摘要: 文章介紹了某大橋在北錨碇工程的施工過程中,采用了冷卻水管降溫、原材料降溫、混凝土施工過程控制等多項溫控措施,大體積混凝土的溫度控制取得了良好效果,成功地避免了混凝土有害裂縫的出現。
關鍵詞: 橋梁工程；混凝土；溫度控制；監測
某較大跨度的雙塔懸索橋,全長2725m,北錨碇工程屬于主橋懸索主拉應力承擔系統,北錨碇臨江不足300m,長70.5m,寬54m,高46m,基坑最大開挖深度近50m。
北錨碇混凝土總量達87440m3, 錨固系統及前后錨室左右分離,錨體連為整體。整個錨碇平面分4 塊,豎向分19 層連續施工。
散索鞍支墩(標高30.2m 以上)采用C40 混凝土,2368m3;錨塊、散索鞍支墩及基礎、前錨室、散索鞍支墩(標高30.2m 以下部分)均采用C30 混凝土,80412m3;后澆段采用C30 膨脹混凝土,為4660m3,錨碇全部為S12 級防滲混凝土。
錨碇施工的特點是:混凝土量大,持續時間長,施工期長,經歷一年中的最高溫度季節。混凝土屬于大體積混凝土,強度等級高,由于水泥的水化熱作用,混凝土澆筑后將經歷升溫期、降溫期和穩定期3 個階段,大體積混凝土溫度控制技術非常關鍵。
1 配合比設計
為保證大體積混凝土施工質量,施工時選用低水化熱品種的水泥,水泥應進行水化熱試驗比較后方可使用。在混凝土混合料中摻入適量的粉煤灰和緩凝型外加劑,以降低水泥用量和減少水化熱。
1.1 原材料
（1）水泥。采用32.5 級低熱礦渣水泥,散裝入場,使用溫度不得超過50℃,否則須采取措施降低水泥溫度,如要求水泥生產廠家放置一段時間后發貨。
（2）粉煤灰。采用Ⅰ級粉煤灰,質量應符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596291 的規定。
（3）砂。含泥量≤1%,細度模數2.3～3.1,屬Ⅱ區級配范圍,其它指標必須符合規范規定,砂來源必須穩定,砂入場后應分批檢驗。
（4）石。5～31.5mm連續級配碎石,級配應優良,來源應穩定,必須分批檢驗并嚴格控制其含泥量不超過1.0%,如果達不到要求,必須用水沖洗合格后使用,其它指標必須符合規范要求。
（5）外加劑。采用NF 系緩凝型高效減水劑。
（6）水。拌合用水的水質通過嚴格檢驗并符合有關規范規定。
1.2 “雙摻”技術
為改善混凝土性能,同時摻加粉煤灰和減水劑,對于大體積混凝土,粉煤灰取代了部分水泥,使得混凝土的水化熱降低,可以有效地防止溫度裂縫。錨碇混凝土中采用的粉煤灰為磨細的Ⅰ級灰,外加劑為NF 型緩凝高效減水劑。
1.3 配合比
泵送混凝土應具有良好的和易性和粘聚性, 不離析、不泌水。初始坍落度控制在18cm左右,初凝時間為(25±3)h。為滿足以上施工要求,確保施工質量,對錨碇大體積混凝土配合比進行大量試驗,按材料實際情況,優選出配合比;同時結合現場施工和材料情況,對配合比進行調整。根據設計要求和有關規范規定,錨碇大體積混凝土采用標準養護條件下60d 齡期的抗壓強度作為驗收和評定的依據。最終優選的配合比如表1 所示。
2 溫度控制設計
（1）根據以往工程實踐，大體積混凝土升溫時間較短，一般在澆筑后的2~3d 內，其間混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態，約束應力很低，當水化熱溫升至峰值后，水化熱能耗盡，繼續散熱引起溫度下降，隨著時間逐漸衰減，延續10 余天至30 余天。混凝土降溫階段，彈性模量迅速增加，約束拉應力也隨時間增加，在某時刻如超過混凝土抗拉強度便出現貫穿性裂縫。因此控制降溫曲線對保證大體積混凝土施工質量尤為關鍵，但該問題屬于熱傳導的混合邊值問題，理論求解相當冗繁，且由于許多施工條件難以預測，理論結果亦很難嚴格。 現國內施工界普遍采用王鐵夢于《工程結構裂縫控制》專著中根據多年現場實測數據統計而成的經驗公式，偏于安全地以截面中部最高溫度降溫曲線代替平均降溫曲線，求解近似值。因該公式經多年施工實踐證明與實際情況基本吻合。本工程亦按此選取最大結構物澆注最大厚度進行近似計算，作為工程預控指標，并借此提出保溫與降溫措施。
