龍?zhí)堕L江大橋南主墩承臺溫控技術(shù)研究

張 艷

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

龍?zhí)堕L江大橋主橋為單跨1 560 m鋼箱梁懸索橋，南主塔為大直徑群樁基礎(chǔ)，承臺結(jié)構(gòu)為啞鈴型，平面尺寸78.95 m×40.5 m，厚6.0 m，承臺底標高-2.0 m，頂標高+4.0 m，上下游承臺之間用系梁聯(lián)成整體，設(shè)計采用C40混凝土，共16 232 m3。

承臺基坑采用鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)進行支護，設(shè)置兩層支撐體系?？紤]圍堰設(shè)計情況，承臺澆筑分兩層進行，第一層澆筑厚度2.0 m，第二層澆筑厚度4.0 m，由于南主墩承臺為特大型大體積混凝土構(gòu)件，溫控防裂要求很高，施工中如何避免或控制有害裂縫發(fā)生是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

2 溫控標準及溫控措施

2.1 溫控標準

溫度裂縫形成的原因是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大或外界氣溫變化較大，熱脹冷縮引起混凝土體積變化，混凝土變形受自身或外部約束，局部拉應(yīng)力過大，超出其抗拉強度時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

根據(jù)主墩承臺結(jié)構(gòu)特點，采用MIDAS軟件建立南主墩承臺有限元模型，對承臺混凝土進行溫度和應(yīng)力仿真計算。溫控計算考慮承臺混凝土的物理熱學(xué)性能參數(shù)、分層澆筑厚度、澆筑溫度、澆筑間隔、環(huán)境溫度變化、混凝土徐變及外部約束等因素。南主墩承臺施工溫控標準如下，見表1。

表1 南主墩承臺施工溫控標準

2.2 溫控措施

南主墩承臺混凝土產(chǎn)生裂縫的因素主要來自兩個方面：一是自身水化熱引起的溫度應(yīng)力變化；二是承臺受鉆孔樁基礎(chǔ)約束，及上下兩層混凝土之間施工齡期差異導(dǎo)致的收縮徐變不同。為達到溫控標準要求，主要從以下幾個方面采取措施來保證溫控指標的實現(xiàn)。

(1)對混凝土配合比進行優(yōu)化。選用中低熱水泥，盡量減少水泥用量，適當增加粉煤灰等礦物摻合料摻量，摻加優(yōu)質(zhì)緩凝高效減水劑，降低水化熱，延長混凝土初凝時間，從而降低溫升峰值和延緩溫峰到達時間；選用優(yōu)質(zhì)骨料，低熱膨脹系數(shù)、低吸水率的骨料體積穩(wěn)定性好，可減小混凝土的收縮變形；在滿足施工的情況下，使用坍落度較低的混凝土，有利于減少用水量，減少干縮，提高抗開裂性能。

(2)控制混凝土澆筑的入模溫度?；炷翝仓囟葘炷羶?nèi)部最高溫度和溫峰到達時間都有很大影響，相同配比的混凝土，澆筑溫度低的溫峰值要比澆筑溫度高的小很多。南主塔承臺施工在冬季，環(huán)境溫度-7～15 ℃，正常情況下對水泥、粉煤灰、碎石、砂等原材料覆蓋保溫即可滿足≥5 ℃且≤28 ℃澆筑溫度的要求。遇到低溫寒潮天氣，采用攪拌用水加熱的方法來保證混凝土的澆筑溫度。

(3)在承臺內(nèi)部安裝冷卻水管，并對混凝土進行保溫養(yǎng)護，通過內(nèi)降外保，降低內(nèi)表溫差。大體積混凝土澆筑過程中，前期水化熱會使混凝土溫度快速上升，在承臺內(nèi)部安裝冷卻水管，通過冷卻水循環(huán)，直接帶走混凝土內(nèi)部溫度，從而降低升溫速率和溫度峰值；后期溫度峰值過后，混凝土逐漸降溫，此時需要加強保溫覆蓋養(yǎng)護，減緩表面溫度散失，避免降溫速率過快。南主墩承臺分層分塊澆筑，施工時除控制混凝土內(nèi)表溫差外，還應(yīng)注意降低新老混凝土之間、混凝土表面和外界環(huán)境溫度之間的溫差。

