張 艷

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

龍?zhí)堕L江大橋主橋?yàn)閱慰? 560 m鋼箱梁懸索橋，南主塔為大直徑群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)為啞鈴型，平面尺寸78.95 m×40.5 m，厚6.0 m，承臺(tái)底標(biāo)高-2.0 m，頂標(biāo)高+4.0 m，上下游承臺(tái)之間用系梁聯(lián)成整體，設(shè)計(jì)采用C40混凝土，共16 232 m3。

承臺(tái)基坑采用鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，設(shè)置兩層支撐體系?？紤]圍堰設(shè)計(jì)情況，承臺(tái)澆筑分兩層進(jìn)行，第一層澆筑厚度2.0 m，第二層澆筑厚度4.0 m，由于南主墩承臺(tái)為特大型大體積混凝土構(gòu)件，溫控防裂要求很高，施工中如何避免或控制有害裂縫發(fā)生是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

2 溫控標(biāo)準(zhǔn)及溫控措施

2.1 溫控標(biāo)準(zhǔn)

溫度裂縫形成的原因是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大或外界氣溫變化較大，熱脹冷縮引起混凝土體積變化，混凝土變形受自身或外部約束，局部拉應(yīng)力過大，超出其抗拉強(qiáng)度時(shí)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

根據(jù)主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用MIDAS軟件建立南主墩承臺(tái)有限元模型，對(duì)承臺(tái)混凝土進(jìn)行溫度和應(yīng)力仿真計(jì)算。溫控計(jì)算考慮承臺(tái)混凝土的物理熱學(xué)性能參數(shù)、分層澆筑厚度、澆筑溫度、澆筑間隔、環(huán)境溫度變化、混凝土徐變及外部約束等因素。南主墩承臺(tái)施工溫控標(biāo)準(zhǔn)如下，見表1。

表1 南主墩承臺(tái)施工溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.2 溫控措施

南主墩承臺(tái)混凝土產(chǎn)生裂縫的因素主要來自兩個(gè)方面：一是自身水化熱引起的溫度應(yīng)力變化；二是承臺(tái)受鉆孔樁基礎(chǔ)約束，及上下兩層混凝土之間施工齡期差異導(dǎo)致的收縮徐變不同。為達(dá)到溫控標(biāo)準(zhǔn)要求，主要從以下幾個(gè)方面采取措施來保證溫控指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

(1)對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化。選用中低熱水泥，盡量減少水泥用量，適當(dāng)增加粉煤灰等礦物摻合料摻量，摻加優(yōu)質(zhì)緩凝高效減水劑，降低水化熱，延長混凝土初凝時(shí)間，從而降低溫升峰值和延緩溫峰到達(dá)時(shí)間；選用優(yōu)質(zhì)骨料，低熱膨脹系數(shù)、低吸水率的骨料體積穩(wěn)定性好，可減小混凝土的收縮變形；在滿足施工的情況下，使用坍落度較低的混凝土，有利于減少用水量，減少干縮，提高抗開裂性能。

(2)控制混凝土澆筑的入模溫度?；炷翝仓囟葘?duì)混凝土內(nèi)部最高溫度和溫峰到達(dá)時(shí)間都有很大影響，相同配比的混凝土，澆筑溫度低的溫峰值要比澆筑溫度高的小很多。南主塔承臺(tái)施工在冬季，環(huán)境溫度-7～15 ℃，正常情況下對(duì)水泥、粉煤灰、碎石、砂等原材料覆蓋保溫即可滿足≥5 ℃且≤28 ℃澆筑溫度的要求。遇到低溫寒潮天氣，采用攪拌用水加熱的方法來保證混凝土的澆筑溫度。

(3)在承臺(tái)內(nèi)部安裝冷卻水管，并對(duì)混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，通過內(nèi)降外保，降低內(nèi)表溫差。大體積混凝土澆筑過程中，前期水化熱會(huì)使混凝土溫度快速上升，在承臺(tái)內(nèi)部安裝冷卻水管，通過冷卻水循環(huán)，直接帶走混凝土內(nèi)部溫度，從而降低升溫速率和溫度峰值；后期溫度峰值過后，混凝土逐漸降溫，此時(shí)需要加強(qiáng)保溫覆蓋養(yǎng)護(hù)，減緩表面溫度散失，避免降溫速率過快。南主墩承臺(tái)分層分塊澆筑，施工時(shí)除控制混凝土內(nèi)表溫差外，還應(yīng)注意降低新老混凝土之間、混凝土表面和外界環(huán)境溫度之間的溫差。

