大體積承臺(tái)低溫施工溫控工藝

摘要：文章以烏蘭木倫河三號(hào)橋P2主拱座混凝土工程為例，介紹了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃氣溫下的澆筑措施及最低-17 ℃氣溫下的養(yǎng)護(hù)措施，并從溫控角度出發(fā)，通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際施工措施，實(shí)現(xiàn)混凝土的低溫澆筑及“內(nèi)降外?！别B(yǎng)護(hù)，為低溫情況下的大體積混凝土施工提供可靠的工程借鑒。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;低溫;澆筑措施;養(yǎng)護(hù)措施;溫控工藝

0 引言

橋梁工程中常通過(guò)承臺(tái)將樁基進(jìn)行連接，形成樁基礎(chǔ)。承臺(tái)體積較大，屬于大體積混凝土工程[1]?；炷劣不^(guò)程中產(chǎn)生大量的水化熱，不同部位的混凝土水化熱程度及收縮程度有所不同。對(duì)于大體積混凝土而言，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的存在往往導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)[2-3]。因此對(duì)于大體積混凝土而言，需嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的混凝土內(nèi)部溫度。

在施工領(lǐng)域中大體積混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)已是相對(duì)較為成熟的技術(shù)，但在低溫下的大體積混凝土工程鮮有進(jìn)行。原因在于混凝土的強(qiáng)度生長(zhǎng)極限為5 ℃，0 ℃以下時(shí)，混凝土內(nèi)水分開(kāi)始結(jié)冰，混凝土體積膨脹并產(chǎn)生較大側(cè)壓力，致使混凝土受到早期破壞而降低強(qiáng)度[4-5]。

由于施工進(jìn)度、工序要求等，必要時(shí)期需進(jìn)行低溫下的混凝土工程。本文以烏蘭木倫河三號(hào)橋P2主拱座混凝土工程為例，從溫控工藝角度出發(fā)，介紹了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃氣溫下的澆筑措施及最低-17 ℃氣溫下的養(yǎng)護(hù)措施，為低溫情況下的大體積混凝土施工提供可靠的工程借鑒。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋是國(guó)內(nèi)首座雙飛翼景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+64+5）m，屬于中承式復(fù)式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m。橋梁上部主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾斜17 °，副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，向道路中心線內(nèi)傾45 °，主拱、副拱和鋼箱梁內(nèi)部共設(shè)計(jì)8套除濕系統(tǒng)。本橋設(shè)置23對(duì)吊桿，其中主拱與鋼箱梁間設(shè)置17對(duì)吊桿，主拱與副拱設(shè)置6對(duì)吊桿，橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結(jié)構(gòu)。

該橋P2承臺(tái)樁基為32根2.2 m、長(zhǎng)56 m的旋挖鉆孔樁。承臺(tái)混凝土為C40，C40施工配合比為水泥∶粉煤灰∶碎石∶砂∶∶減水劑=341∶139∶1 103∶697∶152∶9.6。承臺(tái)體積為50 m×23.6 m×5.5 m。根據(jù)預(yù)應(yīng)力布設(shè)及預(yù)埋段特點(diǎn)，將承臺(tái)混凝土分兩次進(jìn)行澆筑，首次澆筑高度為1 m，第二次澆筑高度為4.5 m。本次混凝土澆筑體積為50 m×23.6 m×4.5 m，共計(jì)5 310 m3?；炷翝仓陂g最低溫度為-5 ℃，養(yǎng)護(hù)期間最低溫度為-17 ℃，屬于冬季施工范圍。

2 天氣概況

按照施工進(jìn)度，計(jì)劃在11月份進(jìn)行承臺(tái)第二次混凝土澆筑，首先需要提前了解當(dāng)?shù)氐奶鞖狻Ｈ鐖D1所示，收集近8年鄂爾多斯市每一年11月份白晝、夜間的溫度數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析得出：日間平均氣溫為4.5 ℃，夜間平均氣溫為-4.2 ℃，依照相關(guān)規(guī)范要求屬于冬季施工[6]。由此項(xiàng)目部第一時(shí)間積極調(diào)整，明確措施保證澆筑過(guò)程中混凝土的入模溫度及養(yǎng)護(hù)溫度等。在澆筑之前密切關(guān)注天氣情況，選擇溫度最高的兩天進(jìn)行混凝土的澆筑。

