特大橋超厚大體積承臺混凝土溫控技術(shù)的探討

于 兵，程 飛，徐東方

(中國水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

0 前 言

隨著高速公路的發(fā)展，橋梁承臺大體積混凝土澆筑成為常態(tài)，目前國內(nèi)一般采取分層連續(xù)澆筑方法，混凝土內(nèi)外溫差、冷卻水與內(nèi)部溫差的控制成為難點(diǎn)，特別是厚度超過5 m的混凝土散熱程度低。本文通過具體工程實(shí)例，介紹了超厚大體積承臺混凝土在整體分層連續(xù)澆筑施工時(shí)如何采取溫度監(jiān)測手段，及動態(tài)原理循環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，在降低混凝土內(nèi)部溫度的同時(shí)減小了溫差，達(dá)到了保證工程質(zhì)量的目的。

1 工程概況

宜昭高速洛澤河特大橋?yàn)橐蛔蛛x式橋梁，橋面寬2 m×12.25 m，主橋采用“80 m+3 m×150 m+80 m”連續(xù)剛構(gòu)體系橫跨洛澤河和昭彝二級公路，最大墩高119 m，主墩承臺尺寸為14 m×14 m×5 m(長×寬×高)，混凝土標(biāo)號C30，單個承臺混凝土方量達(dá)980 m3，屬于超厚大體積混凝土施工，承臺平斷面尺寸見圖1。

圖1 洛澤河特大橋主橋橋墩承臺平、斷面示意(單位：m)

2 混凝土熱工計(jì)算

2.1 混凝土出機(jī)口溫度

部分承臺安排在冬季施工，混凝土出機(jī)口溫度較低，以實(shí)測出機(jī)口溫度為準(zhǔn)，經(jīng)多次對混凝土拌合站出機(jī)口溫度實(shí)測，混凝土拌合機(jī)出機(jī)口平均溫度18℃。

2.2 混凝土絕熱溫度

混凝土絕熱溫度計(jì)算：

T(t)=WQ·(1-e-mt)/c·ρ

(1)

式中，T(t)為澆筑完一段時(shí)間后，混凝土的絕熱溫升，℃；W為混凝土中水泥(包括外加劑、摻合料)用量，kg/m3；Q為膠凝材料的水化熱總量；e為常數(shù)，取2.718；t為混凝土的齡期，d；ρ為混凝土密度、在2 400～2 500 kg/m3之間取2 420；c為混凝土比熱、在0.92～1.0 kJ/(kg·℃)間取0.96；m為與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，取0.362，見表1。

經(jīng)計(jì)算混凝土絕熱溫度如表1。

2.3 混凝土內(nèi)部中心溫度

混凝土內(nèi)部中心溫度通過計(jì)算，各齡期混凝土內(nèi)部溫度：

T1(t)=To+Tam·ξ(t)

(2)

式中，T1(t)為t齡期混凝土中心最高溫度，℃；To為混凝土澆筑的入模溫度，℃；Tam為不同齡期混凝土絕熱溫升；ξ(t)為t齡期溫降系數(shù)，見表2。本次承臺采用整體澆筑，層厚達(dá)5 m，無對應(yīng)取值，參考層厚4 m進(jìn)行取值，并采用內(nèi)插法計(jì)算相應(yīng)齡期溫降系數(shù)，見表2。

表1 混凝土絕熱溫度變化

表2 混凝土中心內(nèi)部溫度變化

經(jīng)計(jì)算混凝土內(nèi)部中心溫度最高達(dá)55.4℃，而混凝土在冬季施工，外界氣溫較低，需采取內(nèi)降外保措施。

3 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，大體積混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)主要有如下幾條：

(1)混凝土內(nèi)部最高溫度不大于75℃(或在入模溫度基礎(chǔ)上最大溫升不超過50℃)，內(nèi)表溫差不大于25℃。

(2)入模溫度不低于5℃，不高于28℃。

(3)通水降溫時(shí)，進(jìn)出水口的溫差宜小于或等于10℃，且水溫與內(nèi)部混凝土溫度不宜大于20℃，降溫速率宜不大于2℃/d；

(4)養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫差應(yīng)不大于15℃。

4 溫度控制與監(jiān)測

4.1 冷卻水管布置

按照設(shè)計(jì)要求布置三層冷卻水管，冷卻水管采用熱導(dǎo)性較敏感的Φ50鑄鐵管，第一層布置在距離承臺底面80 cm處，第二層布置在距離承臺底面2.5 m處，第三層布置在距離承臺頂面80 cm處，冷卻水管布置完成后進(jìn)行通水試驗(yàn)，確保密封不漏水，冷卻水管布置如圖2所示。

