邕江特大橋22#承臺(tái)混凝土溫控與防裂施工技術(shù)

王權(quán)國(guó)

（南寧鐵路局南寧鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，工程師，廣西 南寧 530001）

大體積混凝土的溫度裂縫較為常見(jiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性極為不利?；炷了療崤c約束，由溫度的不同導(dǎo)致混凝土內(nèi)外變形不統(tǒng)一，中心混凝土與邊緣混凝土變形不一致，因而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，從而容易引起混凝土開(kāi)裂。因此，在大體積混凝施工中，要加強(qiáng)做好溫度控制和減少溫度應(yīng)力的各項(xiàng)措施，以防止大體積混凝土開(kāi)裂，從而確保大體積混凝土施工質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概況

圖1 南寧邕江四線特大橋跨江部分橋型布置圖

新南寧邕江四線特大橋全長(zhǎng)為1 723.68 m，橋梁里程范圍為D1 k2+765.408～D1 k4+489.088。連續(xù)梁共四聯(lián)，依次為跨江北大道（36+64+36）m連續(xù)梁、跨邕江（72+2×128+72）m連續(xù)梁、跨江南大道（52+88+52）m連續(xù)梁、跨五一路（36+64+36）m連續(xù)梁，其余為簡(jiǎn)支梁墩，跨邕江連續(xù)梁最大承臺(tái)尺寸為33.45 m×18.95 m×4 m，墩身均為實(shí)體墩。其中20#、21#、22#墩位于邕江航道中，承臺(tái)為圓端形，本次以跨邕江連續(xù)梁22#承臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“22#承臺(tái)”）為溫控防裂技術(shù)研究對(duì)象，22#承臺(tái)尺寸為28.2 m×18.95 m×4 m，設(shè)計(jì)混凝土方量為2038 m3，混凝土等級(jí)為C35高性能耐久性混凝土?？缃糠謽蛐筒贾靡?jiàn)圖1。

2 溫控與防裂技術(shù)施工

為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，防止22#承臺(tái)大體積混凝土開(kāi)裂，加強(qiáng)做好溫度控制，減少溫度應(yīng)力，在22#承臺(tái)大體積混凝土施工中，針對(duì)溫控與防裂，主要做了以下7個(gè)方面的工作。

2.1 降低澆筑溫度 22#承臺(tái)澆筑時(shí)混凝土入模溫度均不超過(guò)30℃，要保證這一標(biāo)準(zhǔn)就要降低混凝土的最高溫度和溫差，其比較直接的措施是降低澆筑溫度。本工程混凝土在攪拌站集中拌制，采取措施：一是降低原材料溫度，如骨料入機(jī)前經(jīng)過(guò)洗石機(jī)清洗，既確保骨料含泥量等符合要求，還可降低骨料入機(jī)溫度；二是做好水泥散熱、骨料澆水冷卻和預(yù)冷；三是采用冷卻拌和水與加冰拌和；四是澆筑前預(yù)冷混凝土；五是減少運(yùn)輸途中的熱量倒灌，包括減小運(yùn)輸距離，采用特制的保溫罐車(chē)，用保溫材料包裹混凝土泵送管道等；六是存放時(shí)采用輕鋼骨架設(shè)置遮陽(yáng)棚，并增大堆體表面積，加速其散熱。

2.2 布設(shè)冷卻水管 目前，在大體積混凝土的現(xiàn)場(chǎng)溫控措施中，較為常用的就是采用冷卻水管，因?yàn)槠渚哂兄苯?、?jīng)濟(jì)、易施工等特點(diǎn)，在橋梁中得到廣泛應(yīng)用。在冷卻水管的使用中，影響冷卻效果的因素包括管材、管徑、管長(zhǎng)、埋設(shè)方式、間距、冷卻水溫度、通水速率等。在管材的選擇上，從鋼管到鋁管發(fā)展到聚乙烯管，管徑從20～50 cm不等；在埋設(shè)方式上，從矩形排列到梅花形再到縱橫交錯(cuò)，間距在0.8～3.0 m之間；冷卻水溫度當(dāng)然是越低越好，但也要考慮冷卻水與混凝土的溫差，以防在冷卻水管周?chē)鹆芽p；通水速率保證管內(nèi)產(chǎn)生紊流即可。

