黎敏，李青，徐鴻玉，胡凱，張學(xué)政

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

港珠澳大橋?qū)儆贕94珠三角環(huán)線高速的一部分，設(shè)計時速100 km，雙向六車道，跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港、珠海及澳門的大型跨海通道。大橋主體工程采用橋隧組合方式，全長約29.6 km，海底隧道長6.7 km。港珠澳大橋的設(shè)計壽命為120 a，預(yù)計于2016年完工。本合同段CB03標(biāo)東起西人工島連接橋，西接深水區(qū)CB04標(biāo)，總長8 670 m，共需預(yù)制非通航孔橋墩臺68個，通航孔橋墩臺4個，單件最大高度26.95 m，最大重量3 510 t。

承臺為六邊形結(jié)構(gòu)，邊緣順橋向?qū)挒?0.3 m，中心順橋向?qū)?1.1 m，橫橋向長14.8 m，高4.5 m。在樁基對應(yīng)位置，承臺設(shè)有6個預(yù)留后澆孔，預(yù)留孔直徑3.6 m，預(yù)留孔底板厚0.6 m，底板開孔直徑2.13 m。承臺全部采用高性能雙層環(huán)氧涂層鋼筋，在底部、樁頂和中部設(shè)有D40 mm的HRB400鋼筋作為受力主筋，承臺表面鋼筋、架立鋼筋和拉筋均采用HRB335鋼筋，設(shè)計最小凈保護(hù)層厚度60 mm。承臺作用環(huán)境屬于海洋氯化物環(huán)境，環(huán)境作用等級為Ⅲ-D，E，F(xiàn)[1-2]。采用C45海工高性能混凝土。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生原因

2.1 收縮變形

混凝土因收縮而導(dǎo)致的裂縫是混凝土裂縫最主要的原因。

2.2 溫度應(yīng)力變形

大體積混凝土多采用高強(qiáng)混凝土，水泥用量大，水泥水化反應(yīng)過程中釋放大量熱量，又因混凝土尺寸較大，混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，而表面溫度較低，內(nèi)部與表面混凝土形成較大溫差，內(nèi)部膨脹大于外部，在混凝土表面受到很大的拉應(yīng)力，早期混凝土抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時就會出現(xiàn)裂縫。

2.3 施工工藝變形

根據(jù)在現(xiàn)場對施工過程的觀察，發(fā)現(xiàn)以下施工因素導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生：一是混凝土振搗不足，部分區(qū)域振搗不密實(shí)，存在蜂窩麻面；二是混凝土的養(yǎng)護(hù)不良，對混凝土整體質(zhì)量影響十分顯著，直接影響混凝土的抗裂能力；三是拆模時間過早以及在混凝土構(gòu)件上過早從事后續(xù)工序，對混凝土強(qiáng)度的發(fā)展有一定影響，并導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；四是混凝土澆注下灰高度過高，導(dǎo)致混凝土離析，容易產(chǎn)生裂縫。

3 采取的工程措施

為控制裂縫的產(chǎn)生，本工程從混凝土原材料比選、配合比優(yōu)化、施工工藝以及混凝土養(yǎng)護(hù)各環(huán)節(jié)采取一系列措施，努力提高結(jié)構(gòu)物自身的抗裂能力[3-4]。

3.1 材料比選

1）水泥：選擇廣東珠江水泥廠粵秀牌和華潤（平南）水泥有限公司生產(chǎn)的華潤牌P.Ⅱ42.5水泥。技術(shù)參數(shù)見表1。

依據(jù)C3A和水化熱指標(biāo)，優(yōu)選珠江水泥有限公司粵秀牌P.Ⅱ42.5。

2）摻合料：摻合料選用Ⅰ級原狀粉煤灰和S95級礦粉，優(yōu)選符合技術(shù)要求的福建漳州電廠益材牌Ⅰ級原狀粉煤灰和唐山唐鋼產(chǎn)唐龍牌礦粉。

表1 兩種水泥技術(shù)參數(shù)對照Table 1 Technical parameters contrast for two typesof cement

3）減水劑：選擇江蘇博特新材料有限公司產(chǎn)PCA-Ⅰ聚羧酸減水劑。

4）集料：采用反擊破工藝生產(chǎn)的5~10 mm、10~20 mm雙級配摻成5~20 mm連續(xù)級配碎石，產(chǎn)于廣東江門新會。河砂選用符合技術(shù)要求的北江清遠(yuǎn)段天然河砂。

