蒙內(nèi)鐵路橋大體積混凝土施工技術(shù)

徐鋒，江民明，尉德新，尤浩，李沛，曹忠露

蒙內(nèi)鐵路橋大體積混凝土施工技術(shù)

徐鋒1，江民明2，尉德新1，尤浩1，李沛3，曹忠露3

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；2.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京100011；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

蒙內(nèi)鐵路橋梁長度占線路總長度的6.3%，為解決蒙內(nèi)鐵路墩身大體積混凝土溫度裂縫的問題，開展二標(biāo)段某試驗(yàn)墩的溫控試驗(yàn)。從原材料選擇、配合比優(yōu)化、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸、澆筑養(yǎng)護(hù)、溫度監(jiān)控等方面，研究和總結(jié)一套適用于本標(biāo)段的大體積混凝土的施工控制技術(shù)，并提出了具體的溫控指標(biāo)。文章提出的施工技術(shù)，是對(duì)蒙內(nèi)鐵路橋梁墩身大體積混凝土施工技術(shù)的有益補(bǔ)充，可為非洲地區(qū)高溫干燥環(huán)境條件下的其他類似工程提供相應(yīng)的參考。關(guān)鍵詞：蒙內(nèi)鐵路；橋墩；大體積混凝土；溫控指標(biāo)

0 引言

新建蒙巴薩—內(nèi)羅畢鐵路位于肯尼亞境內(nèi)，是連接港口城市蒙巴薩和首都內(nèi)羅畢的標(biāo)軌鐵路，主線線路長472.253 km，共設(shè)梁式特大、大、中橋梁72座，計(jì)29 623.8延米，橋梁長度占線路總長度的6.3%。鐵路沿線屬于熱帶草原氣候，年均氣溫18耀30益，平均最高氣溫24耀36益，日照時(shí)間長，紫外線很強(qiáng)。同時(shí)，該地區(qū)旱季長，空氣非常干燥，早晚溫差大[1-3]。相關(guān)資料表明，氣候條件對(duì)大體積混凝土溫度應(yīng)力影響顯著，其獨(dú)特的環(huán)境條件將給該工程中的鐵路橋臺(tái)、墩身等大體積混凝土開裂控制帶來極大挑戰(zhàn)。

為解決施工過程中的墩身開裂問題，從原材料選擇、配合比優(yōu)化、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸、澆筑養(yǎng)護(hù)、溫度監(jiān)控等方面，論述了蒙內(nèi)鐵路二標(biāo)墩身大體積混凝土的施工控制技術(shù)。

1 質(zhì)量控制方法

1.1 混凝土原材料選取

1）盡量選擇水化熱較低、凝結(jié)時(shí)間長的水泥，水泥質(zhì)量應(yīng)穩(wěn)定。2）保證混凝土工作性和強(qiáng)度的情況下，適量摻入粉煤灰取代部分水泥。3）鑒于肯尼亞當(dāng)?shù)靥烊缓由捌?xì)，在河砂中摻入30%機(jī)制砂混合使用，增大砂的細(xì)度模數(shù)。4）選用5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配碎石。5）選用聚羧酸高性能減水劑，實(shí)現(xiàn)較小水膠比下，延遲水泥熱峰值的出現(xiàn)時(shí)間。

1.2 配合比優(yōu)化

1）優(yōu)化的主要目的是降低水化熱，為此，在保證混凝土工作性和強(qiáng)度的前提下，粉煤灰摻量逸30%。2）在保證混凝土和易性的情況下盡量降低砂率。3）延長混凝土凝結(jié)時(shí)間大于12 h，延緩并削弱混凝土水化熱產(chǎn)生的溫度峰值。

1.3 混凝土生產(chǎn)

1）大體積混凝土在施工前，應(yīng)提前一天通知現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員、試驗(yàn)室、物資部、拌合站、工區(qū)長或工區(qū)主管，確認(rèn)開盤時(shí)間、混凝土方量、混凝土標(biāo)號(hào)、混凝土運(yùn)輸車輛數(shù)量、運(yùn)輸線路、前后場(chǎng)相關(guān)人員、總體調(diào)度人等。

2）試驗(yàn)室在開盤前，對(duì)所有原材料進(jìn)行溫度和含水量檢測(cè)，確保澆筑混凝土入模溫度臆30益，并根據(jù)原材料的含水量調(diào)整施工配合比。

3）采用新抽井水對(duì)攪拌機(jī)和罐車進(jìn)行洗涮，降低攪拌機(jī)和罐車的溫度。在罐車裝混凝土之前應(yīng)對(duì)罐車倒轉(zhuǎn)20 s，清空罐里所有污水。

