武佐河特大橋大體積混凝土施工溫度控制

熊邵輝，黃明非

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

1 工程概況

武佐河特大橋主橋?yàn)?78m+380m+178m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，主塔承臺(tái)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)(圖1)，尺寸 33.8m ×22.2m ×5m，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C40混凝土，總方量為3751.8m3屬于大體積混凝土，一次性澆筑完成。承臺(tái)澆筑時(shí)間為2013年1月3日09:00～1月7日下午18:00，澆筑時(shí)間105h。主塔塔座為棱臺(tái)形，分左右幅，單幅塔座底面尺寸為17.5m×14.5m，頂面尺寸為15.8m ×12.8m，塔座高3m，左右幅共計(jì)混凝土方量約為1433.7m3。右幅塔座混凝土澆注24h，左塔座澆筑21h。

圖1 武佐河特大橋承臺(tái)示意圖(單位:cm)

2 溫度控制的目標(biāo)

由于大體積混凝土澆注后內(nèi)外溫差導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)變，但結(jié)構(gòu)物的約束阻止這種應(yīng)變，從而產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。因此溫度監(jiān)控目的是控制大體積混凝土內(nèi)外溫差，把裂縫控制在某個(gè)界限內(nèi)或防止溫度裂縫的產(chǎn)生。具體目標(biāo)如下:

1)控制大體積混凝土內(nèi)部升溫速率，降低最高溫升;

2)控制大體積混凝土內(nèi)部降溫速率，使其內(nèi)外溫差在允許范圍內(nèi);

3)控制大體積混凝土的基礎(chǔ)溫差和上下層溫差，以防止其出現(xiàn)貫穿性裂縫和層間裂縫。

3 溫度控制的措施

產(chǎn)生溫度裂縫的因素主要有水泥品種、混凝土配合比、外界溫度、外部約束條件和混凝土收縮變形等。因此溫度控制的措施也主要從優(yōu)化配合比、控制入模溫度、采用分層澆注施工、養(yǎng)護(hù)時(shí)采取循環(huán)水控溫等方面來控制內(nèi)外溫差。

3.1 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

水泥水化熱是引起混凝土溫升的主要因素，在保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下應(yīng)盡可能地減少水泥用量。同時(shí)要求選用低水化熱的普硅水泥，并根據(jù)試驗(yàn)室的試驗(yàn)數(shù)據(jù)摻入一定量的粉煤灰以降低發(fā)熱量。外加劑要采用緩凝型的外加劑，使混凝土內(nèi)部的溫峰值推后。

3.2 合理分層澆筑

通過合理劃分大體積混凝土澆筑塊的層厚，可以利用澆筑塊的層面進(jìn)行散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。武佐河特大橋大體積混凝土澆筑劃分為6個(gè)區(qū)域，每次澆筑層厚40cm。同時(shí)采取兩次振搗、兩次抹面的工藝，以提高混凝土的密實(shí)度和抗裂性。

3.3 降低入模溫度

控制混凝土原材料的溫度，選擇混凝土的澆筑時(shí)間，降低混凝土的入模溫度。武佐河特大橋承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)間在1月，外界氣溫平均達(dá)7℃，混凝土入模溫度控制在17℃以下。塔座澆筑時(shí)間是在5月，外界平均氣溫達(dá)25℃，由于采取地下水沖洗碎石及砂，水泥溫度降至22℃，左右塔座入模溫度均在25℃以下。

3.4 循環(huán)水控溫

承臺(tái):豎直方向冷卻水管布置為4層，每層均采用3根進(jìn)水管，3根出水管，進(jìn)出水管均在混凝土內(nèi)預(yù)埋，并通循環(huán)冷卻水，冷卻水管的間距為1m。

塔座:豎直方向冷卻水管布置為3層，每層均采用2根進(jìn)水管，2根出水管，進(jìn)出水管均在混凝土內(nèi)預(yù)埋，并通循環(huán)冷卻水，冷卻水管的間距為1m。

根據(jù)實(shí)測(cè)混凝土內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，調(diào)整水流速度和循環(huán)水水溫，在溫度上升期控制混凝土內(nèi)部升溫速率，降低最高溫升。在溫度下降期控制混凝土內(nèi)部降溫速率。

3.5 外層混凝土保溫

武佐河特大橋大體積混凝土外層保溫采用雙層塑料薄膜包裹，防止熱量向外擴(kuò)散造成外層混凝土溫度下降。冬季施工承臺(tái)時(shí)頂面均采用溫水養(yǎng)護(hù)，并搭棚采用點(diǎn)鎢燈進(jìn)行加溫。

