摘要: 文章介紹了某大橋在北錨碇工程的施工過程中,采用了冷卻水管降溫、原材料降溫、混凝土施工過程控制等多項(xiàng)溫控措施,大體積混凝土的溫度控制取得了良好效果,成功地避免了混凝土有害裂縫的出現(xiàn)。
關(guān)鍵詞: 橋梁工程；混凝土；溫度控制；監(jiān)測(cè)
某較大跨度的雙塔懸索橋,全長2725m,北錨碇工程屬于主橋懸索主拉應(yīng)力承擔(dān)系統(tǒng),北錨碇臨江不足300m,長70.5m,寬54m,高46m,基坑最大開挖深度近50m。
北錨碇混凝土總量達(dá)87440m3, 錨固系統(tǒng)及前后錨室左右分離,錨體連為整體。整個(gè)錨碇平面分4 塊,豎向分19 層連續(xù)施工。
散索鞍支墩(標(biāo)高30.2m 以上)采用C40 混凝土,2368m3;錨塊、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、前錨室、散索鞍支墩(標(biāo)高30.2m 以下部分)均采用C30 混凝土,80412m3;后澆段采用C30 膨脹混凝土,為4660m3,錨碇全部為S12 級(jí)防滲混凝土。
錨碇施工的特點(diǎn)是:混凝土量大,持續(xù)時(shí)間長,施工期長,經(jīng)歷一年中的最高溫度季節(jié)?；炷翆儆诖篌w積混凝土,強(qiáng)度等級(jí)高,由于水泥的水化熱作用,混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期3 個(gè)階段,大體積混凝土溫度控制技術(shù)非常關(guān)鍵。
1 配合比設(shè)計(jì)
為保證大體積混凝土施工質(zhì)量,施工時(shí)選用低水化熱品種的水泥,水泥應(yīng)進(jìn)行水化熱試驗(yàn)比較后方可使用。在混凝土混合料中摻入適量的粉煤灰和緩凝型外加劑,以降低水泥用量和減少水化熱。
1.1 原材料
?。?）水泥。采用32.5 級(jí)低熱礦渣水泥,散裝入場(chǎng),使用溫度不得超過50℃,否則須采取措施降低水泥溫度,如要求水泥生產(chǎn)廠家放置一段時(shí)間后發(fā)貨。
（2）粉煤灰。采用Ⅰ級(jí)粉煤灰,質(zhì)量應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596291 的規(guī)定。
?。?）砂。含泥量≤1%,細(xì)度模數(shù)2.3～3.1,屬Ⅱ區(qū)級(jí)配范圍,其它指標(biāo)必須符合規(guī)范規(guī)定,砂來源必須穩(wěn)定,砂入場(chǎng)后應(yīng)分批檢驗(yàn)。
（4）石。5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石,級(jí)配應(yīng)優(yōu)良,來源應(yīng)穩(wěn)定,必須分批檢驗(yàn)并嚴(yán)格控制其含泥量不超過1.0%,如果達(dá)不到要求,必須用水沖洗合格后使用,其它指標(biāo)必須符合規(guī)范要求。
（5）外加劑。采用NF 系緩凝型高效減水劑。
?。?）水。拌合用水的水質(zhì)通過嚴(yán)格檢驗(yàn)并符合有關(guān)規(guī)范規(guī)定。
1.2 “雙摻”技術(shù)
為改善混凝土性能,同時(shí)摻加粉煤灰和減水劑,對(duì)于大體積混凝土,粉煤灰取代了部分水泥,使得混凝土的水化熱降低,可以有效地防止溫度裂縫。錨碇混凝土中采用的粉煤灰為磨細(xì)的Ⅰ級(jí)灰,外加劑為NF 型緩凝高效減水劑。
1.3 配合比
泵送混凝土應(yīng)具有良好的和易性和粘聚性, 不離析、不泌水。初始坍落度控制在18cm左右,初凝時(shí)間為(25±3)h。為滿足以上施工要求,確保施工質(zhì)量,對(duì)錨碇大體積混凝土配合比進(jìn)行大量試驗(yàn),按材料實(shí)際情況,優(yōu)選出配合比;同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工和材料情況,對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)范規(guī)定,錨碇大體積混凝土采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下60d 齡期的抗壓強(qiáng)度作為驗(yàn)收和評(píng)定的依據(jù)。最終優(yōu)選的配合比如表1 所示。
2 溫度控制設(shè)計(jì)
