濟(jì)南黃河特大橋大體積承臺混凝土施工控制

■ 景兆德 但唐進(jìn) 古燕

京滬高速鐵路濟(jì)南黃河特大橋位于濟(jì)南市區(qū)西外環(huán)，主橋橋墩位于黃河主河道內(nèi)，其設(shè)計為京滬高速鐵路和太青客運(yùn)專線四線共建。主橋大體積承臺4個，橋墩承臺為長方體，承臺平面尺寸為42.5 m×23.3 m，承臺高度為6 m。承臺混凝土量為6 000 m3，如施工和養(yǎng)護(hù)不當(dāng)將造成承臺混凝土內(nèi)外溫差很高，產(chǎn)生溫度裂縫，引起質(zhì)量事故。

1 機(jī)理分析

大體積承臺混凝土用量大，結(jié)構(gòu)橫截面面積大，水化熱不能及時釋放，易造成混凝土芯部溫度過高。當(dāng)混凝土芯部溫度與表面溫差過大時，混凝土內(nèi)部形成裂縫。裂縫是因混凝土干縮、溫縮變形受到約束作用引起的約束拉伸開裂。混凝土隨溫度、濕度變化產(chǎn)生脹縮變形，收縮變形受約束作用產(chǎn)生拉應(yīng)變和拉應(yīng)力，拉應(yīng)變或拉應(yīng)力超過混凝土承耐能力即產(chǎn)生裂紋?；炷两Y(jié)構(gòu)在施工期及以后使用中，因溫度、濕度變化并由此引發(fā)收縮變形很常見，而收縮變形受外部、內(nèi)部約束作用在所難免。混凝土抗拉伸能力很弱，因此容易出現(xiàn)收縮裂縫。水泥水化熱大，混凝土放熱，其內(nèi)部溫度變化使?jié)穸纫伯a(chǎn)生變化。若混凝土芯部溫度與表面溫度控制不當(dāng)將出現(xiàn)干縮、溫縮變形，產(chǎn)生裂縫。有些混凝土裂縫是“表面性”的，對工程結(jié)構(gòu)的承載能力或使用功能暫無任何影響，但不能保證混凝土的耐久性；有些裂縫具有“結(jié)構(gòu)性”，使表面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、使用功能或工程整體性能受到某種損害，個別裂縫將會對混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)滲水、溶蝕或誘發(fā)鋼筋銹蝕，損壞結(jié)構(gòu)使用功能或降低工程耐久性?；炷亮芽p是影響工程質(zhì)量的重要因素之一，必須控制好大體積承臺混凝土的施工準(zhǔn)備、澆筑和養(yǎng)護(hù)過程，確保工程質(zhì)量。

2 大體積承臺混凝土施工

混凝土水化熱是因其內(nèi)部膠凝材料水化化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，其中水泥放熱量最大。因此，混凝土配比在保證其強(qiáng)度等性能指標(biāo)前提下，降低水泥用量可從根本上降低混凝土芯部溫度，讓混凝土以較低的溫度入模?；炷琉B(yǎng)護(hù)期間，通過混凝土內(nèi)部預(yù)埋的冷卻管，利用循環(huán)水降低混凝土芯部溫度。因此，混凝土配比、混凝土生產(chǎn)和養(yǎng)護(hù)施工是大體積承臺混凝土質(zhì)量控制的3個重要環(huán)節(jié)，其中養(yǎng)護(hù)施工尤為重要。

2.1 前期混凝土配合比

大體積承臺混凝土在保證其強(qiáng)度和坍落度的前提下，應(yīng)盡量提高礦物摻和料和集料含量，降低每立方米混凝土的水泥用量。在施工許可條件內(nèi)，應(yīng)盡可能降低用水量，減小水灰比，減少水泥總發(fā)熱量，降低混凝土芯部溫度。摻入礦物摻和料可提高混凝土的抗?jié)B性，延長使用壽命。

膠凝材料漿體組成中，集料含量越大，混凝土收縮值越小。集料體積在68%～70%時，對收縮的影響最敏感。從減少混凝土收縮角度看，集料體積大于70%時最有利。適當(dāng)?shù)纳奥蕦刂苹炷亮芽p有積極作用，混凝土的收縮隨砂率的增大而增大，過高的砂率使混凝土結(jié)構(gòu)表層產(chǎn)生較厚的砂漿層，不利于控制混凝土裂縫。

采用最佳粗集料級配，避免使用粒徑分布集中、中間粒級顆粒少的粗集料。采用少量小粒級石子調(diào)整級配，使其級配曲線接近級配要求下限，且含有一定量的2.5～10 mm集料時，可在一定程度上減少混凝土的收縮。同時選用合適的減水劑，減少混凝土用水量，在保證混凝土流動性的前提下，可以減少水泥用量。減水劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補(bǔ)償功能，提高混凝土的抗裂性。減水劑的運(yùn)用可改善混凝土的和易性，方便施工。

通過多次混凝土試配，確定水膠比為0.38?；炷猎牧嫌昧恳姳?，混凝土性能見表2。

混凝土含氣量為5.1%，未出現(xiàn)泌水現(xiàn)象?；炷翐胶狭蠐搅枯^大，初始混凝土前期水化發(fā)熱量較小，有利于混凝土養(yǎng)護(hù)溫度的控制，避免出現(xiàn)混凝土溫度裂縫。

2.2 大體積混凝土施工

根據(jù)設(shè)計要求，承臺分2次澆筑，每層澆筑2 m。承臺混凝土芯部預(yù)理水管，通過循環(huán)冷卻水降低混凝土芯部溫度。冷卻在混凝土澆筑完成后進(jìn)行，可有效控制因混凝土內(nèi)外溫差引起的結(jié)構(gòu)物開裂。

