平南三橋北岸拱座底板大體積混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

江鑫泰

摘要：文章以平南三橋北岸拱座底板為工程背景，介紹了混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土內(nèi)部溫度控制、合理的施工組織、“薄膜+棉絮”覆蓋養(yǎng)護(hù)保溫保濕等大體積混凝土施工關(guān)鍵控制技術(shù)。與傳統(tǒng)的通冷卻水相比，這些技術(shù)能夠使混凝土澆筑完成的8d齡期中，混凝土的里表溫差始終<25℃，能夠有效降低混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫的概率，在施工質(zhì)量、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)方面具有非常大的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：大體積;配合比;施工組織;養(yǎng)護(hù);里表溫差

中圖分類號：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.015

文章編號：1673—4874（2020）11—0055-03

0引言

隨著社會的不斷發(fā)展和建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土已經(jīng)大量應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)物中，如橋梁拱座、承臺等，其中大體積混凝土在施工過程中產(chǎn)生的裂縫問題尤為突出，受到廣泛的關(guān)注?；炷亮芽p產(chǎn)生的原因主要有以下四點(diǎn)：（1）混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的裂縫;（2）由于荷載引起的裂縫;（3）由于收縮引起的裂縫;（4）由于地基不均勻沉降引起的裂縫。其中第一點(diǎn)在大體積混凝土施工中最為常見。通常采用的控制大體積混凝土內(nèi)外溫差的方法是布設(shè)冷卻管，通冷卻水以加快混凝土內(nèi)部溫度的降溫速率，此種方法需要耗費(fèi)大量的冷卻管材料，且不能重復(fù)利用，布置時也需要耗費(fèi)大量的人力和物力。若能取消冷卻管，采取其他方法來控制混凝土的內(nèi)外溫差，可起到在保證混凝土施工質(zhì)量的條件下，降低施工成本、加快施工進(jìn)度的效果。本文以平南三橋北岸拱座底板大體積混凝土為工程背景，通過混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土內(nèi)部溫度控制、合理的施工組織、“薄膜+棉絮”覆蓋養(yǎng)護(hù)保溫保濕等施工關(guān)鍵控制技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用效果。

1工程概況

平南三橋?yàn)橹骺?75m（計(jì)算跨徑560m）的中承式鋼管混凝土拱橋。北岸拱座基礎(chǔ)為整體式圓形基礎(chǔ)，幾何形態(tài)為一半徑27.3m、厚度6m的圓形大尺寸混凝土構(gòu)件，基礎(chǔ)地面標(biāo)高為h=+11m，頂面標(biāo)高為h=+17m，基礎(chǔ)持力層為卵石層，兩個分離式拱座均位于圓形基礎(chǔ)之上。圓形拱座底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，體積為14048.4m³（如圖1所示）。

2關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1配合比設(shè)計(jì)

由于水泥產(chǎn)生的水化熱是混凝土水化熱的主要來源，故本工程底板大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)的總體原則為：在滿足強(qiáng)度和工作性能及耐久性能要求的基礎(chǔ)上，降低水泥及膠凝材料用量，減少混凝土水化熱和收縮，控制開裂風(fēng)險(xiǎn)。同時選取水化熱較低的水泥，宜選取中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。

溫度場調(diào)控是從水泥水化進(jìn)程干預(yù)的角度，采取水泥水化放熱速率調(diào)控化學(xué)外加劑（TRI），協(xié)同摻合料的水化放熱特性。TRI主要通過降低水泥的水化速率，降低混凝土早期的放熱量，減少了熱量的積累，延緩了溫峰出現(xiàn)時間，降低混凝土溫升，從而減少溫度裂縫形成的概率?；谝陨峡紤]，從調(diào)控混凝土水化放熱歷程及分階段全過程補(bǔ)償收縮的角度對配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在底板大體積混凝土中摻加了占膠凝材料總量1%的混凝土水化溫升抑制劑。

根據(jù)原材料測試、配合比試驗(yàn)結(jié)果，選取的本工程拱座底板大體積混凝土原材料如下：

水泥：華潤水泥（平南）有限公司P.II 42.5硅酸鹽水泥;

粉煤灰：廣西欽州藍(lán)島環(huán)保材料有限公司F類I級灰;

細(xì)骨料：梧州藤縣黃華河河砂Ⅱ區(qū)中河砂;

粗骨料：建峰石場，5～25mm連續(xù)級配碎石（三級配，5～10mm占10%，10～20m占35%，20～25mm占55%）;

減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司聚羧酸高性能減水劑PCA-1;