本工程采用φ48×2.5 mm薄壁鋼管作為冷卻水管具備如下優(yōu)點(diǎn)：

1）薄壁鋼管要比普通的鋼管經(jīng)濟(jì)，重量較輕，便于施工；

2）金屬材質(zhì)且壁厚小，熱傳遞性能較PVC管高，能夠起到快速有效的循環(huán)降溫效果；

3）鋼管采用液壓接頭，通過(guò)直通接頭和彎頭將兩根鋼管對(duì)接壓緊即可，較絲扣連接具有操作簡(jiǎn)單，節(jié)約時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

本工程冷卻水管布置形式采用樓層型錯(cuò)層式，每層冷卻水管等距錯(cuò)開(kāi)，形成錯(cuò)層，共布置4層。進(jìn)出水口采取四進(jìn)四出布置，每層為獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，既可減少管內(nèi)水流通過(guò)時(shí)間，提高降溫速率，也可防止某層管路堵塞導(dǎo)致整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)癱瘓。出水管與進(jìn)水管使用紅油漆注明其層數(shù)。冷卻水管安裝完畢后與混凝土澆筑過(guò)程中進(jìn)行通水試驗(yàn)，防止混凝土澆筑過(guò)程中漏漿堵管及通水過(guò)程中漏水。22#承臺(tái)冷卻水管實(shí)體見(jiàn)圖2，冷卻水管布設(shè)見(jiàn)圖3所示。

圖2 22#承臺(tái)冷卻水管實(shí)體圖

圖3 22#承臺(tái)冷卻水管布設(shè)示意圖

2.3 應(yīng)用超緩凝混凝土 22#承臺(tái)大體積混凝土施工中采用摻加超緩凝外加劑以及摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，既減少水泥的用量，又控制了水泥水化熱的早期集中釋放。摻粉煤灰加摻超緩凝聚羧酸高效減水劑的雙摻混凝土具有更好的減水和降低水泥水化熱的效果，推延了大體積混凝土的初凝時(shí)間和硬化過(guò)程中的放熱過(guò)程，降低了水化熱。

超緩凝混凝土緩凝時(shí)間可達(dá)40 h，且緩凝時(shí)間可根據(jù)摻量控制，不影響混凝土性能。不但可以對(duì)溫度裂縫和冷接縫進(jìn)行預(yù)控，還可以控制坍落度的經(jīng)時(shí)損失。

2.4 混凝土整體分層連續(xù)澆筑 大體積混凝土澆筑宜采用整體分層連續(xù)澆筑（見(jiàn)圖4所示）或推移式連續(xù)澆筑施工（見(jiàn)圖5所示），以使混凝土內(nèi)部的水化熱得到充分的散發(fā)，但應(yīng)注意分層澆筑的間歇時(shí)間，不得超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間，否則層面須按施工縫處理，即消除表面的浮漿、軟弱混凝土層及松動(dòng)的石子并均勻露出粗骨料；在上層混凝土澆筑前，應(yīng)用壓力水沖洗混凝土表面的污物，充分濕潤(rùn)但不得存水；對(duì)非泵送混凝土，在澆筑上層混凝土前應(yīng)采取接漿措施。

圖4 整體分層連續(xù)澆筑施工推進(jìn)圖

圖5 推移式連續(xù)澆筑施工推進(jìn)圖

新南寧邕江四線特大橋22#墩承臺(tái)采用第一種澆筑方法，即整體分層連續(xù)澆筑施工。施工過(guò)程中分層厚度為30 cm，既確保了混凝土振搗質(zhì)量，又可縮短分層澆筑的間歇時(shí)間。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1臺(tái)汽車(chē)泵，5排溜槽，澆筑前對(duì)施工過(guò)程中可能發(fā)生的堵車(chē)、停電、機(jī)械故障、材料供應(yīng)等突發(fā)情況制定專(zhuān)項(xiàng)措施，確保了混凝土的連續(xù)澆筑。

