洞庭湖二橋君山岸錨塊超大體積混凝土施工技術(shù)

黃 成

( 湖南省張花高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 張家界 427000)

洞庭湖二橋君山岸錨塊超大體積混凝土施工技術(shù)

黃 成

( 湖南省張花高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 張家界 427000)

針對(duì)大體積混凝土施工過(guò)程中極容易產(chǎn)生溫度裂縫的問(wèn)題，湖南岳陽(yáng)洞庭湖大橋君山岸錨碇錨塊工程在施工前根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)大體積混凝土的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，據(jù)此制定合理的溫控方案，在整個(gè)過(guò)程中控制溫度應(yīng)力在安全范圍內(nèi)發(fā)展，從而避免因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的溫度裂縫。

懸索橋; 錨碇錨塊; 大體積混凝土； 溫度控制； 裂縫

1 工程概況

大岳高速洞庭湖大橋位于湖南省岳陽(yáng)市七里山，跨越湘江河道，是一座主跨1480 m鋼桁梁懸索橋，目前國(guó)內(nèi)跨徑最大的鋼桁梁懸索橋，是大岳高速項(xiàng)目的控制性工程，其主纜跨徑組合為： 460 m+1480 m+491 m，主梁跨徑組合為： 1480 m+453.6 m，如圖1。

圖1 洞庭湖大橋橋型布置圖(單位： cm)

君山岸錨碇基礎(chǔ)采用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，地下連續(xù)墻墻厚1.2 m，采用與錨體相匹配的葫蘆形，小圓半徑28 m、大圓半徑32 m、順橋向全長(zhǎng)98 m，橫橋向最大寬度64 m，整個(gè)錨碇需澆筑230000 m3混凝土。

地連墻內(nèi)側(cè)設(shè)內(nèi)襯支護(hù)，中間設(shè)置一道隔墻，由隔墻將基礎(chǔ)分隔成錨碇前、后倉(cāng)兩大部分，前、后倉(cāng)基礎(chǔ)底部均設(shè)有混凝土墊層、底板，前倉(cāng)底板以上設(shè)置帶空倉(cāng)的填芯混凝土、頂板，后倉(cāng)底板以上為實(shí)心填芯混凝土。錨體混凝土包括下錨塊、上錨塊、散索鞍支墩和前錨室，構(gòu)造如圖2所示。

圖2 君山岸錨碇構(gòu)造圖(單位： cm)

其中錨碇錨塊分為上下錨塊，下錨塊13.5 m高，上錨塊13.49 m高，累計(jì)26.99 m，分層施工，下錨塊分4塊澆筑，上錨塊分左右幅分塊澆筑，中間預(yù)留2 m寬后澆帶(錨塊如圖3、圖4)，后澆帶用微膨脹混凝土澆筑完成。

圖3 下錨塊澆筑情況

圖4 上錨塊澆筑情況

2 超大體積施工過(guò)程控制要點(diǎn)

君山岸錨碇錨塊大體積混凝土施工過(guò)程中遵循外保內(nèi)降的原則，工作前后主要控制以下三點(diǎn)：

1) 通過(guò)溫控理論計(jì)算和施工環(huán)境條件，做好表面保溫措施，降低混凝土的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)溫度場(chǎng)分布盡量均勻，減小溫度梯度。

2) 選擇適合施工季節(jié)盡可能降低混凝土的入模溫度，另一方面通過(guò)內(nèi)部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，削減混凝土內(nèi)部溫度峰值，控制內(nèi)部降溫速率，防止混凝土內(nèi)部溫度收縮過(guò)快。

3) 控制上下層間溫差，盡量縮短層間齡期差，防止可能出現(xiàn)的層間裂縫。

2.1 降低溫峰

在溫控過(guò)程中另一個(gè)控制重點(diǎn)就是盡可能地削減溫峰值，根據(jù)式(1)可知，溫峰越高混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力越大，反之，溫峰越低開裂的風(fēng)險(xiǎn)越小。

(1)

式中： σcmax為內(nèi)部最大拉應(yīng)力，MPa;Tmax為溫峰，℃。

在前期升溫階段，項(xiàng)目不但選擇了良好的施工季節(jié)有效地降低原材料溫度和入模溫度，同時(shí)，也通過(guò)在混凝土升溫階段加大通水流量的方法，以單根冷卻水管進(jìn)水量3 m3/h，1 h從混凝土內(nèi)部帶走756000 kJ的熱量，有效地降低了水化熱溫升，降低溫峰，有效地減小了混凝土內(nèi)部因拉應(yīng)力過(guò)大而開裂的風(fēng)險(xiǎn)。從實(shí)際監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)(表1)塊可以看出，即使在入模溫度高于15 ℃的情況下，仍然可以通過(guò)冷卻水來(lái)使得最終的溫峰值滿足計(jì)算要求。

表1 實(shí)際監(jiān)測(cè)與計(jì)算結(jié)果℃項(xiàng)目實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果理論計(jì)算值入模溫度溫峰入模溫度溫峰M2112.8～15.127.31534M2211.9～13.729.11534.2M2314.7～15.631.61534.5M2414.7～15.8311532.8M3114.4～17.133.61534.4M3213.0～15.832.61534M3312.8～14.030.81534.6M3413.8～16.932.11534.2

2.2 表面保溫措施

對(duì)于錨碇錨塊施工季節(jié)，混凝土頂面擬采取保溫措施為：1層濕土工布+1層塑料薄膜+1層棉被+1層防雨布，其等效換熱系數(shù)取20 kJ/(h·℃)；錨碇底板混凝土側(cè)面擬采取保溫措施為：木模板+1層棉被+1層防雨布，其等效換熱系數(shù)取15 kJ/(h·℃)。

