懸索橋主墩承臺(tái)大體積混凝土施工

劉昆玨 李官勇 徐勇 沈國(guó)繁

1. 云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司 云南 昆明 650000；2. 成都云會(huì)科技有限公司 四川 成都 610031

1 項(xiàng)目概況

虎跳峽金沙江特大橋全長(zhǎng)1017m，橋跨布置為：766m懸索橋+6×41.5mT梁+5m橋臺(tái)，橋面為雙向四車(chē)道。虎跳峽金沙江大橋主橋?yàn)閱嗡慰玟撹炝簯宜鳂颉Ｖ骼|分跨為766+160m，矢跨比為1/10[1]。索塔為鋼筋混凝土門(mén)型塔，左肢塔高161.6m，右肢塔高145.6m，共設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力混凝土等高度箱型橫梁。

索塔基礎(chǔ)采用樁基，樁基上單個(gè)承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為21.4×21.4×6m，采用C40混凝土澆筑，共2748m3。另外，在承臺(tái)側(cè)面與頂面設(shè)置D12防裂鋼筋網(wǎng)片，底面設(shè)置D16防裂鋼筋網(wǎng)片。在承臺(tái)底面墊50cm厚C25素混凝土，平面尺寸23.4×23.4m。

2 水化熱控制原理

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的幾何尺寸較大，且必須采取技術(shù)措施以避免水泥水化熱及體積變化引起裂縫結(jié)構(gòu)，屬于大體積混凝土施工[2]。經(jīng)熱工計(jì)算，該承臺(tái)混凝土澆筑后，內(nèi)部最大溫升超過(guò)80℃，內(nèi)部與表面溫差超過(guò)25℃，需采取溫控措施以降低溫差。工程施工中，在確保混凝土具有良好和易性的基礎(chǔ)上，一般采取優(yōu)化混凝土級(jí)配、摻入外加劑、降低混凝土入模溫度、改善混凝土澆筑方法以及構(gòu)造設(shè)計(jì)等手段，控制澆筑的混凝土的溫度升高和降溫速度，使?jié)仓拇篌w積混凝土中水化熱溫度升溫時(shí)間延長(zhǎng)，以便于采取較經(jīng)濟(jì)的降溫措施；使混凝土的水化熱緩釋?zhuān)部梢允勾篌w積混凝土的溫度下降曲線趨緩，避免內(nèi)外溫差過(guò)大。控制混凝土施工中的內(nèi)部最高溫度和內(nèi)部與表面的溫差，將減小混凝土的收縮、提高混凝土極限拉伸強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)控制混凝土表面和貫穿裂縫的形成、保證結(jié)構(gòu)物澆筑施工質(zhì)量的目的。

3 溫控及防裂措施

3.1 嚴(yán)把材料關(guān)，優(yōu)化混凝土配合比

水化熱與水泥品質(zhì)、用量以及其他原材料的配比密切相關(guān)，選擇級(jí)配良好的砂石料，在保證強(qiáng)度的前提下適量降低水泥用量，采用“三低”（低砂率、低坍落度、低水膠比）和“雙摻”（摻高效減水劑和粉煤灰）技術(shù)控制[3]，再結(jié)合冷卻降溫技術(shù)，控制大體積混凝土澆筑施工過(guò)程中的最高溫度和內(nèi)外溫差，是本項(xiàng)目采取的防裂控制技術(shù)的關(guān)鍵。

減水劑可有效地降低水灰比及用水量，而粉煤灰具有圓珠潤(rùn)滑效應(yīng)，因此摻入減水劑和粉煤灰可減少水泥與水的用量；所以“雙摻技術(shù)”對(duì)泵送混凝土既可提高混凝土的和易性又可減少其收縮，是一項(xiàng)應(yīng)用比較成功的控制大體積水化熱的技術(shù)，符合設(shè)計(jì)要求。基于此原則，項(xiàng)目?jī)?yōu)先選用低收縮性的水泥；骨料優(yōu)先選用粒徑較大、質(zhì)量?jī)?yōu)良、級(jí)配良好的0.5～3cm連續(xù)級(jí)配碎石。在選擇細(xì)骨料時(shí)，本工程選用不含有機(jī)質(zhì)的中、粗機(jī)制砂。

根據(jù)“雙摻”和“三低”技術(shù)與設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)配比分析和試驗(yàn)，本項(xiàng)目擬定的承臺(tái)每立方混凝土設(shè)計(jì)配合比為：水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水＝293∶873∶984∶120∶5.8∶165kg。現(xiàn)場(chǎng)選定的原材料水泥為某水泥有限公司生產(chǎn)的42.5普通水泥；粉煤灰為某公司的Ⅱ級(jí)粉煤灰；外加劑為聚羧酸高性能減水劑。制備的混凝土坍落度為160～200mm，由于承臺(tái)底層鋼筋較密，在澆筑底層1m范圍時(shí)，坍落度取偏大值，其他部位取坍落度偏小值，既服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)施工，同時(shí)能保證混凝土質(zhì)量。