2.5 采用插入式高頻振搗器振搗 采用插入式高頻振搗器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗作業(yè)時(shí)，應(yīng)使振動(dòng)棒自然垂直插入混凝土，并插到下層尚未初凝層中5～10 cm，以促使上下層相互膠合。振搗時(shí)應(yīng)快插慢抽，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，避免因振搗不密實(shí)出現(xiàn)蜂窩麻面，或因振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)振搗性離析。振動(dòng)棒在混凝土內(nèi)振密的時(shí)間，一般每插點(diǎn)振密20～30 s，以混凝土不再顯著下沉，不再出現(xiàn)氣泡，表面翻出水泥漿和外觀均勻?yàn)橹?，在振密時(shí)將振動(dòng)棒上下抽動(dòng)5～10 cm，使混凝土振密均勻；在混凝土澆筑過(guò)程中及時(shí)將澆筑的混凝土均勻振搗密實(shí)。不得隨意加密振點(diǎn)或漏振，每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn)，一般不宜超過(guò)30 s，避免過(guò)振。

振搗混凝土?xí)r，應(yīng)采用二次振搗法，以保持混凝土良好的接搓，提高密實(shí)度并及時(shí)排除混凝土表面的泌水。大體積混凝土的施工過(guò)程中，混凝土振搗越密實(shí)，越不易開(kāi)裂，為此22#墩承臺(tái)澆筑期間，安排專(zhuān)職人員監(jiān)督、指導(dǎo)混凝土施工，防止混凝土超搗或欠搗。

混凝土施工完畢后，對(duì)混凝土表面進(jìn)行二次抹壓，避免混凝土表面早期產(chǎn)生的塑性裂縫。

2.6 收光及抹面 混凝土澆筑完成后，安排專(zhuān)人進(jìn)行表面處理，主要安排分3次進(jìn)行：第1次安排在混凝土澆筑過(guò)程中，要將高出部分的混凝土鏟除，局部不平整處填平、振實(shí)。第2次收漿，安排在混凝土澆筑完成3～4 h左右，由于泌水引起的混凝土收縮，用木抹子收光、抹平，特別注意頂面標(biāo)高控制。第3次收光，安排在混凝土初凝后12 h左右進(jìn)行，用鐵皮抹子仔細(xì)收光、抹壓，消除表面氣泡、抹紋，保證頂面平整度。

2.7 采取“內(nèi)散外蓄”養(yǎng)護(hù)混凝土 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度條件。

保溫養(yǎng)護(hù)作用：一是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。二是延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土的潛力和材料的松弛特性，使混凝土的平均總溫差所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿裂縫。

保濕養(yǎng)護(hù)的作用：一是剛澆筑不久的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。二是混凝土在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進(jìn)行，提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度。

本承臺(tái)混凝土養(yǎng)護(hù)采取“內(nèi)散外蓄”的施工理念。第一步“內(nèi)散”就是及時(shí)通水降溫（混凝土覆蓋一層冷卻水管即可通水）。第二步“外蓄”，就是在混凝土澆筑完成終凝后，立即在承臺(tái)表面蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水養(yǎng)護(hù)采用冷卻管出水口的熱水作養(yǎng)護(hù)水，蓄水深度為15 cm左右，以推遲混凝土表面溫度的散失，同時(shí)可減小承臺(tái)混凝土的內(nèi)外溫差。

