混凝土智能養(yǎng)護技術(shù)在橋墩爬模施工中的應(yīng)用

徐有為

（湖南聚創(chuàng)建筑科技有限公司，湖南 長沙）

前言

爬模施工是高聳建筑結(jié)構(gòu)施工中一種常用施工方法。在公路工程領(lǐng)域,斜拉橋、懸索橋橋塔、連續(xù)剛構(gòu)橋主墩等高度超過50 m 的橋墩大多會采用爬模施工工藝進(jìn)行施工。爬模施工是將支架、模板、施工平臺集中于一體, 利用結(jié)構(gòu)本身的混凝土為依托逐節(jié)段爬升施工,節(jié)省了塔吊頻繁吊裝模板、支架等諸多工作。爬模施工過程操作簡單、結(jié)構(gòu)輕巧、流水化施工程度高、施工費用較低[1-2]。爬模施工的進(jìn)度一般為7～14 d 完成一個施工節(jié)段,每節(jié)的高度一般為4～6 m。在以往橋墩爬模施工的過程中,限于復(fù)雜的現(xiàn)場條件,混凝土的養(yǎng)護施工過程往往不被重視,又因為橋塔、橋墩的混凝土標(biāo)號高(大多在C50 及以上標(biāo)號),水泥用量大,水化熱量大,且通常此類橋梁位于峽谷、大江大河上或近海地區(qū),隨著施工高度的增加風(fēng)速越大,混凝土表面的蒸發(fā)量也越大, 傳統(tǒng)人工灑水或簡易噴淋裝置存在保濕不均勻、不及時的問題,往往導(dǎo)致混凝土養(yǎng)護過程中干濕交替、局部過量或養(yǎng)護不足的情況,從而使得表面出現(xiàn)裂紋和水漬,外觀質(zhì)量差,實體混凝土無損檢測強度低等問題出現(xiàn)[3]。針對以上情況,結(jié)合爬模施工的工藝特點設(shè)計了一種混凝土智能養(yǎng)護裝置, 可解決混凝土爬模施工過程中節(jié)段混凝土養(yǎng)護問題,提升養(yǎng)護質(zhì)量,防止混凝土表面開裂。

1 橋墩爬模施工智能養(yǎng)護系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

1.1 橋墩爬模施工混凝土養(yǎng)護要求

依托項目常泰長江大橋橋址地區(qū)每年4 月至10月份大氣平均濕度大于50%,日平均溫度超過20°C,參考《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》[4]混凝土養(yǎng)護周期不得小于7 d, 為保證混凝土施工質(zhì)量并結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)度條件確定混凝土帶模養(yǎng)護周期為3 d, 不帶模養(yǎng)護周期為7 d,總養(yǎng)護周期不少于10 d。本次設(shè)計主要解決不帶模養(yǎng)護周期內(nèi)的混凝土養(yǎng)護質(zhì)量問題。確定養(yǎng)護目標(biāo)為: 不帶模養(yǎng)護周期內(nèi)平均濕度保證率不低于95%RH,最低濕度不低于85%RH,混凝土表面溫度不高于45 ℃，混凝土表面溫度溫度與環(huán)境溫度之差不大于20 ℃，混凝土表面無裂縫、無明顯水漬印記。

1.2 橋墩爬模施工智能養(yǎng)護系統(tǒng)工藝原理

爬模施工節(jié)段混凝土智能養(yǎng)護裝置由霧化主機、霧化管路(含霧化噴頭)、無線溫濕度監(jiān)測儀、控制中心、包裹保濕篷布、供水系統(tǒng)等部分組成。將橋塔單個塔肢養(yǎng)護區(qū)段沿高度方向分為2 層區(qū)域并分別予以保濕篷布保濕包裹,霧化管路至于包裹保濕篷布內(nèi),無線溫濕度監(jiān)測儀位于對應(yīng)的養(yǎng)護區(qū)段內(nèi)用于監(jiān)測該區(qū)段的溫度與濕度?？刂浦行?核心部分為可編程邏輯控制器) 通過實時接收無線溫濕度監(jiān)測儀采集的溫度與濕度數(shù)據(jù)并進(jìn)行邏輯運算, 當(dāng)濕度過低或溫度過高達(dá)到觸發(fā)條件時指令霧化主機啟動通過霧化噴頭將水汽充滿包裹保濕篷布; 當(dāng)濕度與溫度滿足系統(tǒng)設(shè)定要求時控制中心指令霧化主機關(guān)停以節(jié)約用水、用電,同時無線溫濕度監(jiān)測儀15 s 采集一次溫濕度數(shù)據(jù)由控制中心運行分析判讀是否執(zhí)行養(yǎng)護操作, 同時控制中心通過GPRS 將溫濕度數(shù)據(jù)按照間隔5～10 min 儲存在指定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器, 第三方可以通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)對爬模節(jié)段混凝土實時養(yǎng)護溫濕度情況進(jìn)行展示[5]。結(jié)構(gòu)原理見圖1。