(4)優(yōu)化施工方案，減小承臺結(jié)構(gòu)受鉆孔樁基礎(chǔ)的約束作用，嚴格控制上下兩層混凝土之間的施工齡期差。考慮到承臺受群樁基礎(chǔ)約束，混凝土收縮徐變時易產(chǎn)生裂縫，在中間系梁部位設(shè)置2 m后澆帶，將承臺分成上下游兩層共4塊區(qū)域進行澆筑，后澆帶在塔座混凝土澆筑完成后、下橫梁施工前用微膨脹混凝土一次性澆筑成型。此外，盡量縮短上下兩層混凝土之間的齡期差，避免出現(xiàn)收縮裂縫，兩層混凝土之間的澆筑間隔控制不超過20 d。

3 現(xiàn)場溫控措施實施

3.1 配合比優(yōu)化

(1)采用P·O 42.5句容水泥，在膠材總量確定的前提下，增加Ⅰ級粉煤灰摻量，略降低礦粉摻量，礦物摻合料總摻量不超過45%。

(2)選用產(chǎn)地江西的碎石和中砂，碎石要求級配良好、線脹系數(shù)小、吸水率低、體積穩(wěn)定性好。

(3)選用蘇博特聚羧酸類高性能緩凝減水劑。優(yōu)質(zhì)的聚羧酸類緩凝高效減水劑具有緩凝、減水、引氣的效果，能夠延緩溫峰時間，減少水化熱總量，并顯著增加混凝土的和易性、可泵性。

(4)混凝土的坍落度按照200±20 mm控制，標準溫度濕度環(huán)境下試拌初凝時間調(diào)整大于35 h。混凝土強度評定采用56 d強度。

3.2 澆筑溫度控制

根據(jù)南主墩承臺有限元模型計算結(jié)果，承臺混凝土的澆筑溫度必須控制在5～28 ℃范圍內(nèi)，現(xiàn)場采取如下措施：

(1)澆筑前對原材料溫度進行測量，通過熱工計算進行估算，估算結(jié)果低于5 ℃時，可加熱攪拌用水，控制澆筑溫度。

(2)水泥礦粉溫度控制低于60 ℃，粉煤灰溫度控制低于40 ℃，對儲料罐進行包裹保溫。

(3)搭設(shè)保溫棚進行骨料保溫，棚內(nèi)溫度保持5 ℃以上，骨料采取堆高和覆蓋措施，取料時從底層取料。

(4)選擇白天澆筑，避開夜間低溫寒潮時段。為防止混凝土運輸和澆筑過程中受凍或溫度損失過大，對運輸罐車和輸送泵管均進行包裹保溫。

3.3 冷卻水管安裝

冷卻水管采用Φ40×2.5 mm的黑鐵管，承臺第一層上、下游混凝土內(nèi)各布設(shè)1層冷卻水管，承臺第二層混凝土內(nèi)布設(shè)3層冷卻水管，水管豎向間距1.0 m，水平間距0.8 m，距混凝土表面及側(cè)面70～100 cm。冷卻水管每層12套，每套總長度不超過150 m。采用水箱蓄水循環(huán)冷卻，冷卻水管的進出水口集中布置并編號，方便管理。進水口設(shè)置兩個減壓閥以控制水流速率，外接水泵給水箱補水調(diào)節(jié)水溫，以便調(diào)整進水溫度與內(nèi)部混凝土溫差在指標范圍內(nèi)，同時起到控制升溫速率和降溫速率的作用。

承臺混凝土澆筑前對冷卻水管進行加壓通水試驗，檢驗冷卻水管是否運行正常，發(fā)現(xiàn)管道有漏水、阻水現(xiàn)象及時修補。進水溫度與內(nèi)部混凝土溫差應(yīng)控制在20 ℃以內(nèi)，避免對內(nèi)部混凝土冷激造成內(nèi)部裂縫。不同時段對冷卻水的流速和溫度要求不同，南主墩承臺混凝土通水要求見表2。

