北盤(pán)江大橋鎮(zhèn)寧岸錨碇混凝土施工溫控措施及監(jiān)測(cè)

胡長(zhǎng)軍

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

1 工程概況

鎮(zhèn)勝(鎮(zhèn)寧至勝境關(guān))高速公路北盤(pán)江大橋橫跨北盤(pán)江，兩岸橋臺(tái)坡體相對(duì)較陡。上部構(gòu)造為4×45 m(預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁)+636(單跨簡(jiǎn)支鋼桁加勁懸索橋)+3×45 m(預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁)，橋梁全長(zhǎng)1 008 m。鎮(zhèn)寧岸錨碇為重力式錨，錨碇寬41m，長(zhǎng)52.76m，錨體高25.528 m，錨體、基礎(chǔ)、散索鞍支墩均為實(shí)體結(jié)構(gòu)，前錨室為中空結(jié)構(gòu)。錨碇C30混凝土29 618 m3，體積大，面積大，屬大體積混凝土。

大體積混凝土體量巨大，澆筑后水泥水化將釋放出大量水化熱，但混凝土導(dǎo)熱系數(shù)很小，使得聚集在內(nèi)部的熱量不易散發(fā)，內(nèi)部溫度高通常在40～70℃。

2 大體積混凝土溫度控制措施

2.1 施工方案制定

根據(jù)《塊體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程》(YBJ224-91)的規(guī)定，施工前必須制定溫度監(jiān)控控制方案以進(jìn)行溫度控制。為確保施工控溫方案的安全可靠，在施工前采用ANSYS進(jìn)行有限元分析模擬大體積混凝土溫度場(chǎng)，根據(jù)理論模擬分析結(jié)果得出混凝土內(nèi)部可能產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)裂縫控制的安全度，據(jù)此制定施工測(cè)控溫方案。北盤(pán)江大橋錨碇大體積混凝土工程施工期歷夏秋冬三個(gè)季節(jié)，環(huán)境溫度變化顯著。根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)合理詳盡的大體積混凝土施工溫控技術(shù)方案，按方案進(jìn)行混凝土的施工與溫度監(jiān)測(cè)、控制，避免混凝土內(nèi)外過(guò)大溫差出現(xiàn)，確保工程質(zhì)量。

2.2 仿真計(jì)算過(guò)程與結(jié)果

對(duì)各部位大體積混凝土進(jìn)行仿真計(jì)算。得出大體積混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果制定各部分結(jié)構(gòu)控制有害性溫度裂縫發(fā)生的溫控標(biāo)準(zhǔn)，并以此結(jié)合理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果制定了相應(yīng)的溫控措施。采用通用有限元程序ANSYS進(jìn)行分析。在大體積混凝土仿真分析中，溫度為基本作用荷載。在仿真過(guò)程中考慮了混凝土溫度、徐變、自重、自生體積變形和干縮變形與冷卻源的作用。

(1)混凝土材料參數(shù)及數(shù)值模型

以下溫度計(jì)算中用到的水泥水化熱，混凝土強(qiáng)度、彈性模量及氣溫條件等除由項(xiàng)目部提供外，其余參數(shù)參考有關(guān)工程資料并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。

①?gòu)椥阅Ａ?/p>

C30混凝土不同齡期彈性模量E按(1)式計(jì)算

②熱力學(xué)參數(shù)

混凝土熱力學(xué)參數(shù)如表1。式中:θ0為最終絕熱溫升;t為齡期;n為參數(shù)。

表1 混凝土熱力學(xué)參數(shù)

④泊松比

混凝土的泊松比系數(shù)取為0.160。

⑤徐變度

(2)計(jì)算結(jié)果及分析

考慮到結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，選取左側(cè)錨碇等結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行分析，網(wǎng)格與節(jié)點(diǎn)劃分情況是錨體13 671節(jié)點(diǎn)、10 400單元，澆筑分層厚度按設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行分析，計(jì)算中混凝土的溫度為第三類邊界條件，按7 d施工一層混凝土的速度仿真計(jì)算，混凝土澆筑溫度按季節(jié)選取，環(huán)境溫度也按此取。混凝土保溫按采用一層塑料布與一層麻袋覆蓋。風(fēng)速2m/S。

(3)溫度場(chǎng)結(jié)果分析(如表2)

③絕熱溫升

絕熱溫升數(shù)值模型取雙曲線函數(shù)，如式(2)所示

表2 混凝土仿真計(jì)算的各齡期最高溫度與最大應(yīng)力特征值

由仿真計(jì)算結(jié)果可知結(jié)構(gòu)各齡期的最大主應(yīng)力均小于混凝土同齡期的抗拉強(qiáng)度，抗裂安全系數(shù)K值≥1.15的安全允許系數(shù)。為了結(jié)構(gòu)安全起見(jiàn)，應(yīng)該嚴(yán)格控制本工程錨碇與承臺(tái)混凝土的最高溫升在64.0℃，降溫速率不大于1.0℃/d。

2.3 溫控技術(shù)措施

(1)原材料優(yōu)先用低堿、低水化熱的水泥，粉煤灰選用I級(jí)粉煤灰，粗集料使用時(shí)按貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)《山砂混凝土技術(shù)規(guī)程》(DBJ22-016-95)執(zhí)行;外加劑選用性能優(yōu)良、對(duì)大體積混凝土溫控有利的緩凝型高效減水劑UNF—3A。