做好表面保溫措施是為保證內(nèi)外溫差盡可能的小，使得整個(gè)混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)均勻分布,t時(shí)混凝表層拉應(yīng)力如式(2)所示：

(2)

式中:σs(t)為t時(shí)刻的混凝土表層拉應(yīng)力，MPa；ΔTnb(t)為t時(shí)混凝土的內(nèi)表溫差，℃。

由式(2)可知: 在施工階段其他參數(shù)均以固定，控制內(nèi)表溫差顯得最有實(shí)際意義。內(nèi)表溫差監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果如表2所示。

在錨塊施工過(guò)程中嚴(yán)格按照溫控情況進(jìn)行覆蓋，保證了溫差在施工允許范圍內(nèi)，由表2所知，內(nèi)部和頂面溫差或內(nèi)部與側(cè)面溫差均小于計(jì)算所得的內(nèi)部與外表溫差，處于相對(duì)安全范圍，有效地減小了混凝土因溫差而導(dǎo)致開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 縮短層與層之間施工間歇期

在大體積混凝土降溫階段，由于自身的收縮受到下面基礎(chǔ)的約束，很容易使得混凝土在收縮過(guò)程中產(chǎn)生由下而上的貫穿裂縫，造成巨大的損失，通過(guò)縮減層與層之間的施工間歇期可以縮小上下層混凝土之間的彈性模量，減小上層混凝土收縮過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減小混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 內(nèi)表溫差監(jiān)測(cè)與計(jì)算結(jié)果℃項(xiàng)目實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果內(nèi)表溫差內(nèi)部與側(cè)面溫差理論計(jì)算值M119.28.915.3M125.78.215.7M137.37.816.1M147.510.513.8M2112.99.715.8M22139.815.5M2312.87.915.6M241411.715.8注:M11表示錨塊第1層第1塊,M23即為第2層第3塊。

3 溫控工作

3.1 溫控工作實(shí)體分析

在錨碇錨塊溫控工作主要包括： ①在混凝土澆筑前后對(duì)混凝土原材料溫度控制； ②出機(jī)溫度、入模溫度的統(tǒng)計(jì)； ③根據(jù)監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整溫控措施。

以錨塊第2層第4塊為例，溫度變化曲線如圖5所示。

圖5 溫度變化曲線

1) 內(nèi)部溫度： 在前46 h升溫速率相對(duì)較快，混凝土快速發(fā)生水化反應(yīng)，迅速放出大量熱量，同時(shí)由于混凝土本身導(dǎo)熱性能較差，水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量得不到釋放，熱量在混凝內(nèi)部大量聚集，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，接近溫峰時(shí)水化反應(yīng)接近尾聲，另外冷卻水帶走相當(dāng)部分熱量，使得混凝土內(nèi)部升溫速率下降，到達(dá)溫峰以后，混凝土內(nèi)部降溫基本由冷卻水帶走熱量，來(lái)實(shí)現(xiàn)混凝土的降溫，在此階段控制混凝土內(nèi)部降溫速率在2 ℃/d，防止收縮過(guò)快，基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生約束，造成現(xiàn)澆段底部產(chǎn)生拉應(yīng)力大于混凝土本身抗拉強(qiáng)度。

2) 表面溫度: 表面溫度在前期升溫速率大于內(nèi)部與側(cè)面，分析可知，由于混凝土澆筑時(shí)長(zhǎng)約24 h，內(nèi)部與側(cè)面混凝土反應(yīng)提前進(jìn)行，而表面溫度反應(yīng)開始時(shí)間較晚，故后期(1～35 h)反應(yīng)迅速，在40 h以后，表面溫度達(dá)到最高溫度，由于表面覆蓋不同于側(cè)面帶模養(yǎng)護(hù)，側(cè)面覆蓋情況相對(duì)穩(wěn)定，所以側(cè)面溫度后期變化較為平緩，而表面混凝土覆蓋存在人為行為的干擾，加上到后期鑿毛需揭開覆蓋物，使得表面溫度受環(huán)境干擾明顯，同時(shí)，中午期間太陽(yáng)照射強(qiáng)烈，表面溫度便會(huì)吸收熱量升溫；另一方面，環(huán)境溫度下降同樣混凝土?xí)⒊鰺崃繉?dǎo)致降溫，如110～160 h之間，表面溫度起伏不定。

3) 側(cè)面溫度: 側(cè)面溫度在前期同內(nèi)部混凝土一樣，由于覆蓋及時(shí)，產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)，引起側(cè)面混凝土急劇升溫，與此同時(shí)，進(jìn)一步減小了內(nèi)部與側(cè)面混凝土的溫差。

3.2 過(guò)程控制

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)部降溫過(guò)快(1 h超過(guò)0.1 ℃)應(yīng)立即減小通水流量或是循環(huán)通水，升高進(jìn)水溫度；如發(fā)現(xiàn)內(nèi)表溫差過(guò)大，表面降溫過(guò)快，則需確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)覆蓋情況是否到位，嚴(yán)格落實(shí)溫控方案中覆蓋情況。做到依據(jù)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。最后，在完成底板施工后，經(jīng)各方驗(yàn)收均未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫。

4 結(jié)束語(yǔ)

湖南洞庭湖二橋君山岸錨碇錨塊大體積混凝土施工實(shí)踐表明，只要精心設(shè)計(jì)、精心研究以及科學(xué)施工，澆筑無(wú)裂縫的超大體積混凝土是可以實(shí)現(xiàn)的。

[1] 郭三元，黃彩萍，肖衡林.后河大橋大體積混凝土承臺(tái)冷管控制及方案優(yōu)化[J].公路工程，2016(2).

2016-10-28

黃成( 1984-) ，男，工程師，從事高速公路建設(shè)管理工作。

1008-844X(2017)01-0137-04

U 443.24

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