圖1 爬模施工節(jié)段混凝土智能養(yǎng)護原理

1.3 爬模施工智能養(yǎng)護系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

1.3.1 爬模施工與節(jié)段混凝土養(yǎng)護的流水作業(yè)

爬模施工每個節(jié)段高度混凝土一般設(shè)計為6 m,養(yǎng)護區(qū)段位于爬架的0 層至負(fù)2 層的6 m 區(qū)段之間,見圖2。當(dāng)?shù)贜 節(jié)段混凝土澆筑完成以后帶模養(yǎng)護3 d,隨即脫模后爬升(脫模至爬升結(jié)束時間長約為12 h), 而后第N+1 節(jié)段混凝土可進(jìn)行鋼筋綁扎、模板收分、端模安裝、混凝土澆筑等工作共歷時約7 d,與此同時第N 節(jié)混凝土在脫模后通過智能噴霧養(yǎng)護7 d,則第N 階段的總的養(yǎng)護時間為10 d,即第N 節(jié)混凝土脫模養(yǎng)護的時間與N+1 節(jié)混凝土養(yǎng)護前準(zhǔn)備工作重疊, 依靠爬模施工的流水化作業(yè)同時實現(xiàn)混凝土養(yǎng)護的流水化作業(yè), 兩種高度協(xié)調(diào), 可提高功效和縮短工期。

圖2 爬模施工智能養(yǎng)護系統(tǒng)布置

1.3.2 混凝土智能養(yǎng)護系統(tǒng)的安裝

橋墩爬模施工節(jié)段混凝土的養(yǎng)護設(shè)施均依附在施工爬架上,所有養(yǎng)護設(shè)施均隨著爬模施工整體爬升,不再需要每個混凝土節(jié)段重新布置設(shè)備與養(yǎng)護管路,實現(xiàn)一次安裝完成后,整個爬模施工過程均可使用。養(yǎng)護設(shè)施的具體安裝包括保濕篷布、養(yǎng)護設(shè)備(霧化管路、霧化主機、無線溫濕度監(jiān)測儀)安裝。

保濕裝置的安裝: 為保證養(yǎng)護保濕效果必須對養(yǎng)護區(qū)段6 m 高范圍內(nèi)進(jìn)行整體包裹,考慮N 節(jié)段混凝土施工時,N+1 節(jié)段會進(jìn)行鋼筋安裝電焊作業(yè),高熱焊渣可能會引起火患, 因此在篷布的選材上均采用PU阻燃篷布,重量為550 g/m2,阻燃篷布必須達(dá)到離火自熄的質(zhì)量要求。阻燃篷布分為2 層進(jìn)行安裝,分別安裝在1 層至負(fù)0 層、0 層至負(fù)2 層之間,保證包裹待養(yǎng)護N 節(jié)段混凝土6 m 高度范圍。單層篷布在每個面的爬錐處、轉(zhuǎn)角位置豎向斷開并預(yù)留寬度以磨絲粘扣進(jìn)行快速連接, 同時也是預(yù)留開口便于后續(xù)進(jìn)行混凝土的表面裝飾處理施工。保濕篷布安裝在距離混凝土表面60 cm 的爬架內(nèi)側(cè), 上下兩端均以拉繩鎖緊形成密實的養(yǎng)護空間,以滿足行程一個充盈的保濕空間。

養(yǎng)護設(shè)備的安裝:養(yǎng)護用霧化管路在6 m 區(qū)段內(nèi)每2 m 安裝一層,養(yǎng)護管路固定在混凝土表面與保濕篷布之間,距離混凝土面約50 cm,以保證霧化噴頭最終的噴霧效果(霧化噴頭的噴淋直徑為100 cm),霧化管路采用直徑15～20 mm 內(nèi)徑的尼龍管, 按照100 cm/個設(shè)置霧化噴頭。每個橋墩塔肢設(shè)置3 臺霧化主機, 霧化主機分別置于0 層爬架平臺與負(fù)1 層爬架平臺上以避開1 層爬架平臺, 因為1 層平臺主要進(jìn)行模板安拆施工,交叉施工作業(yè)影響較大。每層管路的養(yǎng)護區(qū)域在典型位置安裝一套無線溫濕度監(jiān)測儀用于監(jiān)測該區(qū)段的溫度、濕度,溫度監(jiān)測精度為±0.1 ℃，濕度監(jiān)測精度為±3.0%RH。

1.3.3 橋墩爬模施工混凝土智能養(yǎng)護工藝流程

橋墩爬模施工節(jié)段混凝土智能養(yǎng)護工藝流程主要包含以下步驟:霧化主機通水、通電→控制中心設(shè)定溫度、濕度控制值,指令霧化主機啟動→養(yǎng)護用水經(jīng)霧化主機增壓后通過養(yǎng)護管路輸送→加壓后養(yǎng)護用水通過霧化噴頭噴出→保濕篷布內(nèi)充盈水霧→無線溫濕度監(jiān)測儀檢測對應(yīng)養(yǎng)護區(qū)段溫度與濕度→養(yǎng)護區(qū)段內(nèi)溫度、濕度數(shù)據(jù)持續(xù)發(fā)送至控制中心→控制中心持續(xù)進(jìn)行邏輯運算,直到濕度、溫度超過達(dá)到預(yù)先設(shè)定值→指令霧化主機停止啟動→繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護區(qū)段溫濕度的監(jiān)測,控制中心持續(xù)分析運算直至偏離溫度、濕度的預(yù)先設(shè)定值→控制中心再次指令霧化主機啟動。按上述流程循環(huán)進(jìn)行直到養(yǎng)護周期結(jié)束。