3.2 混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)港珠澳大橋相關(guān)技術(shù)要求，承臺采用C45海工高性能混凝土。系統(tǒng)配合比經(jīng)實(shí)驗室試配后，對其進(jìn)行膠凝材料水化熱、抗壓強(qiáng)度、耐久性能、靜力彈性模量、平板抗裂性能測試，優(yōu)選抗裂能力最好的配合比。經(jīng)系統(tǒng)試驗后，最后確定配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶5~10 mm碎石∶10~20 mm碎石∶河砂∶水∶外加劑=203∶110∶128∶315∶736∶725∶150∶3.53（質(zhì)量比，單位kg/m3），各項技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 選定配合比技術(shù)參數(shù)Table 2 The selected mix technology parameters

3.3 混凝土攪拌過程控制

本工程要求粉料、外加劑、水、冰計量偏差不大于1.0%，粗細(xì)集料計量偏差不大于1.5%，混凝土拌合物入模溫度10~28℃。為確保計量精度和出機(jī)溫度，采取以下措施：

1）引進(jìn)意大利ORU公司生產(chǎn)的2 m3攪拌站，攪拌站主機(jī)采用ORUMD3000/2000型攪拌機(jī)，共2臺，單機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)60 m3/h，進(jìn)口攪拌站計量系統(tǒng)精準(zhǔn)度高于國產(chǎn)設(shè)備，計量偏差滿足要求。

2）配置了1組制冰機(jī)組和1組制冷水機(jī)組，制冰能力達(dá)40 t/d，制冷水能力達(dá)10 t/h，為控制混凝土出機(jī)溫度提供保障。夏季時加冰60~70 kg/m3，所有拌合水采用冷水，水溫不超過12℃。

3）配置8個粉料罐，延長存放時間。砂石料場采用鋼結(jié)構(gòu)頂棚覆蓋，防雨防曬，既能降溫，又能保證含水率穩(wěn)定。

4）混凝土運(yùn)輸采用攪拌運(yùn)輸車，罐體外部包裹隔熱棉，定時噴淋冷卻水。

通過以上措施，在南方炎熱夏季實(shí)測混凝土出機(jī)溫度不超過26℃，符合港珠澳大橋質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 承臺防裂控溫措施

為了最大限度降低承臺內(nèi)部混凝土溫度峰值，除了嚴(yán)格控制入模溫度，還在承臺內(nèi)埋設(shè)冷卻水管（見圖1），通水降溫。冷卻水管采用內(nèi)徑50 mm鍍鋅鋼管，通過控制通水流量，使冷卻管的進(jìn)出水溫差控制不超過10℃。混凝土內(nèi)部溫度峰值過后停止冷卻，根據(jù)混凝土溫度回升情況進(jìn)行二次冷卻。冷卻水溫與混凝土內(nèi)部溫度之差不超過25℃，并定期改變冷卻水進(jìn)出方向。

圖1 承臺冷卻水管平面布置圖Fig.1 Layout of water-cooled tubesin the bank pier

3.5 養(yǎng)護(hù)措施

本工程要求混凝土構(gòu)件在任一養(yǎng)護(hù)時間內(nèi)的內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差不大于25℃?；炷敛鹉r，中心混凝土與表層的溫差、表層混凝土與環(huán)境的溫差均不得大于20℃?，F(xiàn)場根據(jù)測溫確定拆模時間，模拆后，立即覆蓋薄膜澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不低于15 d。

3.6 施工過程控制措施

混凝土澆注施工過程控制，能保證混凝土的均勻性和施工連續(xù)性，減少由于施工原因造成的裂縫，本工程主要采取以下措施：

1）嚴(yán)格控制分層澆注高度，要求混凝土澆注振搗厚度在30~50 cm，澆注過程中采用紅外測距儀控制下灰厚度。

2）采用下灰導(dǎo)管，嚴(yán)格控制混凝土拌合物下灰高度不超過2 m，使混凝土拌合物在澆注過程中不會由于泵送壓力而飛濺，保證混凝土拌合物的均勻性，避免局部漿體過多。

