溫州市七都大橋北汊橋主塔承臺溫度控制技術

楊育滿，王 杰

(1.溫州市七都大橋北汊橋建設有限公司，浙江 溫州 325000； 2.橋梁結構健康與安全國家重點實驗室，湖北 武漢 430034； 3.中鐵大橋科學研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

1 工程概況

浙江省溫州市七都大橋北汊橋主橋設計為(58+102+360+102+58)m 雙塔中央索面疊合梁斜拉橋。主橋主梁分為近塔段(T 節段)、標準段(22 對)以及合龍段(MH)，主梁采用鋼梁與混凝土橋面板組合梁，二者通過剪力釘相結合。主橋索塔采用C55混凝土，塔座采用C55海工耐久性混凝土，承臺采用C40海工耐久性混凝土，樁基礎采用C35海工耐久性混凝土，承臺封底采用C20水下混凝土。其中承臺采用六邊形承臺，各角點均倒圓角。承臺外輪廓尺寸為43.4 m× 26.8 m×6 m(橫×順×厚)，承臺頂面設計標高為+5.9 m。索塔塔座、承臺側面及頂面、索塔塔身均使用耐腐蝕的雙相不銹鋼鋼筋網片。索塔承臺結構布置圖如圖1所示。

圖1 索塔承臺結構布置圖(單位：cm)

2 溫度控制措施

為防止大體積混凝土產生危害性裂縫，目前溫度控制和溫度措施越來越多，根據溫州市七都大橋北汊橋主塔承臺結構及施工環境特點，從入模溫度、承臺分層施工、冷卻水管布置、冷卻循環系統、保溫保濕措施等主要方面，制定了以下承臺大體積混凝土溫度控制措施。

2.1 入模溫度控制

混凝土控制是入模溫度的決定性因素，當入模溫度高，放熱速率快，溫升值也相對高[1]。在夏季高溫環境施工，盡可能地降低入模溫度是大體積混凝土溫控的重要措施。為使混凝土的澆筑溫度≤28℃，考慮混凝土運輸、泵送、澆筑過程中的溫升，結合本承臺施工季節的氣溫條件和運輸距離，本項目混凝土的出機溫度宜控制≤26℃。主要措施如下：①對骨料采取防曬儲存，骨料存儲倉實行頂蓋+側面遮擋防曬措施，料堆高保持在6 m以上，可保持料堆內部的骨料溫度基本穩定，減少日照及氣溫變化的影響。延長堆料時間，其有效儲量在5 d以上時，是降低骨料溫度的有效措施；②為滿足混凝土出機溫度控制要求，提前在攪拌站庫存水池加入適量冰塊進行攪拌來降低拌和水溫度，通過現場實測溫度，該方法是控制混凝土出機溫度最為方便有效；③對攪拌機采取遮陽措施，對混凝土泵管表面采取麻袋覆蓋包裹，并澆水降溫。

2.2 承臺分層施工

大體積混凝土的澆筑方法宜選擇分層澆筑，混凝土澆筑塊的平面尺寸越大，所受到的外部約束作用越強，大體積混凝土澆筑塊的平面尺寸越小越好，以有效增加散熱面積和時間，利于溫度控制。本橋索塔承臺厚為6 m，分2層分別進行施工，每次澆筑厚度為3 m。承臺選擇分層澆筑，各層澆筑應盡量縮短間隔期。

2.3 冷卻水管布置

冷卻水管合理地布置是大體積混凝土溫控中最為重要的手段，對升溫速率、降溫速率、內外溫差的控制都是緊密相關，冷卻水管布置很大程度上也決定了溫度控制效果。根據本橋主塔承臺結構尺寸采用冷卻水管直徑為50 mm，水平間距為1.0 m，單個水管管路長度小于200 m。冷卻水管層間距布置為(50 cm+100 cm×2+50 cm)+(50 cm+100 cm×2+50 cm)。索塔承臺冷卻水管布置如圖2所示。

圖2 索塔承臺冷卻水管布置圖(單位：mm)

2.4 冷卻循環系統

冷卻循環系統運轉原理：通過水泵將水箱中的水抽到分流器中，分流器通過自身水壓進入到冷卻水管，冷卻水管中的水再流入到水箱，以此循環。在夏季施工時，冷卻循環系統水流量及水溫調整措施如下：①混凝土升溫階段：單根冷卻水管流量為3 m3/h，在承臺混凝土澆筑過程中，混凝土距離冷卻水管20 cm開始通江水，提前讓冷卻水管預冷，從某種意義上來說也是降低了入模溫度，另外無需循環直接通江水，可以最大程度上削減溫度峰值；②混凝土降溫階段：單根冷卻水管流量為1.0 m3/h，再結合承臺內部溫度場監測情況對進水溫度做相應調整。為了降低水管周圍的溫度梯度和減小溫度應力，進水溫度與芯部溫度溫差控制在20℃以內，這樣可使承臺內部緩慢均速降溫，以免降溫太快產生較大拉應力。