(4)優(yōu)化施工方案，減小承臺(tái)結(jié)構(gòu)受鉆孔樁基礎(chǔ)的約束作用，嚴(yán)格控制上下兩層混凝土之間的施工齡期差。考慮到承臺(tái)受群樁基礎(chǔ)約束，混凝土收縮徐變時(shí)易產(chǎn)生裂縫，在中間系梁部位設(shè)置2 m后澆帶，將承臺(tái)分成上下游兩層共4塊區(qū)域進(jìn)行澆筑，后澆帶在塔座混凝土澆筑完成后、下橫梁施工前用微膨脹混凝土一次性澆筑成型。此外，盡量縮短上下兩層混凝土之間的齡期差，避免出現(xiàn)收縮裂縫，兩層混凝土之間的澆筑間隔控制不超過20 d。

3 現(xiàn)場(chǎng)溫控措施實(shí)施

3.1 配合比優(yōu)化

(1)采用P·O 42.5句容水泥，在膠材總量確定的前提下，增加Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量，略降低礦粉摻量，礦物摻合料總摻量不超過45%。

(2)選用產(chǎn)地江西的碎石和中砂，碎石要求級(jí)配良好、線脹系數(shù)小、吸水率低、體積穩(wěn)定性好。

(3)選用蘇博特聚羧酸類高性能緩凝減水劑。優(yōu)質(zhì)的聚羧酸類緩凝高效減水劑具有緩凝、減水、引氣的效果，能夠延緩溫峰時(shí)間，減少水化熱總量，并顯著增加混凝土的和易性、可泵性。

(4)混凝土的坍落度按照200±20 mm控制，標(biāo)準(zhǔn)溫度濕度環(huán)境下試拌初凝時(shí)間調(diào)整大于35 h?；炷翉?qiáng)度評(píng)定采用56 d強(qiáng)度。

3.2 澆筑溫度控制

根據(jù)南主墩承臺(tái)有限元模型計(jì)算結(jié)果，承臺(tái)混凝土的澆筑溫度必須控制在5～28 ℃范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)采取如下措施：

(1)澆筑前對(duì)原材料溫度進(jìn)行測(cè)量，通過熱工計(jì)算進(jìn)行估算，估算結(jié)果低于5 ℃時(shí)，可加熱攪拌用水，控制澆筑溫度。

(2)水泥礦粉溫度控制低于60 ℃，粉煤灰溫度控制低于40 ℃，對(duì)儲(chǔ)料罐進(jìn)行包裹保溫。

(3)搭設(shè)保溫棚進(jìn)行骨料保溫，棚內(nèi)溫度保持5 ℃以上，骨料采取堆高和覆蓋措施，取料時(shí)從底層取料。

(4)選擇白天澆筑，避開夜間低溫寒潮時(shí)段。為防止混凝土運(yùn)輸和澆筑過程中受凍或溫度損失過大，對(duì)運(yùn)輸罐車和輸送泵管均進(jìn)行包裹保溫。

3.3 冷卻水管安裝

冷卻水管采用Φ40×2.5 mm的黑鐵管，承臺(tái)第一層上、下游混凝土內(nèi)各布設(shè)1層冷卻水管，承臺(tái)第二層混凝土內(nèi)布設(shè)3層冷卻水管，水管豎向間距1.0 m，水平間距0.8 m，距混凝土表面及側(cè)面70～100 cm。冷卻水管每層12套，每套總長度不超過150 m。采用水箱蓄水循環(huán)冷卻，冷卻水管的進(jìn)出水口集中布置并編號(hào)，方便管理。進(jìn)水口設(shè)置兩個(gè)減壓閥以控制水流速率，外接水泵給水箱補(bǔ)水調(diào)節(jié)水溫，以便調(diào)整進(jìn)水溫度與內(nèi)部混凝土溫差在指標(biāo)范圍內(nèi)，同時(shí)起到控制升溫速率和降溫速率的作用。

承臺(tái)混凝土澆筑前對(duì)冷卻水管進(jìn)行加壓通水試驗(yàn)，檢驗(yàn)冷卻水管是否運(yùn)行正常，發(fā)現(xiàn)管道有漏水、阻水現(xiàn)象及時(shí)修補(bǔ)。進(jìn)水溫度與內(nèi)部混凝土溫差應(yīng)控制在20 ℃以內(nèi)，避免對(duì)內(nèi)部混凝土冷激造成內(nèi)部裂縫。不同時(shí)段對(duì)冷卻水的流速和溫度要求不同，南主墩承臺(tái)混凝土通水要求見表2。

表2 南主墩承臺(tái)混凝土通水要求

3.4 保溫養(yǎng)護(hù)