?。?）根據(jù)以往工程實(shí)踐，大體積混凝土升溫時(shí)間較短，一般在澆筑后的2~3d 內(nèi)，其間混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態(tài)，約束應(yīng)力很低，當(dāng)水化熱溫升至峰值后，水化熱能耗盡，繼續(xù)散熱引起溫度下降，隨著時(shí)間逐漸衰減，延續(xù)10 余天至30 余天?；炷两禍仉A段，彈性模量迅速增加，約束拉應(yīng)力也隨時(shí)間增加，在某時(shí)刻如超過混凝土抗拉強(qiáng)度便出現(xiàn)貫穿性裂縫。因此控制降溫曲線對(duì)保證大體積混凝土施工質(zhì)量尤為關(guān)鍵，但該問題屬于熱傳導(dǎo)的混合邊值問題，理論求解相當(dāng)冗繁，且由于許多施工條件難以預(yù)測(cè)，理論結(jié)果亦很難嚴(yán)格?！‖F(xiàn)國內(nèi)施工界普遍采用王鐵夢(mèng)于《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》專著中根據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而成的經(jīng)驗(yàn)公式，偏于安全地以截面中部最高溫度降溫曲線代替平均降溫曲線，求解近似值。因該公式經(jīng)多年施工實(shí)踐證明與實(shí)際情況基本吻合。本工程亦按此選取最大結(jié)構(gòu)物澆注最大厚度進(jìn)行近似計(jì)算，作為工程預(yù)控指標(biāo)，并借此提出保溫與降溫措施。
?。?）為防止混凝土施工過程中因溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力等產(chǎn)生開裂,對(duì)大體積混凝土進(jìn)行溫控設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)單位對(duì)北錨碇進(jìn)行了仿真計(jì)算,模擬混凝土實(shí)際施工過程,考慮混凝土的分塊、分層澆筑及澆筑溫度,施工間歇期、混凝土水化熱的散發(fā)規(guī)律、養(yǎng)護(hù)方式、冷卻水管降溫、外界氣溫變化、混凝土徐變等復(fù)雜因素。結(jié)合近年工程經(jīng)驗(yàn)：混凝土最高溫升值一般發(fā)生于澆灌后2~3d 的白天，估計(jì)室外溫度約在30℃，則混凝土中心溫度峰值與表面大氣溫差約在58.5℃，仍需采取相應(yīng)的保溫措施，以保證從混凝土中心至大氣的溫差梯度及混凝土本身的降溫梯度滿足合理的預(yù)控指標(biāo)。
在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上, 制定了混凝土在施工期間不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn):①混凝土澆筑溫度不超過28℃;②混凝土最大水化熱溫升C30 混凝土不超過31℃,C40 混凝土不超過35℃;③混凝土內(nèi)表溫差不超過25℃;④相鄰混凝土溫差不超過25℃。3 溫度控制措施及現(xiàn)場(chǎng)控制
3.1 混凝土澆灌前準(zhǔn)備
混凝土澆灌計(jì)劃安排應(yīng)考慮天氣狀況，及時(shí)聯(lián)系氣象臺(tái)，取得近期的天氣狀況，避免雨天施工影響混凝土施工質(zhì)量，同時(shí)足夠的抽水設(shè)備和防雨物資。
3.2 混凝土的分塊分層
錨碇分錨塊和散索鞍支墩及基礎(chǔ)4 塊單獨(dú)施工, 塊間設(shè)置2m 寬的后澆帶,每塊分層澆筑,層厚2m 左右,錨塊、散索鞍及其支墩均各分19 層。如圖1 所示。
按分塊示意圖進(jìn)行施工時(shí), 各塊必須嚴(yán)格按規(guī)定的分層厚度進(jìn)行分層澆筑。錨碇混凝土澆筑順序?yàn)?除后澆帶外,其余4 塊應(yīng)基本保證均勻上升。后澆帶混凝土和微膨脹濕接縫混凝土應(yīng)在主體混凝土溫度基本穩(wěn)定后澆筑,避免接縫開裂。
3.2 混凝土澆筑溫度的控制
混凝土出拌合機(jī),經(jīng)泵送、振搗等過程后的溫度為澆筑溫度,控制在28℃以內(nèi)。在每次混凝土開盤之前,必須嚴(yán)格控制混凝土原材料的溫度,要量測(cè)水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度,專門記錄,計(jì)算其出機(jī)溫度,并估算澆筑溫度。
當(dāng)澆筑溫度超過上述控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí),必須采取如下措施:混凝土泵管外用草袋遮蓋,并經(jīng)常灑水降溫;砂、石料避免太陽暴曬;夏季施工時(shí)拌合水中加冰來降低水的溫度; 盡量利用夜間澆筑混凝土。冬期施工拌合水用鍋爐加熱,保證水的溫度在10℃以上,確保澆筑溫度在5℃以上。
3.3 控制各層澆筑的間歇期
混凝土澆筑間歇期應(yīng)控制在5～7d, 在底層混凝土內(nèi)部溫度峰值過后才允許澆筑下層混凝土。若因安裝預(yù)應(yīng)力管道鋼支架,某些塊的間歇時(shí)間超過7d,應(yīng)通過驗(yàn)算并有相應(yīng)調(diào)整溫控措施。采取的措施為:在間歇期內(nèi)要加強(qiáng)表面的養(yǎng)護(hù)和保溫,保持混凝土的濕潤狀態(tài)。