表2 南主墩承臺混凝土通水要求

3.4 保溫養(yǎng)護

南主墩承臺在冬季施工，外界環(huán)境溫度很低，對混凝土開裂影響較大，升溫速率和降溫速率過快都會導(dǎo)致混凝土內(nèi)表溫差過大，極端寒潮天氣甚至?xí)绊懟炷琳ＤY(jié)硬化，因此必須對混凝土進行保溫覆蓋養(yǎng)護。

承臺第一層混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋較密，且第一層處于圍堰內(nèi)較低位置，起到了很好的避風(fēng)效果，受晝夜氣溫變化影響較小，上表面主要采用覆蓋及溫水養(yǎng)護，側(cè)面在模板外側(cè)粘貼一層3 cm厚橡膠保溫棉并帶模養(yǎng)護。承臺第二層混凝土上表面采用覆蓋塑料薄膜+棉被保溫保濕，側(cè)面粘貼橡膠保溫棉與帶模養(yǎng)護。

4 測溫監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析

4.1 測溫監(jiān)控

為了解承臺澆筑、養(yǎng)護過程中混凝土各部位溫度變化情況，及外界環(huán)境溫度、冷卻水溫度等，以便及時調(diào)整和優(yōu)化溫控措施，需對承臺混凝土進行實時測溫監(jiān)控。在滿足溫控要求的前提下，考慮經(jīng)濟原則，選取承臺混凝土垂直中位面的1/4塊布置測溫元件。承臺第一層上、下游各布設(shè)1層共22個測點，測點距封底混凝土1.0 m；承臺第二層上、下游高度1.5 m與2.5 m處各布設(shè)2層共44個測點。

溫度監(jiān)測工作在混凝土澆筑后立即進行，每1 h監(jiān)測1次，連續(xù)不斷。承臺混凝土澆筑14 d后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，確定終止測量時間。南主墩承臺溫控監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。

表3 南主墩承臺混凝土溫控監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

4.2 數(shù)據(jù)分析

由溫控監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，南主墩承臺各部位的澆筑溫度在15.3～18.6 ℃，內(nèi)部最高溫度58.8 ℃，最大內(nèi)表溫差24.3 ℃，各項指標均滿足溫控標準要求，進出水溫差也滿足通水要求≤10 ℃的標準。此外，由于采取了保溫覆蓋措施，承臺混凝土表面溫度變化不大，受晝夜溫差作用影響有輕微波動?，F(xiàn)將南主墩承臺上游第一層混凝土施工監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成歷時曲線圖進行分析，見圖1。

圖1 承臺上游第一層測點溫度特征值歷時曲線圖

如圖1，前期隨著承臺混凝土水化放熱，其表面溫度和芯部溫度同步上升，平均升溫速率在0.2～0.8 ℃/h，表面升溫速率要小于芯部升溫速率，內(nèi)表溫差逐漸增大，60 h后混凝土內(nèi)部升溫減緩，此時接近溫度峰值。在冷卻水影響下，芯部溫度達到溫峰值后開始緩慢降溫，平均降溫速率在1.6～2.0 ℃/d，此時，混凝土表面溫度和芯部溫度同步下降，但表面降溫速率大于芯部降溫速率，內(nèi)表溫差呈繼續(xù)增長趨勢，持續(xù)通水冷卻并帶模養(yǎng)護，保證內(nèi)表溫差≤25 ℃，控制降溫速率≤2.0 ℃/d，直至芯部溫度變化趨于穩(wěn)定，滿足停水要求。

對南主墩承臺其他部位混凝土監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步分析表明，各區(qū)混凝土溫度特征曲線走勢基本一致，混凝土施工溫控指標均滿足標準要求。

5 結(jié) 語

龍?zhí)堕L江大橋南主墩承臺溫控施工嚴格按溫控方案要求執(zhí)行，低溫寒潮季節(jié)采取溫水拌和、罐車包裹等方式保證澆筑入模溫度；采用水箱蓄水循環(huán)冷卻，有效降低了進水溫度與混凝土芯部溫度差值，通水總體效果良好；在結(jié)構(gòu)側(cè)面帶模加粘貼保溫棉養(yǎng)護起到了很好的防風(fēng)保溫作用，有效降低了雨水、低溫等不利天氣影響。承臺施工完成后，混凝土沒有出現(xiàn)裂縫，這說明南主墩承臺施工溫控技術(shù)是科學(xué)有效的。