（2）為防止混凝土施工過程中因溫度應力、干縮應力等產生開裂,對大體積混凝土進行溫控設計。設計單位對北錨碇進行了仿真計算,模擬混凝土實際施工過程,考慮混凝土的分塊、分層澆筑及澆筑溫度,施工間歇期、混凝土水化熱的散發規律、養護方式、冷卻水管降溫、外界氣溫變化、混凝土徐變等復雜因素。結合近年工程經驗：混凝土最高溫升值一般發生于澆灌后2~3d 的白天，估計室外溫度約在30℃，則混凝土中心溫度峰值與表面大氣溫差約在58.5℃，仍需采取相應的保溫措施，以保證從混凝土中心至大氣的溫差梯度及混凝土本身的降溫梯度滿足合理的預控指標。
在仿真計算的基礎上, 制定了混凝土在施工期間不產生溫度裂縫的溫控標準:①混凝土澆筑溫度不超過28℃;②混凝土最大水化熱溫升C30 混凝土不超過31℃,C40 混凝土不超過35℃;③混凝土內表溫差不超過25℃;④相鄰混凝土溫差不超過25℃。3 溫度控制措施及現場控制
3.1 混凝土澆灌前準備
混凝土澆灌計劃安排應考慮天氣狀況，及時聯系氣象臺，取得近期的天氣狀況，避免雨天施工影響混凝土施工質量，同時足夠的抽水設備和防雨物資。
3.2 混凝土的分塊分層
錨碇分錨塊和散索鞍支墩及基礎4 塊單獨施工, 塊間設置2m 寬的后澆帶,每塊分層澆筑,層厚2m 左右,錨塊、散索鞍及其支墩均各分19 層。如圖1 所示。
按分塊示意圖進行施工時, 各塊必須嚴格按規定的分層厚度進行分層澆筑。錨碇混凝土澆筑順序為:除后澆帶外,其余4 塊應基本保證均勻上升。后澆帶混凝土和微膨脹濕接縫混凝土應在主體混凝土溫度基本穩定后澆筑,避免接縫開裂。
3.2 混凝土澆筑溫度的控制
混凝土出拌合機,經泵送、振搗等過程后的溫度為澆筑溫度,控制在28℃以內。在每次混凝土開盤之前,必須嚴格控制混凝土原材料的溫度,要量測水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度,專門記錄,計算其出機溫度,并估算澆筑溫度。
當澆筑溫度超過上述控制標準時,必須采取如下措施:混凝土泵管外用草袋遮蓋,并經常灑水降溫;砂、石料避免太陽暴曬;夏季施工時拌合水中加冰來降低水的溫度; 盡量利用夜間澆筑混凝土。冬期施工拌合水用鍋爐加熱,保證水的溫度在10℃以上,確保澆筑溫度在5℃以上。
3.3 控制各層澆筑的間歇期
混凝土澆筑間歇期應控制在5～7d, 在底層混凝土內部溫度峰值過后才允許澆筑下層混凝土。若因安裝預應力管道鋼支架,某些塊的間歇時間超過7d,應通過驗算并有相應調整溫控措施。采取的措施為:在間歇期內要加強表面的養護和保溫,保持混凝土的濕潤狀態。
3.4 冷卻水管布置及要求
冷卻水管采用管徑42.3mm、厚3.25mm 的黑鐵管,在每層混凝土中均布設2 層冷卻水管,冷卻水管水平及豎向間距均為1m左右。冷卻水管布設后應進行壓水試驗,防止管道漏水;在混凝土澆筑至水管標高后立即開始通水,連續通水8～10d,在此期間若混凝土降溫速率超過1.5℃/d,則停止通水;嚴格控制進水溫度,在保證冷卻水管進水溫度與混凝土內部最高溫度之差不超過25℃的條件下,盡量使進口水溫最低;在氣溫較高時,冷卻水應使用靜置后的集水池內的水,氣溫較低或冬季施工時,應使冷卻水管出水回至集水池內,使進口水溫適當升高,以控制溫差。
3.5 混凝土保溫及養護
（1）各層混凝土頂面待混凝土終凝后進行養護,用濕麻袋覆蓋,時間持續到上層混凝土澆筑,澆筑前各層間水平接縫按施工縫進行處理,表面鑿毛、清洗干凈。在面層混凝土澆筑完成后，將混凝土表面振搗抹平后及時覆蓋塑料薄膜或濕草簾、濕麻袋，對混凝土進行保濕養護。接縫得搭接蓋嚴，避免混凝土水份蒸發，保持混凝土表面于濕潤狀態下養護，混凝土終凝后持續澆水養護14d。氣溫較高時(日最高氣溫超過20℃)側面可不用保溫,但各暴露的側面拆模后必須進行噴淋養護(可采用冷卻水管出水),保持混凝土面潮濕,防止干縮裂縫的產生。當混凝土內表面溫差超過溫控標準或寒潮來臨及冬季施工時, 混凝土各側面應進行表面保溫覆蓋。
