跨海大橋高標(biāo)號(hào)大體積混凝土溫控技術(shù)

曾浩

摘 要：高墩、大跨度橋梁的發(fā)展給承臺(tái)施工技術(shù)帶來很大的挑戰(zhàn)，高墩、大跨度橋梁承臺(tái)體積大，如果承臺(tái)混凝土施工過程中溫控措施不到位，則會(huì)產(chǎn)生多種有害裂縫，直接影響承臺(tái)施工質(zhì)量。文章以平潭海峽公鐵兩用跨海大橋最先竣工的B26#墩承臺(tái)大體積溫控施工為例，闡述了大體積混凝土施工溫控的關(guān)鍵技術(shù)及其理論計(jì)算與實(shí)際量測的數(shù)據(jù)的對(duì)比，結(jié)果表明該技術(shù)對(duì)大體積承臺(tái)施工有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：承臺(tái) 大體積 溫控 技術(shù)

1.工程概況

平潭海峽公鐵兩用跨海大橋B26#墩承臺(tái)外觀為帶圓角的高墩承臺(tái)，平面尺寸為30.6m×14.2m，厚度5.0m，封底混凝土厚度為2.0m。承臺(tái)采用鋼吊箱施工，分2層澆筑，第一次澆筑2m，第二次澆筑3m，設(shè)計(jì)砼方量2163m3。承臺(tái)混凝土為海工混凝土，設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C50，封底混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C25。該承臺(tái)澆筑方量大、混凝土標(biāo)號(hào)高、長寬比大（長寬比大于2：1），開裂風(fēng)險(xiǎn)較大。為防止承臺(tái)產(chǎn)生裂縫，保證橋梁使用壽命，需對(duì)承臺(tái)大體積混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的溫控設(shè)計(jì)并制定相應(yīng)的溫控方案。

2.溫度應(yīng)力仿真計(jì)算

2.1環(huán)境氣溫條件

橋址所在地福州市平潭縣屬于亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，全年冬短夏長，多年平均氣溫為16～20℃；最冷時(shí)期為1～2月，最熱時(shí)期為7～8月，26#承臺(tái)大體積混凝土澆筑時(shí)間為2015年1月份，平均氣溫為9～14℃。

2.2澆筑溫度計(jì)算

2.2.1估算混凝土出機(jī)口溫度

根據(jù)《水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》（JTS 202-1- 2010，附錄D）計(jì)算混凝土出攪拌機(jī)口時(shí)的溫度。依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和原材料溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到混凝土出攪拌機(jī)口時(shí)的溫度預(yù)估值約為20.3℃。

2.2.2混凝土澆筑溫度計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場的施工工況，按照混凝土攪拌船泵送距離50m、振搗時(shí)間1min，計(jì)算混凝土泵送和澆筑過程中的溫升，計(jì)算結(jié)果的溫升約為0.4～0.8℃（現(xiàn)場實(shí)測溫升為0.3-1.6℃）。則1月施工混凝土澆筑溫度約為19.8～21.1℃，仿真計(jì)算時(shí)澆筑溫度取為21.0℃。

2.3模型參數(shù)

26#承臺(tái)外觀為圓角矩形，平面尺寸為30.6m×14.2m，厚度5.0m。承臺(tái)分2層澆筑，分層高度為2.0m+3.0m，封底厚度2m。承臺(tái)設(shè)計(jì)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為簡化計(jì)算，取1/4承臺(tái)混凝土建立計(jì)算模型，進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算。

2.4仿真計(jì)算結(jié)果

2.4.1溫度計(jì)算結(jié)果

按照上述的設(shè)定條件，計(jì)算結(jié)果為：承臺(tái)第一次澆筑后內(nèi)部最高溫度值為60.7℃，承臺(tái)第二次澆筑后內(nèi)部最高溫度計(jì)算值為65.8℃，均符合《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB 50496-2009）對(duì)混凝土溫升不宜大于50℃的規(guī)定。澆筑后第2天達(dá)到內(nèi)部溫度峰值，承臺(tái)內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖見圖1。

2.4.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總

混凝土早期由于內(nèi)表溫差引起表面拉應(yīng)力，后期由于基礎(chǔ)溫差引起內(nèi)部拉應(yīng)力。構(gòu)件混凝土早期（3d）應(yīng)力發(fā)展較快，集中于構(gòu)件表面，表現(xiàn)為拉應(yīng)力；7d后有部分應(yīng)力向構(gòu)件內(nèi)部轉(zhuǎn)移并逐漸發(fā)展至穩(wěn)定水平。

