李開心,魯力
(中交二航局第二工程有限公司,重慶518106)
珠海市鶴洲至高欄港高速公路起點對接江珠高速,止于高欄港高速,路線長34.16km。本項目南北走向,上跨鶴洲水道設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+預(yù)應(yīng)力混凝土組合小箱梁橋,主橋跨徑組合為65m+90m+160m+90m,主墩136#、137#墩位于鶴洲水道內(nèi),設(shè)置左右分離式正六邊形承臺,承臺邊長為7.867m,高4.5m,單個承臺澆筑方量為723.6m3。
采用鎖扣鋼管樁圍堰進(jìn)行施工,圍堰頂標(biāo)高為+4.0m,底標(biāo)高為-26.0m,左右幅共用一個圍堰,圍堰經(jīng)過封底、抽水后為主墩承臺施工提供干施工環(huán)境。
項目位置處于亞熱帶沿海地區(qū),年平均氣溫為22.4℃,一年中最熱月份是7月,平均氣溫為28.6℃,最冷月為1月,平均氣溫為14.4℃,平均相對濕度77%,是典型的亞熱帶氣候。
承臺強度等級為C40,為避免大體積混凝土由于溫度原因產(chǎn)生裂縫,施工前進(jìn)行溫控設(shè)計,經(jīng)初步方案比較,綜合考慮施工現(xiàn)場情況,承臺分層按照1.5m+3m 驗算,混凝土配合比經(jīng)優(yōu)化后按表1 配置。
表1 混凝土配合比kg/m3
主墩承臺冷卻水管采用φ42.25mm×3.25mm 黑鐵管制作,彎管部分采用冷彎工藝。承臺混凝土分2 次進(jìn)行澆筑,第一層澆筑1.5m,布設(shè)1 層冷卻水管,第二層澆筑3.0m,共布設(shè)2 層冷卻水管,冷卻水管水平間距100cm,豎直間距150cm。
采用Midas 進(jìn)行計算,建模時考慮封底混凝土及整個承臺結(jié)構(gòu),并考慮承臺分層澆筑施工,同時計算時考慮冷卻水管的作用。整個模型有12992個單元,結(jié)點總數(shù)為15225個。建立的有限元分析模型如圖1 所示。
圖1 承臺水化熱分析有限元計算模型
依據(jù)珠海亞熱帶氣象資料和原材料溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù),結(jié)合承臺優(yōu)化后的混凝土配合比,根據(jù)JTS 202-1—2010《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》【1】對澆筑月份的混凝土出機(jī)口溫度進(jìn)行估算,預(yù)估結(jié)果如下:在3~5月施工,混凝土出口預(yù)估最高溫度為27.6℃,當(dāng)混凝土澆筑時氣溫較高時(>26℃),采取碎冰拌和混凝土的方式進(jìn)一步降低澆筑溫度,最終控制混凝土澆筑溫度≤28℃。
通過觀測承臺第一、二層溫度變化云圖確定具體溫控標(biāo)準(zhǔn),具體為:(1)承臺第一層澆筑:考慮冷卻水管作用時,觀測1/4 承臺第一層澆筑后第1d、3d、7d、14d 溫度云圖;(2)承臺第二層澆筑:考慮冷卻水管作用時,觀測1/4 承臺第二層澆筑后第1d、3d、7d、14d、28d 溫度云圖。
2.2.1 溫度變化
提取承臺第一層與第二層交界面中心、第二層中心位置、承臺上表面中心、承臺外表面邊緣位置處的溫度隨時間變化曲線,最終得出結(jié)果:承臺內(nèi)部最高溫度出現(xiàn)在第7d 為55.37℃,最大溫差為24.82℃。
2.2.2 溫度應(yīng)力變化
溫度應(yīng)力特征點與溫度特征點基本一致,由此可知,各特征點位置處的最大拉應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力,故不會開裂。
綜上所述,承臺內(nèi)部溫度與表面溫度差值都在25℃以下且內(nèi)部最高溫度≤75℃,滿足規(guī)范要求,同時承臺拉應(yīng)力小于容許拉應(yīng)力,計算結(jié)果反映承臺不會出現(xiàn)開裂的情況。
溫度控制的措施和方法需根據(jù)項目所在地氣溫、結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土配合比、約束情況等具體條件確定,結(jié)合本工程現(xiàn)場實際情況,參考相關(guān)規(guī)定,對主墩承臺制定溫控標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。