混凝土水化溫升抑制劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司TR01混凝土水化溫升抑制劑;

水：平南縣平田村自來水。

在原材料優(yōu)選基礎(chǔ)上，綜合強(qiáng)度、工作性能、絕熱溫升、變形性能和耐久性能測試結(jié)果，混凝土施工配合比如表1所示。

2.2混凝土內(nèi)部溫度控制

大體積混凝土內(nèi)部溫度是由三部分溫度疊加：水化熱溫升、澆筑溫度、散熱溫度。降低水化熱溫升可采取以下措施：水化熱溫升和混凝土原材料有關(guān)，混凝土原材料中骨料占的比重大。根據(jù)計(jì)算骨料溫度每下降1℃，混凝土溫度就下降O.42℃，因此在混凝土拌和前，對所用的骨料噴灑冷水，使骨料溫度降至22℃。水泥提前半個月進(jìn)場進(jìn)行自然冷卻，可將水泥溫度降至40℃以下，可以有效地降低水化熱溫升幅度。

混凝土澆筑溫度和氣溫有關(guān)，天氣炎熱時，混凝土入模溫度應(yīng)控制在25℃以下，可在拌和用水中采用冰塊代替等量的水。在混凝土罐車運(yùn)輸?shù)倪^程中，由于罐車不斷地?cái)嚢杌炷?，混凝土的溫度會逐漸上升。在未進(jìn)行澆筑的時候，可在罐車表面進(jìn)行灑水降溫，注意不能讓水進(jìn)入混凝土攪拌罐中，同時應(yīng)控制混凝土從拌和至澆筑結(jié)束在90min之內(nèi)。天氣寒冷時，混凝土入模溫度應(yīng)控制在5℃以上，可采用熱水拌和的措施控制混凝土入模溫度。

混凝土散熱溫度和結(jié)構(gòu)物形式有關(guān)，尺寸越大的混凝土結(jié)構(gòu)物越不容易散熱，在取消冷卻管的情況下，混凝土內(nèi)部散熱溫度不好控制，應(yīng)在混凝土表面采取相應(yīng)的保溫措施，以控制內(nèi)外溫差不超過25℃。

2.3施工組織

大體積混凝土施工由于方量大，澆筑時間長，對人員、設(shè)備、材料使用量大。為保證混凝土施工連續(xù)不間斷澆筑完畢且達(dá)到施工質(zhì)量要求，合理的施工組織也是大體積混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)。本文以平南三橋北岸拱座底板大體積混凝土施工為背景，從混凝土運(yùn)輸、施工現(xiàn)場交通組織、澆筑方法三個方面對混凝土澆筑施工組織進(jìn)行討論。

2.3.1運(yùn)輸

平南三橋北岸拱座底板混凝土由項(xiàng)目部兩個拌和站進(jìn)行供料，其中南岸拌和站離施工現(xiàn)場約18km，且經(jīng)過縣城，混凝土罐車行經(jīng)路線為：南岸攪拌站→工業(yè)園大門口→平南→橋北橋頭→烏江幼兒園→施工現(xiàn)場。行駛時間約為40min。因此南岸拌和站混凝土的運(yùn)輸是本次運(yùn)輸組織的重點(diǎn)。

在施工前對規(guī)劃的行駛路線進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。由于路線經(jīng)過縣城幼兒園，在工作日的中午12點(diǎn)和下午6點(diǎn)前后是交通擁堵的時段，為避免由于車輛擁堵，罐車不能及時運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，導(dǎo)致混凝土質(zhì)量下降，項(xiàng)目和當(dāng)?shù)亟煌ü苤撇块T應(yīng)提前做好溝通，在這兩個時段進(jìn)行交通疏導(dǎo)，保證罐車的正常運(yùn)行。

2.3.2施工現(xiàn)場交通組織

北岸拱座施工區(qū)域面積約（100×100）m²，施IN域有限，為避免澆筑期間罐車擁堵，導(dǎo)致澆筑不順暢，需對現(xiàn)場交通組織進(jìn)行整體規(guī)劃。在防洪堤半邊上設(shè)置兩處錯車道，間距約為100m，對向來車時，空車優(yōu)先讓行。布置5個泵車停車位、4個罐車等待區(qū)和1個備用等待區(qū)。4個罐車等候區(qū)等候車輛超過8臺時，未進(jìn)入澆筑區(qū)的罐車統(tǒng)一駛?cè)雮溆玫群騾^(qū)等候。下施工區(qū)域坡道實(shí)行雙向行駛。環(huán)形便道實(shí)行單行行駛，逆時針繞圈，嚴(yán)禁反向。施工期間，指派多名交通指揮員，在北岸施工現(xiàn)場進(jìn)行指揮、協(xié)調(diào)與管制（如圖2所示）。