2 橋梁爬模施工混凝土智能養(yǎng)護技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 應(yīng)用工程概況

常泰長江大橋位于泰州大橋與江陰長江公路大橋之間,全長10.03 km,其中公鐵合建段長5 299.2 m,下層公路接線長4 730.8 m,主航道橋采用主跨1 176 m 斜拉橋, 常泰長江大橋主航道橋主塔設(shè)計總高352 m,外形為四肢鉆石型。項目所處環(huán)境為亞熱帶季風(fēng)氣候,冬季極端低溫-8.4 ℃,夏季極端高溫39.4 ℃,極端風(fēng)速達(dá)8 級以上[6]。干濕交替等多因素耦合作用導(dǎo)致混凝土失水加劇,大大增加了混凝土的開裂敏感性,在提升混凝土自身抗裂性能的同時, 也很有必要采用智能噴霧養(yǎng)護技術(shù)保溫保濕以改善外界養(yǎng)護條件。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

為驗證爬模施工智能養(yǎng)護技術(shù)的實際應(yīng)用效果,以主塔3 號塔柱第14 節(jié)爬模施工混凝土養(yǎng)護為例,節(jié)選養(yǎng)護過程中溫濕度數(shù)據(jù)見表1、表2(為簡化處理每間隔4 h 選取一個數(shù)據(jù)),經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理得到脫模養(yǎng)護7 d 周期內(nèi)混凝土最低溫度為27.50 ℃, 最高溫度39.5 ℃。最高與最低溫度均與環(huán)境溫度接近,源于混凝土已帶模養(yǎng)護3 d, 溫度峰值已過屬于平穩(wěn)降溫階段,表面溫度受環(huán)境影響較大。養(yǎng)護期內(nèi)1 層至0 層表面濕度平均達(dá)到96.2%RH,0 層至負(fù)1 層區(qū)段表面平均濕度達(dá)到95.4%RH,養(yǎng)護過程濕度變化曲線見圖3、圖4,1 層至0 層個別時段段出現(xiàn)濕度低于90%RH 的情況,最低濕度為85.5%RH,通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常后隨即安排現(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)由于現(xiàn)場風(fēng)速較大篷布連接處裂開,保濕篷布內(nèi)灌風(fēng)導(dǎo)致濕度下降(根據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)布的氣象預(yù)報,當(dāng)?shù)鼐植康貐^(qū)風(fēng)速達(dá)8 級以上,橋址區(qū)域2022 年8 月16 日實際監(jiān)測風(fēng)速達(dá)到7 級)。養(yǎng)護結(jié)束后經(jīng)現(xiàn)場檢查表面無明顯裂紋產(chǎn)生, 且由于采用水霧養(yǎng)護并未在混凝土表面產(chǎn)生水漬印記, 養(yǎng)護效果良好。

圖3 3 號塔柱第14 節(jié)混凝土養(yǎng)護過程濕度變化曲線(1 層至0 層區(qū)段)

圖4 3 號塔柱第14 節(jié)混凝土養(yǎng)護過程濕度變化曲線(0 層至負(fù)1 層區(qū)段)

表1 3 號塔柱第14 節(jié)混凝土養(yǎng)護過程溫濕度數(shù)據(jù)節(jié)選(1 層至0 層區(qū)段)

表2 3 號塔柱第14 節(jié)混凝土養(yǎng)護過程溫濕度數(shù)據(jù)節(jié)選(0 層至負(fù)1 層區(qū)段)

3 結(jié)論

針對橋墩、橋塔爬模施工過程中節(jié)段混凝土養(yǎng)護措施不足、養(yǎng)護質(zhì)量不佳的現(xiàn)狀,設(shè)計出專用于爬模施工節(jié)段混凝土的智能養(yǎng)護裝置, 與以往的養(yǎng)護方式相比具有以下優(yōu)勢。

（1）專用的爬模施工節(jié)段混凝土智能養(yǎng)護裝置可固定于爬架上隨爬架整體爬升,只需一次安裝即可施工全周期使用, 實現(xiàn)了費用的節(jié)約與效率的提高。

（2）爬模施工節(jié)段混凝土養(yǎng)護全過程濕度保證度可達(dá)到95%RH,有效控制由于干濕交替、混凝土失水導(dǎo)致的混凝土表面收縮裂縫的產(chǎn)生。

（3）智能化程度高,混凝土的養(yǎng)護過程中無需過多人為介入, 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。