承臺(tái)各齡期最小抗裂安全系數(shù)為1.54，安全系數(shù)≥1.4，符合安全系數(shù)設(shè)計(jì)要求。開裂風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在于：

1）承臺(tái)第一層后期，由于收縮和基礎(chǔ)約束產(chǎn)生的內(nèi)部拉應(yīng)力較大；

2）承臺(tái)第二層，因?yàn)閮?nèi)表溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力較大；

3）計(jì)算澆筑間隔期為7d，應(yīng)注意避免澆筑間隔期過長，引起基礎(chǔ)約束過大。

3.承臺(tái)大體積混凝土溫控措施

3.1溫控目標(biāo)

混凝土溫度控制的目標(biāo)是使大體積混凝土內(nèi)部的溫度場變化按照預(yù)定的目標(biāo)發(fā)展，具體可分為：

1）降低混凝土最高溫度和水化熱溫升；

2）降低內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)溫度分布盡量均勻，并控制其溫度梯度在允許范圍內(nèi)；

3）控制基礎(chǔ)溫差，以防止混凝土可能出現(xiàn)的貫穿性裂縫；

4）控制上下層溫差，以防止混凝土可能出現(xiàn)的層間裂縫。

3.2冷卻水管的使用與控制

冷卻水管采用Φ40×2.5mm的鐵皮管。26#承臺(tái)第一澆筑層布設(shè)2層冷卻管，第二澆筑層布設(shè)3層冷卻管，共5層；冷卻管水平間距為80cm，垂直間距為60～70cm，距混凝土表面/側(cè)面為70～90cm；單層3套水管，每套管長不超過200m。

考慮降溫效果，采用直取海水冷卻。用分水器集中控制各套冷卻管中通水流量，分水器設(shè)置4個(gè)分水閥，通過分水閥門的控制可以實(shí)現(xiàn)冷卻水的換向，通水養(yǎng)護(hù)要求見表1。

3.3養(yǎng)護(hù)控制

混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個(gè)方面，26#承臺(tái)于1月份澆筑，氣溫較低，應(yīng)注重保溫防止降溫過快。在上表面混凝土初凝并鑿毛或收面后加蓋復(fù)合土工布保溫保濕養(yǎng)護(hù)至少14d。

3.4現(xiàn)場監(jiān)測

3.4.1監(jiān)測內(nèi)容

溫度監(jiān)測主要內(nèi)容包括混凝土溫度場測量和環(huán)境體系溫度測量。

3.4.2監(jiān)測要求

1）承臺(tái)混凝土溫度測量：澆筑過程中及水化熱升溫階段，每2h測量一次；水化熱降溫階段五天內(nèi)，每4h測量一次，之后每天早中晚各測量1次。

2）氣溫測量：與混凝土溫度同步量測。

3）冷卻水溫度測量：與混凝土溫度測量同步。

3.4.3監(jiān)測異常的應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)溫控施工內(nèi)容和施工工藝，對(duì)工程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，并制定有針對(duì)性的預(yù)防措施，見表2。

4.溫控結(jié)果分析

26#承臺(tái)混凝土澆筑后的一周內(nèi)，每間隔2小時(shí)對(duì)混凝土溫度作了詳細(xì)記錄并匯總，結(jié)果如下：第一、二層混凝土于40h-72h（即澆筑后的2-3天）期間達(dá)到溫峰。第一層混凝土測點(diǎn)監(jiān)測到的最大溫度為65.9℃，最高斷面平均溫度63.8℃，最大內(nèi)表溫差21.2℃；第二層混凝土測點(diǎn)監(jiān)測到的最大溫度為67.4℃，最高斷面平均溫度64.9℃，最大內(nèi)表溫差20.9℃；溫峰過后早期降溫較快，降溫速率在3-3.5℃/d范圍內(nèi)，后期降溫在1-2℃/d范圍內(nèi)，約8天左右內(nèi)部溫度趨近平穩(wěn)，最高溫為36.1℃左右。

5.結(jié)論

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，本溫控設(shè)計(jì)能滿足施工要求。在大體積混凝土施工中，通過加強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制，優(yōu)化混凝土配合比，同時(shí)合理布置冷卻管，加強(qiáng)后期承臺(tái)混凝土的養(yǎng)護(hù)等溫控措施，將大體積混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，保證了承臺(tái)施工質(zhì)量，為后續(xù)大體積混凝土施工提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].鐵路建設(shè)（2010）241.

[2]水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程[S].JTS 202-1-2010.endprint