3 澆筑及養(yǎng)護(hù)溫控措施

對(duì)P2承臺(tái)大體積混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、保溫、養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)備、材料、人員布局，確保萬(wàn)無(wú)一失。通過(guò)一系列措施，控制入模溫度，內(nèi)降外保，控制內(nèi)外溫差。

3.1 拌和用水加熱

優(yōu)先采用對(duì)拌和用水加熱的方式控制商品混凝土的出機(jī)溫度。P2承臺(tái)計(jì)劃第二次澆筑混凝土5 400 m3左右，同時(shí)使用三個(gè)拌和站供料，計(jì)劃澆筑時(shí)間48 h。因此每個(gè)拌和站平均出料1 800 m3，一個(gè)拌和站出料37.5 m3/h，一立方用水0.152 t，拌和用水為5.7 t/h，拌和用水加熱到60 ℃。

蒸汽用量可按下式計(jì)算：

W=cmt/（I×H）（1）

式中：W——所需蒸汽量（kg/h）;

c——水的比熱容[kJ/（kg·K）];

m——水的質(zhì)量;

t——水升高的溫度;

H——有效利用系數(shù);

I——[ZK（]一定壓力下蒸汽的含熱量，蒸汽鍋爐額定壓力0.8 MPa，含熱量為2 763 kJ/kg。

求得W=0.68 t/h，鍋爐發(fā)熱量為1 t/h，通過(guò)計(jì)算可知，鍋爐滿足要求。因此，采用蒸汽鍋爐+水池連續(xù)升溫，配立式蒸汽鍋爐+燃油燃?xì)庹羝仩t，水溫控制在60 ℃左右?；炷恋臄嚢钑r(shí)間應(yīng)比常溫時(shí)延長(zhǎng)50%并符合有關(guān)規(guī)定[7]。

3.2 混凝土出機(jī)、運(yùn)輸及入模溫度

混凝土攪拌、運(yùn)輸、出機(jī)、入模溫度均需經(jīng)過(guò)計(jì)算，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的情況下，即混凝土出機(jī)溫度>10 ℃，入模溫度>5 ℃，方可進(jìn)行施工。相關(guān)計(jì)算公式主要參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[7]進(jìn)行，計(jì)算時(shí)外界溫度按-10 ℃計(jì)算，骨料溫度按5 ℃計(jì)算，混凝土運(yùn)輸至澆筑成型按1 h計(jì)算。具體公式如下。

混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，對(duì)罐車(chē)配置保溫套，減緩混凝土在運(yùn)輸途中的散熱。由圖2可以看出在P2澆筑過(guò)程中，混凝土的出料溫度均>10 ℃，入模溫度均>12 ℃，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.3 冷卻管等效路徑布置

針對(duì)50 m×23.6 m×4.5 m的大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的多路閥循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)及縱橫橋向等效路徑布置方法。圖3所示為冷卻管布置圖，在原有1 m混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)行布置。自下而上，第一層及第三層冷卻管為六進(jìn)六出，第二層及第四層冷卻管為七進(jìn)七出，四層冷卻管距離第一層混凝土頂面的距離依次為75 cm、175 cm、275 cm、400 cm。

利用測(cè)溫儀檢測(cè)進(jìn)水口、出水口及混凝土表面溫度。當(dāng)出水口與承臺(tái)表面溫度差<15 ℃時(shí)，可直接將出水口冷卻水排放到承臺(tái)頂面進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。

通過(guò)圖4中Midas軟件模擬結(jié)果可以看出，本次設(shè)計(jì)的混凝土冷卻系統(tǒng)可有效降低混凝土水化熱，混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中最高溫度為55.4 ℃，滿足規(guī)范要求（最高溫度不高于75 ℃）。