4）混凝土生產(chǎn)過程中，應(yīng)按規(guī)定頻率對(duì)混凝土進(jìn)行抽查，避免因局部材料性質(zhì)的波動(dòng)，影響整車混凝土的性能，并進(jìn)行坍落度、擴(kuò)展度及溫度等混凝土性能指標(biāo)測(cè)試，及時(shí)記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)和處理。

1.4 混凝土運(yùn)輸

1）必須清楚拌合站與施工工點(diǎn)的距離，確?；炷猎谝?guī)定時(shí)間內(nèi)送達(dá)施工工點(diǎn)，混凝土出站后，操作手或站長應(yīng)第一時(shí)間電話通知現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員，以便現(xiàn)場(chǎng)提前組織施工，并跟蹤反饋。

2）混凝土在運(yùn)輸途中，應(yīng)安全行駛，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)檢查混凝土實(shí)際工作狀態(tài)，當(dāng)坍落度有損失，不能滿足泵送條件時(shí)，可以將隨車的減水劑從下料口加入罐內(nèi)，并快速反轉(zhuǎn)罐體，進(jìn)行混凝土二次攪拌，不允許向罐內(nèi)隨意加水。

3）罐車出站后，不得在中途無故停留，應(yīng)保持儲(chǔ)藏罐勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（2耀4 r/min），到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)已到混凝土性能確認(rèn)無誤后，要求罐車司機(jī)高速旋轉(zhuǎn)20耀30 s后再給泵車喂料。

4）罐車應(yīng)設(shè)有淋水或包裹布被，減少罐車在運(yùn)輸過程中或等待過程中環(huán)境對(duì)混凝土的影響。

1.5 混凝土施工

1）肯尼亞地處熱帶，白天氣溫較高，大體積混凝土主要在晚上和清晨澆筑，時(shí)間控制在晚上8點(diǎn)至次日上午8點(diǎn)之間。2）采取遮陽棚或噴水控制砂、碎石等原材料的溫度。3）拌合用水盡量采用地下水，蓄水池應(yīng)搭設(shè)遮陰棚，避免日光照射。4）為使混凝土水化熱盡快散失，采用分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑。

1.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

1）混凝土澆筑施工結(jié)束后，及時(shí)整平抹面，用塑料薄膜或土工膜覆蓋，減少水分蒸發(fā)，拆模后應(yīng)及時(shí)灑水。2）混凝土外部土工布的層數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，以能夠起到保溫效果為宜。3）控制混凝土拆模時(shí)間，齡期達(dá)到4耀5 d，強(qiáng)度達(dá)到25 MPa后再拆模板。4）混凝土拆模時(shí)，應(yīng)采取逐段拆模、邊拆邊蓋、邊拆邊澆水養(yǎng)護(hù)工藝。

1.7 溫度監(jiān)控

GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》[4]規(guī)定：1）大體積混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度及溫度應(yīng)變的測(cè)試，在混凝土澆筑后，每晝夜不應(yīng)少于4次；入模溫度的測(cè)量，每臺(tái)班不少于2次。2）大體積混凝土澆筑體內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，應(yīng)真實(shí)地反映混凝土澆筑體內(nèi)最高溫升、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度。3）測(cè)溫元件應(yīng)滿足測(cè)試要求并有相應(yīng)的保護(hù)措施。4）測(cè)試過程中宜及時(shí)描繪各點(diǎn)的溫度變化曲線和斷面的溫度分布曲線。5）發(fā)現(xiàn)溫控?cái)?shù)值異常應(yīng)及時(shí)報(bào)警。

2 試驗(yàn)墩溫控試驗(yàn)

2.1 工程概況

二標(biāo)段某試驗(yàn)墩，墩高12.5 m，墩身形狀為曲線錐墩（底部尺寸2.49 m伊4.49 m，頂部2.0 m伊4.0 m，高8.5 m），環(huán)境等級(jí)T2（室外環(huán)境），墩身混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C35，方量約96 m3（見圖1）。

2.2 原材料及配合比

水泥：選用Bamburi牌P.O 42.5低堿水泥，比表面積332 m2/g、標(biāo)準(zhǔn)稠度26.9%、初凝145 min、終凝245 min、安定性合格。

粉煤灰：選用INDIA，型號(hào)F-60，細(xì)度8.8%、需水量比93%、燒失量0.72%。

細(xì)集料：選用VOI河砂和DK65TARU機(jī)制砂的混合砂，混合砂細(xì)度模數(shù)2.5；河砂：含泥量0.9%、泥塊含量0.2%、云母含量0、輕物質(zhì)含量0.1%、有機(jī)物含量顏色淺于標(biāo)準(zhǔn)值；機(jī)制砂：石粉含量4.7%、泥塊含量0.2%、云母含量0、輕物質(zhì)含量0、有機(jī)物含量顏色淺于標(biāo)準(zhǔn)值、壓碎值20%。