圖2 承臺冷卻水管布置平、斷面示意(單位：cm)

4.2 測點(diǎn)布置及測溫元件安裝

為了監(jiān)測混凝土內(nèi)部及表層溫度，在承臺混凝土內(nèi)埋設(shè)溫度監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)按照對稱原則布置，平面上布置3個，豎向上布置4層，共計(jì)12個監(jiān)測點(diǎn)。表層監(jiān)測點(diǎn)布置在距離承臺頂面5 cm處，底層布置在距離承臺底面5 cm處，其余2層布置在第二層、第三次冷卻水管以下85 cm處。在測點(diǎn)處埋設(shè)測溫元件，見圖3。

4.3 溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測通過預(yù)埋的測溫元件進(jìn)行讀取，并做好記錄，測點(diǎn)澆筑覆蓋后每2 h監(jiān)測一次，用以指導(dǎo)動態(tài)調(diào)節(jié)通水流量及溫度，澆筑完成后每天監(jiān)測不小于4次，逐漸減少至一天2次或1次，直至溫度降低且穩(wěn)定后，結(jié)束通水。

圖3 承臺測溫點(diǎn)布置及測溫元件埋設(shè)平、斷面示意(單位：cm)

4.4 混凝土內(nèi)部溫度控制

4.4.1 澆筑方案規(guī)劃

根據(jù)大體積混凝土施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，承臺宜整體一次澆筑，本承臺采用整體分層連續(xù)澆筑施工方法，分層厚度選擇偏小值，每層30 cm，總共分為17層連續(xù)澆筑，澆筑時(shí)間控制在20 h左右，小層慢速度澆筑意在澆筑過程中盡可能多散發(fā)熱量，減小溫升，每小時(shí)澆筑方量50 m3。

4.4.2 冷卻水動態(tài)調(diào)節(jié)降溫

冬季河內(nèi)水溫低，直接采用河水冷卻將造成冷卻水與混凝土內(nèi)部溫差太大而產(chǎn)生溫度裂縫，需要采取動態(tài)調(diào)節(jié)控制措施。具體為：設(shè)置高低位水箱，從河內(nèi)抽水至高位水箱，并連接三層冷卻水管的進(jìn)水口，設(shè)置閘閥，以控制流量；低位水箱連接設(shè)置在承臺圍堰上，收集出水管口水量，在低位水箱內(nèi)設(shè)置水泵，能夠?qū)⒌臀凰涞乃橹粮呶凰洌哉{(diào)節(jié)高位水箱內(nèi)的水溫。通過冷卻水降低混凝土內(nèi)部溫度，動態(tài)調(diào)節(jié)控制流程示意見圖4。動態(tài)調(diào)節(jié)控制要點(diǎn)如下：

(1)高、低位水箱內(nèi)設(shè)置溫度計(jì)，用以掌握進(jìn)出水口的溫度。

圖4 通水冷卻水溫調(diào)節(jié)流程示意

(2)初次通水時(shí)，利用閘閥控制小流量通水，當(dāng)進(jìn)出水口溫差超過10℃時(shí)，逐漸打開閘閥，增大流量，以減小溫差。

(3)當(dāng)進(jìn)水口溫度與混凝土內(nèi)部溫度溫差超過20℃時(shí)，將低位水箱內(nèi)溫度較高的水抽至高位水箱，增加進(jìn)水口水溫，同時(shí)開小閘閥，減小流量。

(4)通水時(shí)間不小于14 d。

4.5 混凝土外部保溫措施

混凝土在冬季施工，內(nèi)外溫差較大，在降低混凝土內(nèi)部溫度的同時(shí)，外部采取保溫措施。第一，延遲模板拆除；第二，采用保溫棉被覆蓋保溫。采取這些措施后，混凝土外表5 cm處、內(nèi)部中心兩層、底面溫度分別為29.8℃、48.3℃、47.6℃、23.5℃，溫差能夠控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。

5 結(jié) 語

本文論述了宜昭高速洛澤河特大橋超厚大體積承臺混凝土整體分層連續(xù)澆筑施工時(shí)，采取的動態(tài)控制原理調(diào)節(jié)水溫。冷卻水管采用熱導(dǎo)性較好的鑄鐵管，操作時(shí)對冷卻水的水溫嚴(yán)格控制，減少了溫差，使工程能夠順利進(jìn)行，確保了工期和工程質(zhì)量。