(2)降低混凝土的入模溫度(控制在25℃)，選擇溫度適宜的時(shí)候澆筑混凝土，氣溫較高時(shí)通過(guò)淋灑水或防曬降低骨料溫度。

(3)加強(qiáng)施工中的溫度控制，在混凝土澆筑后要注意保溫措施，使混凝土的內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，溫度變化速率不宜過(guò)快，要做到均勻緩和。

(4)采用分層分塊的方式進(jìn)行，增大混凝土的外部面積，以減少混凝土每次施工的蓄熱量，使水化熱不能積聚，以減少溫度的應(yīng)力，根據(jù)上面計(jì)算將錨體分為13層26塊澆筑。

(5)為防止混凝土內(nèi)部溫度高于64℃，保證混凝土結(jié)構(gòu)安全，溫度降低速率控制在1.0℃/d，只有通過(guò)安設(shè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，冷卻管須采用導(dǎo)熱性能良好的Φ40 mm鋼管制作。每個(gè)平面循環(huán)冷卻水管布置2套系統(tǒng)，均為多管循環(huán)系統(tǒng)安裝在結(jié)構(gòu)平面處。水管平面距離為0.9 m，距四面的模板為0.5 m。混凝土澆筑前，要二次運(yùn)行循環(huán)水系統(tǒng)，以確保冷卻水系統(tǒng)密閉性，如發(fā)現(xiàn)漏水，應(yīng)標(biāo)識(shí)、停運(yùn)、補(bǔ)焊，以確保各處嚴(yán)密不漏水。混凝土澆筑開(kāi)始后，依次開(kāi)啟系統(tǒng)的各個(gè)循環(huán)，采用調(diào)整水箱溫度與循環(huán)水流速保證上述溫差準(zhǔn)確，并保證冷卻效率。

3 溫度監(jiān)測(cè)

3.1 溫度監(jiān)控點(diǎn)布置

將錨碇混凝土按后澆段的自然分塊劃分為左、右兩個(gè)大區(qū)。在每個(gè)澆筑層中的每個(gè)測(cè)試區(qū)每個(gè)截面布置一處測(cè)溫點(diǎn)，縱向劃分為3～5個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從混凝土澆筑層的下表面溫度測(cè)試點(diǎn)開(kāi)始依次編號(hào)為:1、2、3。2號(hào)傳感器為本澆筑層的中心點(diǎn)，3號(hào)傳感器為上表面溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，1號(hào)點(diǎn)為下表面點(diǎn)。每層面的3個(gè)測(cè)區(qū)的編號(hào)為:a、b、c，a測(cè)區(qū)為平面中部測(cè)區(qū)取在平面對(duì)角線的交點(diǎn)處，b取在長(zhǎng)半軸中心處，c為角位置處的測(cè)區(qū)取距離長(zhǎng)軸上距角點(diǎn)位置1 m處。

3.2 溫度監(jiān)測(cè)測(cè)試

澆筑完畢的混凝土一般在10 h后開(kāi)始測(cè)試，測(cè)溫一直持續(xù)到該混凝土溫度開(kāi)始下降穩(wěn)定時(shí)刻為止，約7 d左右。在澆筑期間及澆筑后4 d，宜不大于2 h測(cè)讀一次，4 d之后宜4 h測(cè)讀一次，如需持續(xù)到14 d，宜24 h測(cè)讀一次。測(cè)試時(shí)間7 d，可根據(jù)工程實(shí)際降溫情況調(diào)整。在混凝土的澆筑過(guò)程中每8 h測(cè)試一次混凝土的入模溫度，做好記錄工作。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析與控制方法

取第5層測(cè)試，新澆混凝土的底部溫度，在48 h內(nèi)平緩上升，于54 h達(dá)到峰值59℃后，趨于穩(wěn)定，14 d溫度值=44℃。混凝土的中心溫度，在36 h內(nèi)急劇上升，于54 h達(dá)到峰值68℃后，平緩下降，14 d溫度值=45℃;混凝土的表面溫度，在24 h內(nèi)平緩過(guò)渡，在36 h內(nèi)急劇上升，于54 h達(dá)到峰值49℃后，平緩下降，14 d溫度值=38℃;混凝土的內(nèi)外溫差:1.0～21.0℃，在溫度峰值附近較小。

根據(jù)溫度測(cè)試結(jié)果分析混凝土內(nèi)部溫度變化情況，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)需要，通過(guò)圖像處理軟件，生成溫度場(chǎng)隨齡期變化全過(guò)程曲線，供工程人員參考。

4 總結(jié)

大體積溫控為一動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制過(guò)程，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際施工的信息結(jié)合當(dāng)時(shí)情況，隨時(shí)調(diào)整施工方案以適應(yīng)質(zhì)量控制的需要。本設(shè)計(jì)方案所采取的冷卻水系統(tǒng)的布置與冷卻循環(huán)制度均為根據(jù)分析計(jì)算所得到，在施工過(guò)程中可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。經(jīng)過(guò)本工程實(shí)施結(jié)果，錨碇均未發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，實(shí)踐證明，本方案切實(shí)可行，具有施工指導(dǎo)意義，可供相關(guān)單位在施工大體積混凝土?xí)r作為參考。

［1］ 塊體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程(YBJ224-91)［S］.

［2］ 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)［S］.

［3］ 江陰長(zhǎng)江公路大橋工程建設(shè)論文集［M］.人民交通出版社，2000.

［4］ 廈門(mén)海滄大橋建設(shè)叢書(shū).第四冊(cè).東航道懸索橋［M］.人民交通出版社，2002.