2.5 保溫保濕措施

溫度應力和干縮應力是大體積混凝土表面裂縫產生的主要原因，對混凝土表面進行保溫保濕養護可以減小混凝土的內外溫差[2]。本橋索塔承臺為水中承臺，采用雙層鋼圍堰進行承臺施工。因在水中，濕度大，江水溫度低，承臺外部溫度會受到一定影響，從而會加快承臺外部散熱，導致內外溫差逐步擴大的難點，結合現場施工環境采取以下保溫保濕措施：①承臺側面采用的保溫措施為：承臺側面采用土工布將承臺整個側面包裹來進行保溫，然后用彩膠布再包裹一層用來隔絕雨水，這樣就可以達到外保內降的目的；②承臺頂面采用的保溫保濕措施為：采用1層塑料薄膜+1層土工布，另在承臺頂面覆蓋5 cm的循環水進行養護，養護水的溫度與混凝土表面溫度不宜大于15℃，保濕養護時間不少于14 d。如遇到氣溫驟降的情況，還需覆蓋土工布或其他保溫材料。

3 溫度計算

3.1 計算參數

為保證溫度計算數據的準確性，采用MIDAS/Civil軟件建立有限元模型，對流邊界對于當前夏季，承臺頂面擬采取保溫措施為：1層塑料薄膜+1層土工布。約束邊界為承臺墊層底部采用固結。收縮徐變按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)計算，承臺C40混凝土的熱學參數和力學參數取值見表1，計算模型見圖3。

表1 混凝土熱學參數和力學參數

圖3 三維有限元計算模型

3.2 溫度場和應力場計算結果

1)溫度場。按照擬采用的混凝土配合比的相關參數，承臺溫度總體計算結果見表2。

表2 溫度計算結果

如表2所示，承臺布置6層水管條件下于48 h出現溫峰：第一層混凝土溫峰值為57.7℃，溫升值為29.7℃，內外溫差為14.5℃；第二層混凝土溫峰值為58.7℃，溫升值為30.7℃，內外溫差為15.8℃；且承臺第一層和第二層混凝土溫度計算結果均滿足《大體積混凝土施工規范》(GB 50496—2009)要求。

2)應力場。承臺應力總體計算結果見表3。

表3 應力計算結果

如表3所示，第一層混凝土在升溫階段的最大主拉應力為1.79 MPa，降溫階段最大主拉應力為0.97 MPa；第二層混凝土在升溫階段的最大主拉應力為2.04 MPa，降溫階段最大主拉應力為1.37 MPa；在升溫階段和降溫階段計算應力值均小于容許應力值，且對應齡期混凝土抗拉強度與計算最大拉應力比值均大于規范值1.15，抗裂安全安全系數滿足規范要求，承臺不會產生溫度裂縫。

4 溫度監測系統

混凝土溫度場監測是大體積混凝土溫控工作最為重要的內容之一。需要結合溫度場的分布特征，通合理布置一定數量的溫度傳感器，監測大體積混凝土內部的溫度場變化情況，以指導溫控措施的實施或調整，使溫控指標滿足規范要求[3]。溫度元件采用智能型溫度傳感器，溫度測量為-40℃～125℃。測試儀器采用溫度自動采集儀，儀器配置無線傳輸模塊后，通過移動通訊網絡，可實現長距離的數據無線傳輸，并形成自動化監測系統。承臺溫度監控測點布置，應充分考慮混凝土內部冷卻水管的實際分布情況、溫度場特征及結構對稱性，選取1/4結構作為監測區域，共布置6層溫度測點。

5 溫度控制成果

本文僅列出索塔承臺第二層混凝土溫度監測結果，承臺第二次澆筑溫度測點時程曲線見圖4。根據主塔承臺第二層混凝土溫度監測數據分析表明，混凝土澆筑后46 h，內部中心測點Y2-1溫度達到最高溫度為72.9℃。考慮實際環境溫度的差異性，溫峰到達時間、內部最高溫的分布、溫峰值基本與溫度計算結果基本符合。在整個溫度監測過程中，實測里表溫差在6.9℃～23.7℃，冷卻水管進出口溫差在0.9℃～5.6℃，混凝土實際絕熱溫升小于50℃，內部最高溫度小于75℃，內外溫差小于25℃，均都滿足規范要求。

圖4 承臺第二次澆筑溫度測點時程曲線圖

6 結 論

由于本橋索塔承臺在夏季高溫時節施工，溫度在各方面控制難度大。主塔承臺根據實際施工環境、結構尺寸等特點，從入模溫度控制、承臺分層施工、冷卻水管布置、冷卻循環系統、承臺保溫保濕等主要溫度控制方面，合理制定較全面的溫度控制體系。在索塔承臺大體積混凝土溫度控制過程中，大體積混凝土表面均未出現明顯有害裂縫。對于大體積混凝土溫度控制而言，制定合理詳細的溫度控制措施，再結合動態溫度監測數據進行實時調控，這樣才能達到最為理想的溫度控制效果。本橋承臺溫度控制可為類似橋梁的承臺溫度控制提供參考。

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