南主墩承臺(tái)在冬季施工，外界環(huán)境溫度很低，對(duì)混凝土開裂影響較大，升溫速率和降溫速率過快都會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)表溫差過大，極端寒潮天氣甚至?xí)绊懟炷琳ＤY(jié)硬化，因此必須對(duì)混凝土進(jìn)行保溫覆蓋養(yǎng)護(hù)。

承臺(tái)第一層混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋較密，且第一層處于圍堰內(nèi)較低位置，起到了很好的避風(fēng)效果，受晝夜氣溫變化影響較小，上表面主要采用覆蓋及溫水養(yǎng)護(hù)，側(cè)面在模板外側(cè)粘貼一層3 cm厚橡膠保溫棉并帶模養(yǎng)護(hù)。承臺(tái)第二層混凝土上表面采用覆蓋塑料薄膜+棉被保溫保濕，側(cè)面粘貼橡膠保溫棉與帶模養(yǎng)護(hù)。

4 測(cè)溫監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析

4.1 測(cè)溫監(jiān)控

為了解承臺(tái)澆筑、養(yǎng)護(hù)過程中混凝土各部位溫度變化情況，及外界環(huán)境溫度、冷卻水溫度等，以便及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化溫控措施，需對(duì)承臺(tái)混凝土進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫監(jiān)控。在滿足溫控要求的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)原則，選取承臺(tái)混凝土垂直中位面的1/4塊布置測(cè)溫元件。承臺(tái)第一層上、下游各布設(shè)1層共22個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)距封底混凝土1.0 m；承臺(tái)第二層上、下游高度1.5 m與2.5 m處各布設(shè)2層共44個(gè)測(cè)點(diǎn)。

溫度監(jiān)測(cè)工作在混凝土澆筑后立即進(jìn)行，每1 h監(jiān)測(cè)1次，連續(xù)不斷。承臺(tái)混凝土澆筑14 d后，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定終止測(cè)量時(shí)間。南主墩承臺(tái)溫控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

表3 南主墩承臺(tái)混凝土溫控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

4.2 數(shù)據(jù)分析

由溫控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，南主墩承臺(tái)各部位的澆筑溫度在15.3～18.6 ℃，內(nèi)部最高溫度58.8 ℃，最大內(nèi)表溫差24.3 ℃，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)出水溫差也滿足通水要求≤10 ℃的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于采取了保溫覆蓋措施，承臺(tái)混凝土表面溫度變化不大，受晝夜溫差作用影響有輕微波動(dòng)。現(xiàn)將南主墩承臺(tái)上游第一層混凝土施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成歷時(shí)曲線圖進(jìn)行分析，見圖1。

圖1 承臺(tái)上游第一層測(cè)點(diǎn)溫度特征值歷時(shí)曲線圖

如圖1，前期隨著承臺(tái)混凝土水化放熱，其表面溫度和芯部溫度同步上升，平均升溫速率在0.2～0.8 ℃/h，表面升溫速率要小于芯部升溫速率，內(nèi)表溫差逐漸增大，60 h后混凝土內(nèi)部升溫減緩，此時(shí)接近溫度峰值。在冷卻水影響下，芯部溫度達(dá)到溫峰值后開始緩慢降溫，平均降溫速率在1.6～2.0 ℃/d，此時(shí)，混凝土表面溫度和芯部溫度同步下降，但表面降溫速率大于芯部降溫速率，內(nèi)表溫差呈繼續(xù)增長趨勢(shì)，持續(xù)通水冷卻并帶模養(yǎng)護(hù)，保證內(nèi)表溫差≤25 ℃，控制降溫速率≤2.0 ℃/d，直至芯部溫度變化趨于穩(wěn)定，滿足停水要求。

對(duì)南主墩承臺(tái)其他部位混凝土監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析表明，各區(qū)混凝土溫度特征曲線走勢(shì)基本一致，混凝土施工溫控指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié) 語

龍?zhí)堕L江大橋南主墩承臺(tái)溫控施工嚴(yán)格按溫控方案要求執(zhí)行，低溫寒潮季節(jié)采取溫水拌和、罐車包裹等方式保證澆筑入模溫度；采用水箱蓄水循環(huán)冷卻，有效降低了進(jìn)水溫度與混凝土芯部溫度差值，通水總體效果良好；在結(jié)構(gòu)側(cè)面帶模加粘貼保溫棉養(yǎng)護(hù)起到了很好的防風(fēng)保溫作用，有效降低了雨水、低溫等不利天氣影響。承臺(tái)施工完成后，混凝土沒有出現(xiàn)裂縫，這說明南主墩承臺(tái)施工溫控技術(shù)是科學(xué)有效的。