（1）冷卻管布設(shè)。冷卻水管采用直徑25 mm的鋼管，按蛇形排列，水平管距為1.0 m，分上、中、下3層，并通過立管連接?；炷翝仓斑M(jìn)行冷卻管漏水試驗(yàn)，確保冷卻管暢通、不漏水。提前對冷卻水進(jìn)行沉淀處理，避免水中雜質(zhì)堵塞冷卻管，影響水流量。水流量根據(jù)混凝土內(nèi)外溫差確定，一般為20 L/min。

（2）測溫片布置。為真實(shí)體現(xiàn)混凝土溫度，并得到可靠數(shù)據(jù)，混凝土澆筑時應(yīng)設(shè)專人預(yù)埋測溫管。測溫線應(yīng)按測溫平面布置圖預(yù)埋，預(yù)埋時測溫管與鋼筋應(yīng)綁扎牢固，避免產(chǎn)生位移或損壞。在每組測溫線中的3根線上部用膠帶進(jìn)行標(biāo)記，以利于區(qū)分深度。測溫線用塑料帶罩好，綁扎牢固，避免測溫端頭受潮。在測溫線位置用保護(hù)木框進(jìn)行標(biāo)志，便于查找。在承臺上布置9個測溫點(diǎn)，每個測溫點(diǎn)預(yù)埋4個測溫片，4個測溫片位置距承臺底部分別為50、130、210、290 mm。

表1 混凝土原材料用量 kg

表2 混凝土性能

（3）混凝土澆筑?；炷劣昧魁嫶?，原材料應(yīng)準(zhǔn)備充足，檢查攪拌設(shè)備和澆筑設(shè)備。對混凝土攪拌用水溫度進(jìn)行測試，夏季施工利用井水?dāng)嚢杌虬韬退颖M(jìn)行降溫處理，保證混凝土較低的出倉溫度，并及時澆筑入模。冬季施工應(yīng)對原材料與拌和水采取保暖加溫措施?；炷翝仓捎梅謱訚仓绞?，第一層澆筑完成后，在混凝土還未初凝時澆筑第二層，如此逐層連續(xù)澆筑。這種澆筑方式適用于平面尺寸不大的結(jié)構(gòu)，澆筑從短邊開始，沿長邊推進(jìn)，必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間澆筑。澆筑混凝土?xí)r，每臺泵車的出灰口處配置1～2臺振搗器，由于混凝土的坍落度較大，在1.5 m厚的底板內(nèi)可斜向流淌1 m左右。2臺振搗器主要負(fù)責(zé)斜向流淌混凝土的振搗密實(shí)，另外2～4臺振搗器主要負(fù)責(zé)上部混凝土的振搗。由于混凝土坍落度較大，其表面鋼筋的下部出現(xiàn)水分，或鋼筋上部表層混凝土出現(xiàn)細(xì)小裂縫。為防止出現(xiàn)這種裂縫，混凝土初凝前和混凝土預(yù)沉后采取二次抹面壓實(shí)措施?，F(xiàn)場每澆筑100 m3制作2組試塊，不足100 m3的制作2組養(yǎng)護(hù)試件，養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)記錄同條件下的養(yǎng)護(hù)溫度。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)。溫度和濕度是保證混凝土強(qiáng)度的2個重要因素。溫度是保證混凝土強(qiáng)度的重要條件之一，濕度也不能忽視，其對低水灰比混凝土的影響大于對高水灰比混凝土的影響。因?yàn)榈退冶然炷琉B(yǎng)護(hù)時，如果混凝土內(nèi)部水泥水化消耗的水補(bǔ)充不及時，將出現(xiàn)自干燥收縮，導(dǎo)致外層混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使混凝土表面出現(xiàn)裂紋?；炷脸跄髴?yīng)及時進(jìn)行表面全部覆蓋養(yǎng)護(hù)。冷卻管冷卻水開始循環(huán)，利用循環(huán)水對混凝土表面澆水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每2～4 h澆水一次，遇到大風(fēng)或酷熱天氣增加澆水次數(shù)。每2 h對混凝土芯部溫度、表面溫度、土工布養(yǎng)護(hù)溫度和循環(huán)水進(jìn)出溫度進(jìn)行測試，以便調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施。當(dāng)混凝土芯部溫度與表面溫度溫差過大時，加大循環(huán)水流量，以降低混凝土芯部溫度。

（5）測溫結(jié)果。濟(jì)南黃河特大橋主橋1#墩承臺第一次澆筑測溫結(jié)果為混凝土芯部最高溫度58 ℃，出現(xiàn)時間在澆筑完成約88 h，養(yǎng)護(hù)期間混凝土芯部溫度與表層溫度溫差為15 ℃。通過觀察，承臺混凝土表面未出現(xiàn)破壞性裂縫，混凝土質(zhì)量優(yōu)良。養(yǎng)護(hù)14 d混凝土芯部溫升見圖1，混凝土芯部與表層溫差分析見圖2。

3 結(jié)束語

在濟(jì)南黃河特大橋大體積承臺混凝土施工中，混凝土合理的配比、混凝土澆筑質(zhì)量、大體積承臺混凝土養(yǎng)護(hù)是三大重要施工環(huán)節(jié)。控制好這三大施工環(huán)節(jié)，澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)表面無蜂窩、麻面和裂縫等?，F(xiàn)場制取混凝土抗壓試件強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，混凝土構(gòu)件采用超聲波回彈法檢測，強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，無有害裂紋。大體積承臺混凝土施工應(yīng)選擇合理的施工工藝和混凝土養(yǎng)護(hù)，減少溫度裂紋產(chǎn)生。