3.4 冷卻水管布置及要求
冷卻水管采用管徑42.3mm、厚3.25mm 的黑鐵管,在每層混凝土中均布設(shè)2 層冷卻水管,冷卻水管水平及豎向間距均為1m左右。冷卻水管布設(shè)后應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn),防止管道漏水;在混凝土澆筑至水管標(biāo)高后立即開始通水,連續(xù)通水8～10d,在此期間若混凝土降溫速率超過1.5℃/d,則停止通水;嚴(yán)格控制進(jìn)水溫度,在保證冷卻水管進(jìn)水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過25℃的條件下,盡量使進(jìn)口水溫最低;在氣溫較高時(shí),冷卻水應(yīng)使用靜置后的集水池內(nèi)的水,氣溫較低或冬季施工時(shí),應(yīng)使冷卻水管出水回至集水池內(nèi),使進(jìn)口水溫適當(dāng)升高,以控制溫差。
3.5 混凝土保溫及養(yǎng)護(hù)
（1）各層混凝土頂面待混凝土終凝后進(jìn)行養(yǎng)護(hù),用濕麻袋覆蓋,時(shí)間持續(xù)到上層混凝土澆筑,澆筑前各層間水平接縫按施工縫進(jìn)行處理,表面鑿毛、清洗干凈。在面層混凝土澆筑完成后，將混凝土表面振搗抹平后及時(shí)覆蓋塑料薄膜或濕草簾、濕麻袋，對(duì)混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。接縫得搭接蓋嚴(yán)，避免混凝土水份蒸發(fā)，保持混凝土表面于濕潤狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)，混凝土終凝后持續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)14d。氣溫較高時(shí)(日最高氣溫超過20℃)側(cè)面可不用保溫,但各暴露的側(cè)面拆模后必須進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)(可采用冷卻水管出水),保持混凝土面潮濕,防止干縮裂縫的產(chǎn)生。當(dāng)混凝土內(nèi)表面溫差超過溫控標(biāo)準(zhǔn)或寒潮來臨及冬季施工時(shí), 混凝土各側(cè)面應(yīng)進(jìn)行表面保溫覆蓋。
?。?）如水溫與混凝土表面溫差在20℃以上時(shí)，測(cè)溫人員及時(shí)將測(cè)溫結(jié)果反饋于工程技術(shù)部，由項(xiàng)目部對(duì)蓄水進(jìn)行應(yīng)急措施：
?、儆绅B(yǎng)護(hù)人員負(fù)責(zé)燒開水，并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，與蓄水溶合；
?、谟啥€配合人員拉燈牽線，采取點(diǎn)鎢燈取暖升溫措施。
?。?）如遇大風(fēng)天氣，需采取搭設(shè)防風(fēng)棚措施，簡(jiǎn)易防風(fēng)棚采用DN48*3.5 標(biāo)準(zhǔn)鋼管及雨布制作，由架工與普工協(xié)同落實(shí)。加密測(cè)溫時(shí)間間隙，并視測(cè)溫情況采取第3.5.2 條措施。
?。?）混凝土澆灌過程中或澆筑后，特別是混凝土開始處于降溫階段時(shí)，如遇大雨甚至暴雨天氣，應(yīng)提前搭設(shè)防雨棚，搭設(shè)材料與人員配置同第3.5.2 條。
3.6 混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工控制
為確保大體積混凝土施工質(zhì)量, 提高混凝土的均勻性和抗裂能力,必須加強(qiáng)對(duì)混凝土每一環(huán)節(jié)的施工控制,要求現(xiàn)場(chǎng)人員必須從混凝土的拌合、運(yùn)輸、澆筑、振搗到養(yǎng)護(hù)、保溫整個(gè)過程實(shí)行有效監(jiān)控。混凝土施工嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041- 2000 進(jìn)行,并應(yīng)特別注意以下方面:
?。?）混凝土拌制配料前,各種衡器應(yīng)請(qǐng)計(jì)量部門進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定,稱料誤差應(yīng)符合規(guī)范要求。應(yīng)嚴(yán)格控制新拌混凝土質(zhì)量,使其和易性滿足施工要求。坍落度檢驗(yàn)應(yīng)在出機(jī)口進(jìn)行,拒絕使用坍落度過大和過小的混凝土料。及時(shí)檢測(cè)粗、細(xì)骨料的含水率,遇陰雨天氣應(yīng)增加檢測(cè)頻率,隨時(shí)調(diào)整用水量。