2.3.3澆筑方法

由于大體積混凝土施工澆筑面廣，而混凝土輸送泵數(shù)量有限，為保證混凝土層問澆筑的時間間隔不超過混凝土的初凝時間，應(yīng)對混凝土澆筑順序進(jìn)行合理規(guī)劃。項(xiàng)目將北岸拱座底板澆筑分為A～E五個作業(yè)區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行流水作業(yè)（見圖3）。每個澆筑施工作業(yè)段配置一臺汽車泵，并同時進(jìn)行澆筑，原則上不進(jìn)行跨作業(yè)段交叉施工。在保證8臺混凝土罐車連續(xù)輪流卸料，汽車泵連續(xù)泵送混凝土的條件下，在地下連續(xù)墻圓形基坑中考慮由四周向中心澆筑混凝土。

北岸拱座底板采用分層連續(xù)澆筑的方法，平均分為12層進(jìn)行澆筑，每層混凝土澆筑量為1170m³，均分至各施IN段，每區(qū)域混凝土澆筑量為234m³。每個施IN段布置一臺混凝土泵送車，在上層混凝土初凝前將下層混凝土澆筑完畢，振搗時將振搗棒插入新舊混凝土之間進(jìn)行振搗，不能只在表面進(jìn)行振搗（如圖4所示）。

2.4養(yǎng)護(hù)措施

在取消冷卻管的情況下，應(yīng)在混凝土表面采取保溫措施，以控制內(nèi)外溫差不超過25℃，防止表面裂縫的產(chǎn)生。養(yǎng)護(hù)采取“薄膜+棉絮”覆蓋保溫保濕的措施。經(jīng)試驗(yàn)表明，混凝土水化熱在澆筑完成1～3d內(nèi)產(chǎn)生的熱量最多，在3～5d內(nèi)內(nèi)部溫度最高。因此在混凝土澆筑結(jié)束后，應(yīng)立即對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對混凝土表面進(jìn)行適當(dāng)灑水，潤濕即可，避免灑水過多在混凝土表面形成積水。表面潤濕后，立即在其上方覆蓋一層聚氯乙烯薄膜，薄膜之間搭接長度為10cm。薄膜覆蓋完畢后，再在薄膜上覆蓋一層棉被，棉被應(yīng)把整個底板混凝土表面覆蓋滿，并用重物壓好，相鄰棉被之間的搭接長度>10cm。養(yǎng)護(hù)時長≥14d，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)底板混凝土內(nèi)部溫度與大氣溫度之差≤15℃。

3應(yīng)用效果

平南三橋北岸拱座底板大體積混凝土歷時70h，順利完成14048.4m²混凝土澆筑。根據(jù)預(yù)埋的測溫探頭數(shù)據(jù)顯示，底板混凝土澆筑完成8d齡期中，混凝土內(nèi)部溫度最高61℃，混凝土的里表溫差始終小于規(guī)范要求的25℃，混凝土表面未出現(xiàn)明顯裂縫，說明本次工程取消冷卻管，采取的關(guān)鍵技術(shù)是成功的（如圖5所示）。

4結(jié)語

大體積混凝土澆筑施工難點(diǎn)主要在施工組織和技術(shù)兩個方面。施工組織要保證混凝土連續(xù)不問斷澆筑完畢，混凝土運(yùn)輸保障尤為重要，運(yùn)輸如需經(jīng)過市區(qū)道路，應(yīng)選擇車流量較少的路線，在車流量高峰時段，應(yīng)提前與政府溝通，安排交警進(jìn)行交通疏導(dǎo)。施工現(xiàn)場設(shè)專人引導(dǎo)罐車，避免現(xiàn)場擁堵，影響澆筑速度。泵車、發(fā)電機(jī)等重要設(shè)備需準(zhǔn)備備用數(shù)量，避免在澆筑過程中由于設(shè)備故障原因而中斷施工。

本次大體積混凝土施工取消了冷卻管，技術(shù)重點(diǎn)在于降低混凝土水化熱和后期養(yǎng)護(hù)方式。從配合比、原材料、拌和方式、氣溫等方面來控制混凝土水化熱，后期不間斷進(jìn)行溫度監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差過大需及時采取保溫措施，降低裂縫產(chǎn)生的概率。