本次設(shè)計(jì)的混凝土冷卻系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于P1混凝土澆筑中，澆筑體積同樣為50 m×23.6 m×4.5 m。下頁(yè)圖5所示為養(yǎng)護(hù)過(guò)程中不同部位P1混凝土的溫度監(jiān)控情況，可以看出該措施可保證養(yǎng)護(hù)期間混凝土里表溫差值基本<25 ℃，最高溫度<75 ℃，滿足相關(guān)規(guī)范要求，可應(yīng)用于P2承臺(tái)大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)中。

3.4 混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)

利用支護(hù)樁和承臺(tái)頂面鋼管做骨架，用彩條布+棉被搭設(shè)1 m高暖棚，采用蒸汽機(jī)蓄熱對(duì)大體積混凝土進(jìn)行升溫養(yǎng)護(hù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫度蓄熱，保證混凝土表外溫差≤20 ℃（見(jiàn)下頁(yè)圖6）。蒸汽管道間隔5 m設(shè)置，每隔30 cm處開(kāi)孔，進(jìn)行噴汽養(yǎng)護(hù)，管道距離混凝土結(jié)構(gòu)30 cm。

4 溫度監(jiān)控

通過(guò)布置測(cè)溫點(diǎn)的方式監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部及表面溫度，布置方式見(jiàn)圖7。在承臺(tái)混凝土對(duì)角線的1/2范圍內(nèi)均勻布置4組測(cè)溫電纜，每組測(cè)溫電纜在距混凝土上表面垂直距離分別為0.5 m、1.5 m、3.0 m、4.0 m處布置相應(yīng)溫度傳感器，用于測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度;承臺(tái)表面布置三組測(cè)溫電纜，每組布置一個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)量混凝土表面溫度。

P2承臺(tái)與P1承臺(tái)均采用上文所述冷卻管布置方法。根據(jù)P1大體積混凝土溫度監(jiān)控的數(shù)據(jù)分析可知，P2混凝土溫度理論上滿足要求。從圖8中可以看出，P2混凝土養(yǎng)護(hù)期間里表溫差值<25 ℃，最高溫度<75 ℃。與P1混凝土不同的是，受蒸汽養(yǎng)護(hù)的影響，除距表面0.5 m處混凝土溫度較低外，距表面1.5 m、3.0 m、4.0 m處混凝土的溫度相差不大。

5 抗壓強(qiáng)度

在混凝土澆筑過(guò)程中按規(guī)定制作20組混凝土立方體試塊，每組2塊，進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)。同時(shí)，增加3組試塊與結(jié)構(gòu)進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，并在解凍后試壓。其中，標(biāo)養(yǎng)條件下的試塊抗壓強(qiáng)度平均值為47.2 MPa，同養(yǎng)條件下的試塊抗壓強(qiáng)度平均值為46.8 MPa，均達(dá)到C40混凝土抗壓強(qiáng)度要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河三號(hào)橋P2主拱座混凝土工程為例，介紹了大體積混凝土低溫施工的溫控工藝。

（1）通過(guò)一系列措施，使得-5 ℃溫度下的混凝土出機(jī)、運(yùn)輸及入模溫度在理論計(jì)算及實(shí)際測(cè)量中均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）設(shè)計(jì)的冷卻管縱橫橋向等效路徑布置方法，可滿足常溫天氣及低溫情況下大體積混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度的相關(guān)規(guī)范要求。

（3）采用暖棚及蒸汽養(yǎng)護(hù)可有效控制混凝土表外溫差，降低外界溫度對(duì)混凝土的影響。

（4）標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)及同條件養(yǎng)護(hù)下的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到C40混凝土的要求。

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[6]JGJ/T104-2011，建筑工程冬期施工規(guī)程[S].

[7]G/TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡(jiǎn)介：鄧?yán)顖?jiān)（1980—），高級(jí)工程師，主要從事公路橋梁施工技術(shù)管理工作。