圖1 試驗(yàn)墩尺寸（m）Fig.1Test pier size（m）

粗集料：采用DK65 TARU碎石場(chǎng)5～31.5 mm的碎石；表觀密度2 610 kg/m3、緊密密度1 600 kg/m3、含泥量0.2%、壓碎值7%。

外加劑：外加劑采用上海三瑞聚羧酸減水劑。減水率31%、壓力泌水率57%、含氣量2.5%，7 d抗壓強(qiáng)度比為166%，28 d抗壓強(qiáng)度比為155%。

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)規(guī)范要求[4-6]，理論配合比和施工配合比見表1。

表1 墩身大體積混凝土配合比Table 1Mass concrete mix ratio of bridge pier

2.3 墩身測(cè)溫元件埋設(shè)

圖2 測(cè)溫元件的布置圖（cm）Fig.2Measuring point arrangement（cm）

測(cè)溫元件埋設(shè)于距墩身底面垂直高度1.5 m（第1層）和5.0 m（第2層）兩處，每層設(shè)置5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度變化，平面布置及測(cè)點(diǎn)編號(hào)見圖2。混凝土澆筑完畢后，立即開始各點(diǎn)的溫度測(cè)量，頻率為1次/（2 h）。

2.4 墩身混凝土澆筑

混凝土拌和嚴(yán)格按施工配合比執(zhí)行?；炷翝仓?，應(yīng)將基礎(chǔ)混凝土表面浮漿鑿除，并沖洗干凈。檢查模板、鋼筋及預(yù)埋件的拼裝搭接是否符合規(guī)范要求。混凝土澆筑時(shí)，控制下料口與澆筑面的落差不大于2 m，分層澆筑的，每層混凝土不應(yīng)超過50 cm，便于氣泡排出。振搗時(shí)以混凝土不再冒出氣泡、表面泛漿，即可緩慢拔出振搗器。

2.5 養(yǎng)護(hù)與拆模

1）混凝土澆筑完畢、頂帽頂收面完成后，外露面覆蓋塑料布、麻袋片、土工布保濕、保溫養(yǎng)護(hù)。墩頂放置2個(gè)水桶，滴水養(yǎng)護(hù)。2）根據(jù)混凝土內(nèi)、外溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第二天下午開始，去掉水桶，僅留土工布進(jìn)行帶模包裹養(yǎng)護(hù)。3）待水化熱峰值過后，強(qiáng)度達(dá)到25 MPa，且內(nèi)外溫差及表面與大氣溫差小于20益時(shí)，開始拆模。4）拆模從上到下進(jìn)行，拆模后及時(shí)對(duì)局部氣泡用調(diào)配的水泥漿進(jìn)行封堵，并抹掉多余漿液。拆一節(jié)，裝修一節(jié)，包裹一節(jié)。5）養(yǎng)護(hù)材料采用內(nèi)塑料布+外土工布。塑料布緊貼墩身，搭接寬度不少于10 cm，用透明膠帶纏緊；塑料布外用土工布包裹，土工布同樣用透明膠帶纏緊。6）墩身包裹完畢后，在墩頂放置2個(gè)水桶，桶底鉆眼，水通過土工布滲至墩身周圍，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。

2.6 墩身混凝土溫度

混凝土溫度特征值溫度歷時(shí)曲線見圖3。

圖3 混凝土溫度特征值歷時(shí)曲線Fig.3Curve of concrete temperature characteristic

混凝土澆筑溫度為24～27益，實(shí)測(cè)內(nèi)部最高溫度68.5益，出現(xiàn)在測(cè)溫點(diǎn)被覆蓋后的52 h，混凝土最大內(nèi)表溫差為28.4益。

混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度前期均呈上升趨勢(shì)，但內(nèi)部溫度上升較快，表面溫度上升較慢；在24 h后，混凝土表面溫度開始下降，內(nèi)部溫度仍緩慢升高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部內(nèi)表溫差呈逐漸增大趨勢(shì)，最大內(nèi)表溫差為28.4益。

3 墩身混凝土溫控要求

根據(jù)墩身溫度測(cè)試結(jié)果，制定如下溫控要求。1）溫控指標(biāo)要求

根據(jù)實(shí)際的測(cè)溫情況并結(jié)合相關(guān)規(guī)范及當(dāng)?shù)貧夂?、原材料特征，提出以下溫控指?biāo)：澆筑溫度臆30益；內(nèi)部最高溫度臆70益；內(nèi)外溫差臆25益；降溫速率臆3.0益/d；拆模時(shí)外表溫度不高于20益。