4 溫度監(jiān)控的實(shí)施

4.1 溫度計(jì)算

分別將武佐河特大橋承臺(tái)、左塔座、右塔座混凝土的實(shí)際參數(shù)代入溫度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，即可估算出相應(yīng)大體積混凝土最大水化熱絕對(duì)溫升值。計(jì)算如下:

1)承臺(tái):

式中:T'max為最大水化熱絕對(duì)溫升值，℃;mc為每1m3混凝土水泥用量，kg/m3;Q為每千克水泥水化熱量，可取290kJ/kg(普通425號(hào)水泥);C為混凝土的比熱，在 0.84 ～1.05 之間，可取 0.96kJ/(kg·℃);ρ為混凝土的質(zhì)量密度，kg/m3，取2450kg/m3。

則混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算公式如下:

1)承臺(tái):

式中:T0為混凝土的入模溫度，℃。

4.2 實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)是通過對(duì)埋入混凝土中的溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，得到混凝土不同部位溫度數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握不同部位溫度變化趨勢(shì)。并配合施工單位采取有針對(duì)性的溫控措施，防止產(chǎn)生溫度裂縫。

1)溫度傳感器的埋設(shè)。

利用承臺(tái)對(duì)稱性選擇承臺(tái)的四分之一進(jìn)行溫度測(cè)量。為了確保所測(cè)數(shù)據(jù)具有代表性，因此沿承臺(tái)高度設(shè)置4層，每層埋設(shè)13個(gè)測(cè)點(diǎn)，整個(gè)承臺(tái)共設(shè) 置52個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 武佐河特大橋承臺(tái)溫度傳感器布置示意圖(單位:cm)

單個(gè)塔座的溫度傳感器布設(shè)在平面上，采用按塔座頂面四分之一，每層16個(gè)點(diǎn)。沿高度上采用底層、中層和頂層3層布設(shè)，單個(gè)塔座共計(jì)需要溫度傳感器48個(gè)。溫度傳感器的布置如圖3所示。

圖3 武佐河特大橋塔座溫度傳感器布置圖(單位:m)

2)溫度監(jiān)測(cè)頻率。

承臺(tái)溫度數(shù)據(jù)采集頻率在溫度上升階段每2h采集一次，在溫度下降階段每4h采集一次。塔座溫度數(shù)據(jù)采集采用遙控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，在混凝土溫度峰值出現(xiàn)以前設(shè)定每20min采集一次，混凝土的溫度峰值出現(xiàn)后每30min采集一次。

3)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖4 武佐河特大橋承臺(tái)混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度曲線。觀測(cè)結(jié)果見圖4～圖9。

圖5 武佐河特大橋承臺(tái)混凝土外部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

表1給出了承臺(tái)和左、右塔座的溫度理論計(jì)算值與實(shí)際觀測(cè)值。

由表1可以看出:由于承臺(tái)混凝土澆筑的入模溫度較低，所以其理論溫度峰值小于塔座理論溫度峰值;另外，由于理論值計(jì)算并沒有考慮體積大小對(duì)溫度峰值的影響，而承臺(tái)體積大于塔座體積，所以承臺(tái)溫度峰值的理論值低于實(shí)測(cè)值，而塔座則相反。

圖6 武佐河特大橋左幅塔座混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

圖7 武佐河特大橋左幅塔座混凝土外部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

圖8 武佐河特大橋右幅塔座混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

圖9 武佐河特大橋右幅塔座混凝土外部測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)變化圖

表1 溫度理論計(jì)算值與實(shí)際觀測(cè)值比較表 ℃

5 結(jié)論

通過武佐河特大橋大體積混凝土溫度控制的實(shí)施，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)盡可能采用緩凝型減水劑，使混凝土內(nèi)部溫度峰值推后。

2)在保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，優(yōu)化級(jí)配減少水泥用量。

3)在內(nèi)部降溫的同時(shí)一定要注意外部保溫。

4)大體積混凝土施工，需制定詳細(xì)的溫度監(jiān)控方案和溫度控制措施。

［1］貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司.織金至納雍高速公路武佐河特大橋設(shè)計(jì)文件［Z］.2012.

［2］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制(第二版)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2012.

［3］黃德強(qiáng).橋梁大體積混凝土裂縫控制與防止措施［J］.山西建筑，2009，35(1):162 －163.

［4］董立功，胡茂剛.天津路大橋承臺(tái)大體積混凝土溫控設(shè)計(jì)與仿真分析［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，29(3):173 －174.

［5］楊秋玲，馬可栓.大體積混凝土水化熱溫度場(chǎng)三維有限元分析［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，36(2):112 －115.

［6］閆海華，鄒旭暉，李 東，等.大型基礎(chǔ)承臺(tái)水化熱分析與裂縫控制［J］.工業(yè)建筑，2005(S1):15－18.