?。?）澆筑混凝土前應(yīng)對(duì)模板、鋼筋、預(yù)埋件、監(jiān)控元件及線路等進(jìn)行檢查,檢驗(yàn)合格后才能開盤。
（3）混凝土應(yīng)按規(guī)定厚度、順序和方向分層澆筑,必須在下層混凝土初凝前澆筑完畢上層混凝土。如因故停歇,時(shí)間超過初凝時(shí)間時(shí),倉面混凝土應(yīng)按施工縫處理?；炷练謱訚仓穸炔灰顺^400mm。
?。?）澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)采用振動(dòng)器振實(shí)。使用插入式振動(dòng)器時(shí),移動(dòng)間距不應(yīng)超過振動(dòng)器作用半徑的1.5 倍,與側(cè)模應(yīng)保持5～10cm 距離,避開預(yù)埋件或監(jiān)控元件10～15cm,插入下層混凝土5～10cm;對(duì)每一部位混凝土必須振動(dòng)到密實(shí)為止,密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉,不再冒氣泡,表面平坦、不泛漿。
（5）在澆筑混凝土過程中,必須及時(shí)清除倉面積水。
3.7 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)
為做到信息化溫控施工,出現(xiàn)異常情況能及時(shí)調(diào)整,在混凝土內(nèi)部布設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)。
?。?）溫度測(cè)試。根據(jù)錨碇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果,在各層埋設(shè)溫度傳感器,溫度測(cè)試點(diǎn)位于層厚1P2 處,并同時(shí)檢測(cè)大氣溫度、混凝土澆筑溫度,各冷卻水管進(jìn)、出口水溫。
?。?）測(cè)試儀器。溫度傳感器為PN 結(jié)溫度傳感器,溫度檢測(cè)儀采用PN24C 型數(shù)字多路自動(dòng)巡回檢測(cè)控制儀。溫度傳感器主要技術(shù)性能:測(cè)溫范圍- 50～+150℃;工作誤差±015℃;分辨率011℃。
?。?）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。在混凝土澆筑前完成傳感器的埋設(shè)及保護(hù)工作,并將電纜引至測(cè)試房,保護(hù)材料主要為角鋼和塑料泡沫。各項(xiàng)測(cè)試應(yīng)在混凝土澆筑后立即進(jìn)行,連續(xù)不斷?；炷恋臏囟葴y(cè)試,峰值以前每2h 觀測(cè)1 次,峰值出現(xiàn)后,每4h 觀測(cè)1 次,持續(xù)5d,轉(zhuǎn)入每天測(cè)2 次,直至基本穩(wěn)定。每次檢測(cè)完后及時(shí)填寫混凝土測(cè)溫記錄表。
4 混凝土溫度控制效果
?。?）北錨碇混凝土配合比選擇是大體積混凝土溫控工作的首要環(huán)節(jié),原材料的選擇尤其關(guān)鍵;粉煤灰摻量、外加劑品種及摻量是在大量水化熱試驗(yàn)基礎(chǔ)上選定的, 保證了混凝土的低熱性,能有效防止產(chǎn)生溫度裂縫。溫度檢測(cè)結(jié)果顯示:C30 混凝土最大水化熱溫升一般不超過30℃,C40 混凝土最大水化熱溫升一般不超過35℃,滿足了溫控設(shè)計(jì)的要求。
?。?）溫控措施是在嚴(yán)格溫控計(jì)算基礎(chǔ)上確定的,既注重溫控效果,又保證了工期和施工方便。混凝土澆筑溫度的控制根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件因地制宜,在北錨碇施工過程中正是高溫季節(jié),采用控制原材料的溫度來降低澆筑溫度,對(duì)碎石采用澆水降溫,冰水?dāng)嚢杌炷?簡(jiǎn)單易行,效果明顯,能降低澆筑溫度4℃,保證了溫控效果。
?。?）冷卻水管進(jìn)、出水口溫差的平均值為7.5℃,冷卻水管起到了早期削減溫峰值及防止溫度回升的效果。
?。?）綜合溫度檢測(cè)結(jié)果,北錨碇大體積混凝土施工期間各種溫控措施發(fā)揮了良好的效果,達(dá)到了預(yù)控目的,基本滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041- 2000.
[2]鐵夢(mèng)于《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》專著.
[3]《西堠門大橋南錨碇大體積混凝土溫度控制》<<公路>>2001 年06 期作者 經(jīng)德良.
