna för snabbt. Sensorer inbäddade i betongen låter ingenjörerna övervaka betongens hållfasthetsvinster och aktuell temperatur. Detta såg till att betongen inte överskred temperaturskillnadsgränsen under härdningsperioden. Dessa tre metoder lyckades eliminera sprickbildning i grunden för den nya bron.
med arbetet under vattnet slutfört och utmaningarna med att placera massiva mängder betong bakom dem kommer besättningar som arbetar på bron att se en hel del framsteg under de närmaste åren. Arbetet på tornen kommer att pågå i ytterligare sex månader, och sedan börjar arbetarna ansluta balkar och kablar som behövs för däcket. Arbetet för projektet förblir enligt schema och besättningarna ser fram emot början av 2014, då den första trafiken kommer att korsa den nya bron—ett projekt som kommer att komplettera Gateway Arch på St.Louis stadssilhuett. R& B