3.2 降低混凝土原材料溫度

采取以下措施來(lái)降低制備混凝土的原材料的溫度。

3.2.1 進(jìn)入拌和站的水泥在儲(chǔ)藏罐內(nèi)應(yīng)存放3d以上。

3.2.2 粗骨料應(yīng)采用加蓬遮蓋，并在使用前噴灑水霧降溫。

3.2.3 在混凝土泵送過(guò)程中，對(duì)泵送管道進(jìn)行覆蓋，并進(jìn)行澆水降溫。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管和進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)

3.3.1 冷卻水管的布置。按保證大體積混凝土內(nèi)各層冷卻管能獨(dú)立通水且拆模不影響通水、每層分多根獨(dú)立管道以縮短冷卻路徑保證混凝土冷卻均勻的原則布置冷卻水管。根據(jù)實(shí)際工程，本項(xiàng)目冷卻水管路按回形布置，埋設(shè)了Φ42×2.5mm導(dǎo)熱性能良好的薄壁鋼管。水管接頭采用鋼絲管套接，兩根冷卻水管在鋼絲管內(nèi)應(yīng)對(duì)碰，避免鋼絲管彎折阻水。拐角處采用鋼絲軟管，用多重鐵絲扎緊，做到管道暢通，接頭牢靠，確保不漏水。冷卻管水平管間距為135cm，距離四周邊緣為57.5cm；高度方向分為6層，層間距為100cm，平均布置冷卻水管，每層采用“兩進(jìn)兩出”布置。層間進(jìn)、出水管均各自獨(dú)立，以便根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，相應(yīng)調(diào)整各層水循環(huán)速度和進(jìn)水溫度。

第一層冷卻水管距離地面50cm，恰好位于承臺(tái)底層鋼筋內(nèi)，在鋼筋安裝時(shí)同時(shí)安裝冷卻水管，安裝好的冷卻水管加強(qiáng)防護(hù)，切勿在水管旁邊焊接，避免傷及管壁；第三層冷卻水管恰好位于承臺(tái)N5鋼筋位置，利用N5鋼筋固定；第五、六層冷卻水管位置含有墩身預(yù)埋水平鋼筋，隨著墩身水平鋼筋的安裝同步安裝冷卻水管；第二、四層冷卻水管利用承臺(tái)N4鋼筋及、墩身預(yù)埋主筋固定，或在承臺(tái)內(nèi)部增加水平鋼筋固定。

3.3.2 測(cè)溫點(diǎn)的布置。測(cè)點(diǎn)的布置按照重點(diǎn)突出、兼顧全局的原則。根據(jù)承臺(tái)平面內(nèi)混凝土立方體雙對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置在承臺(tái)1/2范圍內(nèi)。靠近表面區(qū)域溫度梯度較大，測(cè)點(diǎn)布置較密；中心區(qū)域混凝土溫度梯度較小，測(cè)點(diǎn)布置減少。承臺(tái)的測(cè)溫點(diǎn)共分7層布置，底層、頂層為混凝土外表面向內(nèi)50mm。

在混凝土澆筑完畢后的升溫和峰值持續(xù)階段，即開(kāi)始的3～4d，每隔3h測(cè)溫1次；待升溫趨于平穩(wěn)后的降溫階段，每6h測(cè)溫1次。在測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度的同時(shí)，測(cè)量外界的環(huán)境溫度。記錄所測(cè)溫度數(shù)據(jù)，直到測(cè)點(diǎn)的混凝土內(nèi)外溫差小于25℃并趨于穩(wěn)定時(shí)為止。

取混凝土入模溫度、環(huán)境溫度、固定溫度均為20℃，混凝土表面的施工對(duì)流系數(shù)為12kcal/（m2·h·℃），冷卻水流入溫度為15℃，流量為2.5m3/h，冷卻水的對(duì)流系數(shù)隨冷卻水的流速變化而發(fā)生變化，其對(duì)流系數(shù)為318.5 kcal/（m2·h·℃），按施工圖的冷卻水管布置和設(shè)計(jì)的混凝土澆筑過(guò)程，根據(jù)邁達(dá)斯計(jì)算結(jié)果可知：承臺(tái)6m一次性澆筑時(shí)，最高溫度為58.1℃，最大里表溫差為19.3℃，滿足規(guī)范要求。拉應(yīng)力主要分布在承臺(tái)外表面及棱邊，最大值發(fā)生在承臺(tái)與墊層混凝土接觸處。棱邊處雙面散熱，溫度梯度大，承臺(tái)底部受墊層及基巖的約束作用強(qiáng)，均為拉應(yīng)力集中分布部位，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