4 溫度應(yīng)變監(jiān)控

4.1 測溫

為了準(zhǔn)確掌握承臺內(nèi)外部溫度應(yīng)力情況，并為通水冷卻和拆模時間提供技術(shù)依據(jù)，在每座承臺內(nèi)部埋設(shè)測溫裝置。選用寰宇奪標(biāo)TR32定時測溫記錄儀，測溫點(diǎn)布置如圖2。

典型的24號承臺實(shí)測溫度-時間變化曲線如圖3所示，實(shí)測數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

圖2 承臺測溫點(diǎn)布置（單位：cm）Fig.2 Layout of temperature measuring points in the bank pier （cm）

圖3 24號承臺溫度-時間變化曲線Fig.3 Thecurvesof temperature-time of No.24 bank pier

表3 承臺降溫梯度Table 3 Cooling gradient of the bank pier

表4 承臺溫差情況Table 4 Temperature difference of the bank pier

從測溫數(shù)據(jù)分析得出：

1）大氣溫度34℃情況下，入模溫度在26℃，滿足澆筑溫度不高于28℃要求，說明混凝土生產(chǎn)過程采取的措施是有效的。

2）承臺內(nèi)部峰值溫度69.7℃，滿足規(guī)范內(nèi)部最高溫度不應(yīng)大于70℃要求。

3）承臺內(nèi)表溫差最大值23.7℃，滿足規(guī)范內(nèi)表溫差不大于25℃要求。

4）混凝土表面降溫速率5~7.5℃/d（6號測溫點(diǎn)），大于規(guī)定值4℃/d，表面降溫速率過快，應(yīng)在表面進(jìn)行保溫處理。

4.2 承臺溫度應(yīng)力仿真分析

由于承臺為X軸和Y軸對稱結(jié)構(gòu)，仿真計算只需1/4即可。根據(jù)承臺實(shí)際尺寸，采用有限元軟件MIDAD/Civil建立承臺有限元模型。確定模型試驗環(huán)境條件為大氣平均溫度選定為23℃，入模溫度20℃，熱傳導(dǎo)率2.3 W/（m·K）。分析結(jié)果如圖4、圖5所示。

由上述有限元仿真計算結(jié)果分析可知：

1）承臺內(nèi)部拉應(yīng)力SIG-XX、SIG-YY、SIGZZ始終小于容許拉應(yīng)力，因此承臺內(nèi)部不會產(chǎn)生平行于YZ、XZ、XY平面的內(nèi)部裂縫。

圖4 承臺48 h溫度場剖面圖Fig.4 Section of the temperature field of the bank pier for 48 hours

圖5 承臺表面應(yīng)力最大點(diǎn)應(yīng)力隨時間變化圖Fig.5 Variation of themaximum surface stress of the bank pier with time

2）承臺表面點(diǎn)拉應(yīng)力SIG-XX、SIG-ZZ在68 h后開始大于容許拉應(yīng)力，由此可見承臺表面會產(chǎn)生YZ、XY平面的表面裂縫。觀測24號、29號承臺實(shí)體，發(fā)現(xiàn)表面有細(xì)小裂紋，與有限元仿真試驗結(jié)果一致。

5 結(jié)語

通過采取一系列裂縫控制措施，港珠澳大橋主體工程承臺預(yù)制較好地解決了大體積混凝土開裂問題，在工程實(shí)體上沒有發(fā)現(xiàn)有害裂縫。但在構(gòu)件表面還有細(xì)小裂紋，這與表面降溫過快，保水養(yǎng)護(hù)不足有一定關(guān)系，施工中還需要采取表面保濕保溫等養(yǎng)護(hù)措施。

[1]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋大體積混凝土施工期裂縫控制技術(shù)規(guī)程[M].2013.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Standards for anticracking technology in mass concrete construction period of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[M].2013.

[2]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋大體積混凝土耐久性質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程[M].2013.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Technology standards for thequality control of massconcretedurability of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[M].2013.

[3]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S].GB 50496—2009，Codefor construction of massconcrete[S].

[4] 彭立海.大體積混凝土溫控與防裂[M].鄭州：黃河水利出版社，2005.PENG Li-hai.Temperature control and anti-cracking of mass concrete[M].Zhengzhou：Yellow River Hydraulic Press,2005.