淺談鐵路橋墩的大體積混凝土施工的溫控技術(shù)

黎澤俊

【摘? 要】在大型橋梁施工中，大體積混凝土容易產(chǎn)生裂縫，將對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生重大安全隱患。論文全面總結(jié)了太陽(yáng)沖大橋大體積混凝土施工中的溫控計(jì)算、冷卻水管布置和溫度監(jiān)控措施，對(duì)類似工程施工有一定的參考作用。

【Abstract】In the construction of large-scale bridge， the mass concrete is easy to produce cracks， which will cause major safety risks to the project. This paper comprehensively summarizes the temperature control calculation， cooling water pipe layout and temperature monitoring measures in the mass concrete construction of Taiyangchong Bridge， which has a certain reference role for similar project construction.

【關(guān)鍵詞】鐵路橋墩;大體積混凝土;溫控技術(shù);冷卻水管

【Keywords】railway pier; mass concrete; temperature control technology; cooling water pipe

【中圖分類號(hào)】 U445.57? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0162-02

1 工程概況

張吉懷鐵路太陽(yáng)沖大橋位于鳳凰縣沱江鎮(zhèn)棉寨村境內(nèi)，橋梁全長(zhǎng)355.565m，設(shè)8墩2臺(tái)，其中2號(hào)墩為雙線圓端型實(shí)體橋墩，高度13m，外坡比為35∶1。墩頂縱橋向?qū)挾?m，橫橋向?qū)挾?.8m。墩底縱橋向?qū)挾?m，墩頂橫橋向?qū)挾?.8m。橋墩的混凝土方量658m3，屬于大體積混凝土施工，將混凝土內(nèi)部的水化熱有效及時(shí)地排出到混凝土外部，保持內(nèi)外溫差均衡是大體積混凝土施工控制的難點(diǎn)。

2 預(yù)埋冷卻水管降溫施工

大體積混凝土施工，首先通過計(jì)算確定大體積混凝土溫控的理論值，然后安排冷卻水管的布置形式，最后采取合理的溫度控制及監(jiān)控措施，確保大體積混凝土施工的安全進(jìn)行。

2.1 溫控計(jì)算

根據(jù)橋墩大體積混凝土的澆筑時(shí)的具體施工參數(shù)，計(jì)算混凝土的絕熱溫升、混凝土中心溫度、表面溫度，確定控制參數(shù)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定冷卻水管的布置形式及直徑。

2.1.1混凝土最終絕熱溫升計(jì)算

經(jīng)過計(jì)算得知混凝土絕熱溫升如表1所示。

2.1.2混凝土中心溫度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，澆筑后第52h為混凝土中心溫度最高值，不考慮散熱，內(nèi)部溫度達(dá)到68℃。

2.1.3混凝土表層溫度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，澆筑后第52h為混凝土表層溫度最高值，表面溫度達(dá)到36℃。

2.2 冷卻水管布置

根據(jù)橋墩結(jié)構(gòu)尺寸及2m的澆筑高度，通過理論計(jì)算，確定在澆筑高度中間位置設(shè)置一層冷卻管，間距1m，距離墩身外表面50cm。冷卻水管采用？準(zhǔn)42mm鋼管制作，在橋墩小里程側(cè)分別設(shè)置進(jìn)出水口，橋墩周邊設(shè)置水箱及供水、回水系統(tǒng)，以保證不間斷供水。

2.3 溫度監(jiān)控措施

大體積混凝土施工為了避免溫度裂縫，需要把混凝土外部與內(nèi)部的溫度差控制在適當(dāng)范圍之內(nèi)，即必須采取必要的溫度控制措施，這需要通過相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)方案，對(duì)墩身外部及內(nèi)部的溫度狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。對(duì)橋墩的溫度進(jìn)行監(jiān)控，必須遵照一定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)監(jiān)控溫度的變化，墩身混凝土外部和內(nèi)部的溫度差須控制在25℃以下;混凝土結(jié)構(gòu)拆模時(shí)，混凝土表面和芯部的溫度差應(yīng)控制在15℃以下，且施工周圍的環(huán)境溫度與混凝土表面的溫度差值也應(yīng)控制在15℃以下。