表2 主墩承臺溫控標(biāo)準(zhǔn)
為減少混凝土內(nèi)部水化熱,降低主墩承混凝土內(nèi)外溫差,減少承臺混凝土開裂現(xiàn)象,在混凝土內(nèi)設(shè)冷卻水管通水降溫,冷卻水管降溫措施在施工過程中應(yīng)注意以下幾點。
1)冷卻水管采用φ42.25mm×3.25mm 的導(dǎo)熱性較好的鐵皮制作。
2)采用循環(huán)淡水做冷卻水。需在施工現(xiàn)場放置至少2個容積≥10m3的水箱,一方面用于冷卻水的輸送,另一方面用于冷卻水的回收降溫。
3)冷卻水管采用鋼筋定位和固定,嚴(yán)禁施工中的操作平臺在冷卻水管上受力,嚴(yán)禁作業(yè)人員踩踏?;炷翝仓r,出料口應(yīng)避免直接落到冷卻水管上,振搗時注意與冷卻水管保持適當(dāng)距離。
4)布管時,冷卻水管與鋼筋骨架綁扎牢實,同層水管需在同一個平面上,單根冷卻水管最大長度應(yīng)≤150m。
5)承臺施工及養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,冷卻水管壓注C40 水泥漿進(jìn)行封堵。
為降低混凝土入模溫度,達(dá)到溫控計算標(biāo)準(zhǔn),采用冷水伴和。
根據(jù)主墩承臺混凝土施工時間,高溫時段對冷水的最大需求量為40kg/m3,承臺單次澆筑最大方量為482.4m3,每小時最大澆筑方量80m3,冷水需求量40×80=3.2t,現(xiàn)場配置1 臺冷水機(jī),單臺生產(chǎn)能力為10m3/h,滿足要求。
在大體積混凝土溫控施工中,將從混凝土的原材料選擇、配比設(shè)計以及混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗到通水、養(yǎng)護(hù)、保溫等全過程實行有效監(jiān)控,具體措施如下:
1)膠凝材料應(yīng)提前進(jìn)場,冷卻充分后再使用,為避免膠凝材料儲存罐受太陽直射引起溫度升高,可以采取用遮陽網(wǎng)遮蓋的方式。同時,在儲存罐外表面澆水,可以起到加速膠凝材料冷卻的效果。
2)現(xiàn)場砂石料倉采用遮陽篷設(shè)施,減小砂石溫度及含水率受環(huán)境的影響,降低骨料入倉溫度。
3)加快運輸和澆筑速度,罐體采取覆蓋防嗮、灑水降溫措施。
4)在混凝土澆筑前,對模板以及混凝土表面(二次澆筑時有)進(jìn)行灑水處理。
根據(jù)現(xiàn)場施工情況,對主墩承臺進(jìn)行了溫度監(jiān)控測量,測溫工作不分晝夜24h 連續(xù)進(jìn)行,升溫期(1~3d)每2h 測1 次,降溫期(4~14d)每4~8h 測1 次;控制進(jìn)出口水溫差≤15℃,冷卻水溫度與混凝土溫差≤20℃;直至混凝土表面保溫覆蓋物全部拆除后混凝土里外最大溫差≤25℃為止,其主要結(jié)果如表3 所示。
表3 主墩承臺混凝土溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總表
本項目共有4個承臺進(jìn)行施工,混凝土澆筑過程中嚴(yán)格按溫控措施的要求進(jìn)行,根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù),混凝土內(nèi)部最高溫度前期均呈現(xiàn)快速上升的現(xiàn)象,隨著時間的推移,中后期內(nèi)部最高溫度呈緩慢下降的趨勢,直至平穩(wěn)。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,溫度與表面溫度的差值均在25℃以下,冷卻水與內(nèi)部溫差都在20℃以下,進(jìn)出口水溫差都在15℃以下且內(nèi)部最高溫度≤60℃,溫控措施實施情況較好,滿足規(guī)范要求。
根據(jù)本文的溫控措施進(jìn)行施工,從整個現(xiàn)場實時監(jiān)測來看,整體升溫和降溫趨勢基本與理論計算曲線吻合,取得較好效果,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),為大體積混凝土溫控施工技術(shù)積累了一定經(jīng)驗,但本文未涉及新的溫控技術(shù),如液氮降溫,在后續(xù)的實際施工中可加強運用,提供新的溫控技術(shù)經(jīng)驗。