2）澆筑溫度控制

混凝土控制膠凝材料溫度臆30益，骨料溫度臆28益，拌合水溫度臆22益，基本可控制混凝土澆筑溫度臆30益。在低溫時(shí)段施工，降低混凝土在運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的溫升。避免模板被太陽直曬，如果模板溫度過高，需灑水降溫。

3）內(nèi)部最高溫度控制

本地水泥熟料含量高，水化熱大，使混凝土絕熱溫升偏高，可考慮使用粉煤灰與火山灰雙摻或提高粉煤灰摻量來降低水化熱。延長凝結(jié)時(shí)間，延遲并降低混凝土溫峰，墩身混凝土凝結(jié)時(shí)間建議12 h以上。

4）內(nèi)表溫差、降溫速率控制

鋼模板導(dǎo)熱系數(shù)大，表層混凝土降溫過快，混凝土澆筑24 h后表層溫度就開始下降，應(yīng)及時(shí)覆蓋土工布保溫；取消澆筑后流水養(yǎng)護(hù)，避免表層混凝土降溫過快。表層溫度與氣溫差值臆20益可拆模，建議澆筑混凝土4 d后拆模，選擇在高溫時(shí)段拆模。拆模后應(yīng)立即在混凝土表面噴水霧，避免剛拆模的混凝土因表面水分蒸發(fā)過快產(chǎn)生龜裂，并用塑料薄膜密封保濕養(yǎng)護(hù)，在外面包裹一層土工布保溫，防止降溫過快，至少養(yǎng)護(hù)14 d。

4 結(jié)語

蒙內(nèi)鐵路橋梁墩身的修建過程中，其所處的高溫干旱環(huán)境極易引起大體積混凝土墩身的開裂問題。為確保橋梁墩身的施工質(zhì)量，本文在現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從現(xiàn)場(chǎng)原材料選擇、配合比優(yōu)化、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸、澆筑養(yǎng)護(hù)、溫度監(jiān)控等方面，總結(jié)論述了蒙內(nèi)鐵路橋梁大體積混凝土墩身的施工控制技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐表明，在高溫干旱環(huán)境下，該施工控制技術(shù)可有效改善混凝土內(nèi)部溫度和內(nèi)外溫差，顯著降低蒙內(nèi)鐵路橋梁大體積混凝土墩身的溫度裂縫。

[1]王曉偉.肯尼亞蒙巴薩至內(nèi)羅畢標(biāo)軌鐵路工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2016.

WANG Xiao-wei.Environmental impact assessment of Mombasa to Nairobi standard gauge railway project,Kenya[D].Changsha:Hunan University,2016.

[2]SADEK S,BEDRAN M,KAYSI I.GIS platform for multicriteria evaluation of route alignments[J].Journal of Transportation Engi原neering,1999,125(2):144-151.

[3]MILES S B,HO C L.Applications and issues of GIS as stool for civil engineering modeling[J].Journal of Computing in Civil Engi原neering,1999,13(3):144-152.

[4]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S]. GB 50496—2009,Code for construction of mass concrete[S].

[5]鐵建設(shè)[2010]241號(hào)，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

Railway Construction[2010]No.241,Technical guide for construc原tional of railway concrete engineering[S].

[6]GB 50666—2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

GB 50666—2011,Code for construction of concrete structures[S].

Construction techniques for mass concrete in Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway

XU Feng1,JIANG Min-ming2,WEI De-xin1,YOU Hao1,LI Pei3,CAO Zhong-lu3
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China; 2.China Road and Bridge Co.,Ltd.,Beijing 100011,China; 3.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

Relevant data indicate that the length of the bridge accounts for 6.3%of the total length of the Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway.In order to solve the temperature cracks of bridge pier mass concrete,we carried out the temperature control test of a test pier in section 2,studied and discussed a set of construction control technology for mass concrete in this section from the aspects of raw materials selection,mix proportion optimization,concrete production,transportation,placing, maintenance and temperature monitoring measures,and put forward specific temperature control indexes.The construction technique presented in this paper is a useful supplement to the mass concrete in the bridge pier of Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway.It could provide a reference for other similar engineering with high temperature and dry environment in Africa.

Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway;bridge pier;mass concrete;temperature control index

U445；TU528

B

2095-7874（2017）09-0074-04

10.7640/zggwjs201709016

2017-04-17

2017-07-07

徐鋒（1976—），男，山東萊蕪人，高級(jí)工程師，公路工程專業(yè)。E-mail：875958116@qq.com