2.3.1 觀測(cè)時(shí)間選擇

大體積混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度混凝土溫度測(cè)試頻率：澆筑完成后開始初讀數(shù)。開始3天每隔4h觀測(cè)一次，之后每隔8h觀測(cè)一次，直至拆除模板前。

2.3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

大體積混凝土澆筑體內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，能真實(shí)地反映出混凝土澆筑體內(nèi)最高溫升、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度，以太陽(yáng)沖大橋（3～5）m及（7～9）m測(cè)點(diǎn)布置為例，分別在橋墩的橫橋向、縱橋向軸線設(shè)置測(cè)點(diǎn)。

2.3.3 測(cè)溫元件的選擇

測(cè)溫元件為溫度傳感器，采用專用建筑電子測(cè)溫儀JDC-2測(cè)溫，該測(cè)溫儀的適用條件為：測(cè)溫誤差±0.5℃，測(cè)試范圍：-30～130℃，滿足使用要求。

2.3.4 測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

為得出布置冷卻管措施降溫?cái)?shù)據(jù)，在橋墩（5～7）m設(shè)置冷卻水管。橋墩（3～5）m未設(shè)置冷卻水管，分別采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析。

由圖1可以看出，大體積混凝土澆筑完成后在40h后混凝土的芯達(dá)到最高值，未布置冷卻水管最高芯部溫度71.4℃，布置冷卻水管最高芯部溫度為58.5℃，降溫效果明顯。

3 大體積混凝土施工工藝

3.1 模板及鋼筋安裝要求

為了防止墩身混凝土施工過程跑模，模板的強(qiáng)度和剛度必須經(jīng)過驗(yàn)算符合要求，安裝質(zhì)量也應(yīng)符合施工規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙的要求。墩身鋼筋的種類、間距、型號(hào)及焊接接頭質(zhì)量等均應(yīng)符合施工規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙的要求，同時(shí)還須進(jìn)行原材料抽檢及鋼筋焊接試驗(yàn)檢驗(yàn)，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)才能使用。承臺(tái)鋼筋綁扎的位置、間距及混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)進(jìn)行檢查，其誤差必須在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3.2 測(cè)溫元件和冷卻水管的安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在綁扎鋼筋過程中，埋設(shè)冷卻水管網(wǎng)應(yīng)該按照分層分區(qū)的原則，控制閥門也應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案安裝，以降低由于水泥水化熱而導(dǎo)致的大體積混凝土內(nèi)外溫度差異。冷卻水管的安裝要在綁扎鋼筋的同時(shí)進(jìn)行，以保證安裝的精度，冷卻管接頭要防止?jié)B漏，安裝好之后應(yīng)檢查是否密封，且在冷卻水管指定部位設(shè)置測(cè)溫元件。外部接進(jìn)出水總管和混凝土內(nèi)部的冷卻水管均采用內(nèi)徑50mm的鋼管。在承臺(tái)混凝土內(nèi)合理布設(shè)溫度監(jiān)控裝置，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控混凝土內(nèi)部的溫度，用以全程指導(dǎo)混凝土的養(yǎng)護(hù)，進(jìn)一步保證混凝土的施工質(zhì)量。