4 施工工藝及溫控結(jié)果

4.1 混凝土澆筑

模板安裝和鋼筋綁扎經(jīng)檢查合格后，在原材料準(zhǔn)備和天氣條件允許的情況下，立即進(jìn)行混凝土澆筑。綜合考慮場(chǎng)地限制因素、工期及工程作業(yè)難度，本方案采用泵送混凝土，入模溫度不低于5℃，且不宜高于28℃。采用8臺(tái)攪拌車(chē)運(yùn)輸，以確保混凝土及時(shí)供應(yīng)。由兩臺(tái)輸送泵泵送混凝土入模，澆筑速度控制在0.13m/h，保證在46h之內(nèi)澆筑完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土輸送能力及澆筑人員組織，現(xiàn)場(chǎng)按照最大30cm澆筑分層控制，嚴(yán)禁在模板附近連續(xù)澆筑。

為保證混凝土澆筑時(shí)其自由下落高度不大于2m，防止混凝土的離析，底部4m范圍內(nèi)澆筑時(shí)考慮設(shè)置溜槽，并在承臺(tái)、塔座頂層鋼筋上開(kāi)5個(gè)“天窗”，待澆筑到頂面時(shí)補(bǔ)焊截?cái)嗟匿摻睢！疤齑啊背叽绱笮?0×50cm，并方便人員進(jìn)出承臺(tái)鋼筋骨架。由于承臺(tái)澆筑面較大，整個(gè)澆筑面共設(shè)置5個(gè)下料點(diǎn)，以每個(gè)下料點(diǎn)為中心、5.5m為半徑的區(qū)域設(shè)置一個(gè)澆筑振搗區(qū)，共劃分5個(gè)混凝土振搗區(qū)。

4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

防止混凝土開(kāi)裂的一個(gè)重要原則是盡可能使新澆筑混凝土少失水分及內(nèi)外溫差控制在允許范圍內(nèi)（不大于25℃）。本橋承臺(tái)混凝土澆筑面積較大，承臺(tái)頂面混凝土完工持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，且內(nèi)外溫差較大，在施工中采用保濕蓄熱法養(yǎng)護(hù)，表面（包括承臺(tái)四周模板外側(cè)）灑水，在潮濕狀態(tài)下包裹一層塑料薄膜，再外包1層土工布保溫，防止混凝土表面干裂。拆模時(shí)選擇在溫度比較高的時(shí)間段，以單列模板為一個(gè)拆除單元，不得一次性全部打開(kāi)養(yǎng)護(hù)土工布，拆模過(guò)程中保持灑水養(yǎng)護(hù)，拆模后，繼續(xù)覆蓋土工布封閉養(yǎng)護(hù)。

養(yǎng)護(hù)期間注意事項(xiàng)：①內(nèi)部最高溫度不大于75℃；②測(cè)溫過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)25℃，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施，加強(qiáng)保溫措施，及時(shí)調(diào)整混凝土內(nèi)外溫差；③混凝土降溫速度根據(jù)工程情況控制在2℃/d以?xún)?nèi)；④降溫階段進(jìn)出口水的溫差宜小于或等于10℃，且水溫與內(nèi)部混凝土的溫差宜不大于20℃；⑤撤除保溫覆蓋層時(shí)混凝土表面與大氣溫差不應(yīng)大于20℃；⑥養(yǎng)護(hù)期間，混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa之前不得使其承受行人、運(yùn)輸工具、模板等荷載。⑦混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到拆模強(qiáng)度要求（10MPa），且澆筑體表面與大氣溫差不大于20℃時(shí)即拆除模板。拆模時(shí)避免重撬硬砸，以免損傷砼面。

4.3 溫控結(jié)果

為了說(shuō)明情況，選取承臺(tái)中心點(diǎn)來(lái)說(shuō)明溫度變化情況，溫度曲線布點(diǎn)如表1所示。

表1 溫度曲線布點(diǎn)

混凝土采用“三低”和“雙摻”技術(shù)，改善了混凝土的性能，特別在高溫環(huán)境下施工，對(duì)于提高混凝土施工的可操作性，確保混凝土的內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，是非常好的措施，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)采取以上措施，使?jié)沧⒌谝粚踊炷習(xí)r，最高溫度為58.0℃，表面溫度為40.2℃，其內(nèi)外溫度差為17.8℃；澆注第二層混凝土?xí)r，內(nèi)部最高溫度為57.4℃，表面溫度為38.6℃，內(nèi)外溫差為18.8℃，均控制在25℃范圍以?xún)?nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。此數(shù)據(jù)說(shuō)明達(dá)到了大體積混凝土質(zhì)量控制要求，證明了該承臺(tái)大體積混凝土施工溫控的切實(shí)可行性。

影響大體積混凝土性能的因素很多，除要有切實(shí)可行的溫度控制措施外，關(guān)鍵在于施工過(guò)程的控制。要有嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)（專(zhuān)項(xiàng)施工方案），以控制好混凝土的各道工序質(zhì)量，才能確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)物的工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)混凝土的溫度變化進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，不僅隨時(shí)掌握混凝土的溫度情況，指導(dǎo)溫控工作，而且能真實(shí)反映出大體積混凝土的溫度特征和變化規(guī)律，對(duì)日后類(lèi)似工程的質(zhì)量監(jiān)控有重要的指導(dǎo)性意義。