3 溫度及應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.1 溫度控制情況 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：大體積混凝土溫差不宜超過(guò)25.0℃，內(nèi)部最高溫度不宜超過(guò)65℃。22#墩承臺(tái)施工時(shí)，環(huán)境溫度最低14.2℃，最高溫度在26.8℃，根據(jù)承臺(tái)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，混凝土芯部最高溫度60.0℃，由內(nèi)向外逐步遞減，平均最大溫差23.1℃，混凝土表面最高溫度37.8℃，出水口最高溫度42℃，混凝土芯部最高溫度出現(xiàn)在澆筑93h時(shí)。出水口溫度較進(jìn)出口大，循環(huán)水可帶走混凝土產(chǎn)生的水化熱。芯部溫度走向曲線總體呈拋物線形，在前24小時(shí)內(nèi)溫度的上升速率較大，而后緩慢趨向最大值，速率降低，待溫度趨向平穩(wěn)狀態(tài)以后，開(kāi)始緩慢降低，各點(diǎn)的速率近似相等，溫度走向曲線呈平行走向（見(jiàn)圖6、圖7）滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖6 22#墩承臺(tái)混凝土測(cè)點(diǎn)橫橋向溫度走向圖

圖7 22#墩承臺(tái)混凝土測(cè)點(diǎn)順橋向溫度走向圖

3.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況 混凝土所產(chǎn)生的應(yīng)力值均小于容許張拉應(yīng)力值，混凝土不會(huì)產(chǎn)生裂縫。通過(guò)監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖8、圖9），22#墩應(yīng)力走向滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖8 22#墩承臺(tái)混凝土測(cè)點(diǎn)橫橋向應(yīng)力變化曲線圖

圖9 22#墩承臺(tái)混凝土測(cè)點(diǎn)順橋向應(yīng)力變化曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

22#承臺(tái)大體積混凝土實(shí)施過(guò)程中，在原材料、施工措施、超緩凝混凝土等溫控措施進(jìn)行了優(yōu)化和實(shí)施。由于準(zhǔn)備充分、措施得當(dāng)、現(xiàn)場(chǎng)施工組織嚴(yán)密，承臺(tái)沒(méi)有出現(xiàn)有害的溫度裂縫，溫控效果良好，確保了該承臺(tái)的施工質(zhì)量。通過(guò)22#承臺(tái)大體積混凝土施工，提出了大體積混凝土施工應(yīng)采取的具體實(shí)用措施如下：

1）盡量選用低熱水泥，以降低混凝土的絕熱溫升、最高溫度和最大溫差；

2）優(yōu)化混凝土的配合比，提高混凝土的抗裂能力。在滿(mǎn)足泵送要求的前提下，盡量采取粒徑較大且級(jí)配良好的粗骨料，采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%，這樣可以減少骨料的空隙率和表面積，相當(dāng)于減少水泥用量；

3）由于本工程大體積混凝土對(duì)早期強(qiáng)度要求不高，可以充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，這樣還可以適當(dāng)減少水泥用量。

4）摻入一定比例的混合材，通常都是適量摻入粉煤灰，以代替水泥，有減水作用和微小膨脹，有利于防裂；

5）摻入外加劑，如減水劑、緩凝劑。減水劑具有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的條件下，可減少水泥用量。 緩凝劑主要是延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，相當(dāng)于降低水泥水化放熱速率，推遲溫峰來(lái)臨的時(shí)間，起到延緩、降低混凝土最高溫度的作用；

6）降低澆筑溫度，相當(dāng)于減小最高溫度和溫差?？梢圆扇〉膶?shí)用措施包括：做好原材料的散熱工作，采用低溫拌和水，減小運(yùn)輸距離，做好運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的保溫工作；

7）混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。包括：使混凝土的最大溫差和降溫速度滿(mǎn)足規(guī)范和溫控指標(biāo)、保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行、保持混凝土表面濕潤(rùn)等。特別是在溫度突降時(shí)，更要做好混凝土表面保溫措施，以防止由溫差和溫度應(yīng)力引起的裂縫，因此，要根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，做好溫度突降的準(zhǔn)備工作。