3.3 混凝土澆筑

為防止混凝土出現(xiàn)離析，混凝土輸送應(yīng)采用泵送，下料高度超過1m時(shí)須采用串筒和滑槽。嚴(yán)格按施工配合比配料，水泥、石、砂、水及外加劑等質(zhì)量必須經(jīng)過檢驗(yàn)并符合標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土拌合時(shí)間不能太短，準(zhǔn)確計(jì)量，以保證混凝土的拌合質(zhì)量。按水平分層澆筑混凝土施工，每層厚度在30cm范圍內(nèi)，利用插入式振動(dòng)棒振搗時(shí)，振動(dòng)棒應(yīng)豎直快速插入且緩慢撥出，在混凝土中的插入深度控制在45cm內(nèi)，其移動(dòng)間距在45～60cm，即不大于1.5倍振動(dòng)棒作用半徑。振搗時(shí)均勻插點(diǎn)，成行或交錯(cuò)式前進(jìn)，以免過振或漏振。每次振動(dòng)結(jié)束，應(yīng)邊振動(dòng)邊緩慢拔出振動(dòng)棒。振動(dòng)棒振動(dòng)時(shí)間控制在20～30s，以混凝土不再下沉、沒有氣泡冒出和表面出現(xiàn)光澤為度，振搗時(shí)避免碰到模板，防止模板和鋼筋移位。由于砼凝結(jié)水化過程中產(chǎn)生大量熱量，砼澆筑后須運(yùn)行預(yù)先設(shè)置的冷卻水管，以降低混凝土內(nèi)部溫度并減少混凝土的內(nèi)外溫差。在混凝土澆筑至冷卻水管的標(biāo)高后，根據(jù)監(jiān)控的溫度升高情況開始給每層冷卻水管通水?；炷翝仓耐瑫r(shí)，須做不小于2組的砼試件并進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，到齡期后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。固定試驗(yàn)檢測(cè)人員填寫混凝土施工相關(guān)表格，詳細(xì)記錄砂石水泥等原材料的質(zhì)量、混凝土的現(xiàn)場(chǎng)坍落度、混凝土的拌合配合比、混凝土的拌合質(zhì)量、澆筑和振搗方法等，留作施工檔案。

3.4 養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑完后，防止出現(xiàn)裂紋，在承臺(tái)頂面采用5cm海棉覆蓋飽水養(yǎng)生，用冷卻管流出的水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。通過調(diào)節(jié)冷卻水管進(jìn)出水流量和流速，有效地提高混凝土內(nèi)部降溫效率，控制溫差，縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間。養(yǎng)護(hù)效果可直接從事先預(yù)埋在砼中的溫度傳感器來(lái)觀察，以使整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程處于監(jiān)控之中。

3.5 冷卻水管壓漿

承臺(tái)冷卻水管停止循環(huán)水冷卻后，先用空壓機(jī)將水管內(nèi)殘余水壓出，并吹干冷卻水管，然后用壓漿機(jī)向水管壓注水泥漿，以封閉管路。

4 結(jié)語(yǔ)

①在夏季炎熱天氣施工基礎(chǔ)大體積混凝土，由于厚度大和強(qiáng)度等級(jí)高，一次澆筑量大，技術(shù)難度大。混凝土澆筑后，經(jīng)過3個(gè)星期保溫保濕養(yǎng)護(hù)，混凝土沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。超厚、高強(qiáng)度等級(jí)的大體積混凝土溫度控制，須采用優(yōu)化的混凝土配合比，嚴(yán)謹(jǐn)組織施工組織，科學(xué)嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)，保持嚴(yán)謹(jǐn)工作作風(fēng)。②配制大體積混凝土，關(guān)鍵在于水化熱要低，大摻量I級(jí)粉煤灰和低用量的礦渣硅酸鹽水泥相結(jié)合是該工程成功的關(guān)鍵之一。它有效地降低了水化熱，提高了可泵性，從而提高了表層混凝土的強(qiáng)度。在大體積混凝土的濕熱養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展得很好，有效地防止了混凝土裂縫的出現(xiàn)。③大體積混凝土施工，養(yǎng)護(hù)和澆筑同樣重要。保濕是前提，控制降溫速度是關(guān)鍵，監(jiān)測(cè)是根據(jù)。