（2）如水溫與混凝土表面溫差在20℃以上時，測溫人員及時將測溫結果反饋于工程技術部，由項目部對蓄水進行應急措施：
①由養護人員負責燒開水，并運至現場，與蓄水溶合；
②由二線配合人員拉燈牽線，采取點鎢燈取暖升溫措施。
（3）如遇大風天氣，需采取搭設防風棚措施，簡易防風棚采用DN48*3.5 標準鋼管及雨布制作，由架工與普工協同落實。加密測溫時間間隙，并視測溫情況采取第3.5.2 條措施。
（4）混凝土澆灌過程中或澆筑后，特別是混凝土開始處于降溫階段時，如遇大雨甚至暴雨天氣，應提前搭設防雨棚，搭設材料與人員配置同第3.5.2 條。
3.6 混凝土的現場施工控制
為確保大體積混凝土施工質量, 提高混凝土的均勻性和抗裂能力,必須加強對混凝土每一環節的施工控制,要求現場人員必須從混凝土的拌合、運輸、澆筑、振搗到養護、保溫整個過程實行有效監控。混凝土施工嚴格按照《公路橋涵施工技術規范》JTJ041- 2000 進行,并應特別注意以下方面:
（1）混凝土拌制配料前,各種衡器應請計量部門進行計量標定,稱料誤差應符合規范要求。應嚴格控制新拌混凝土質量,使其和易性滿足施工要求。坍落度檢驗應在出機口進行,拒絕使用坍落度過大和過小的混凝土料。及時檢測粗、細骨料的含水率,遇陰雨天氣應增加檢測頻率,隨時調整用水量。
（2）澆筑混凝土前應對模板、鋼筋、預埋件、監控元件及線路等進行檢查,檢驗合格后才能開盤。
（3）混凝土應按規定厚度、順序和方向分層澆筑,必須在下層混凝土初凝前澆筑完畢上層混凝土。如因故停歇,時間超過初凝時間時,倉面混凝土應按施工縫處理。混凝土分層澆筑厚度不宜超過400mm。
（4）澆筑混凝土時,應采用振動器振實。使用插入式振動器時,移動間距不應超過振動器作用半徑的1.5 倍,與側模應保持5～10cm 距離,避開預埋件或監控元件10～15cm,插入下層混凝土5～10cm;對每一部位混凝土必須振動到密實為止,密實的標志是混凝土停止下沉,不再冒氣泡,表面平坦、不泛漿。
（5）在澆筑混凝土過程中,必須及時清除倉面積水。
3.7 現場監測
為做到信息化溫控施工,出現異常情況能及時調整,在混凝土內部布設溫度測點。
（1）溫度測試。根據錨碇結構特點和溫度場計算結果,在各層埋設溫度傳感器,溫度測試點位于層厚1P2 處,并同時檢測大氣溫度、混凝土澆筑溫度,各冷卻水管進、出口水溫。
（2）測試儀器。溫度傳感器為PN 結溫度傳感器,溫度檢測儀采用PN24C 型數字多路自動巡回檢測控制儀。溫度傳感器主要技術性能:測溫范圍- 50～+150℃;工作誤差±015℃;分辨率011℃。
（3）現場測試要求。在混凝土澆筑前完成傳感器的埋設及保護工作,并將電纜引至測試房,保護材料主要為角鋼和塑料泡沫。各項測試應在混凝土澆筑后立即進行,連續不斷。混凝土的溫度測試,峰值以前每2h 觀測1 次,峰值出現后,每4h 觀測1 次,持續5d,轉入每天測2 次,直至基本穩定。每次檢測完后及時填寫混凝土測溫記錄表。
4 混凝土溫度控制效果
（1）北錨碇混凝土配合比選擇是大體積混凝土溫控工作的首要環節,原材料的選擇尤其關鍵;粉煤灰摻量、外加劑品種及摻量是在大量水化熱試驗基礎上選定的, 保證了混凝土的低熱性,能有效防止產生溫度裂縫。溫度檢測結果顯示:C30 混凝土最大水化熱溫升一般不超過30℃,C40 混凝土最大水化熱溫升一般不超過35℃,滿足了溫控設計的要求。
（2）溫控措施是在嚴格溫控計算基礎上確定的,既注重溫控效果,又保證了工期和施工方便。混凝土澆筑溫度的控制根據施工現場條件因地制宜,在北錨碇施工過程中正是高溫季節,采用控制原材料的溫度來降低澆筑溫度,對碎石采用澆水降溫,冰水攪拌混凝土,簡單易行,效果明顯,能降低澆筑溫度4℃,保證了溫控效果。
（3）冷卻水管進、出水口溫差的平均值為7.5℃,冷卻水管起到了早期削減溫峰值及防止溫度回升的效果。
（4）綜合溫度檢測結果,北錨碇大體積混凝土施工期間各種溫控措施發揮了良好的效果,達到了預控目的,基本滿足溫控標準要求。
參考文獻
[1]《公路橋涵施工技術規范》JTJ041- 2000.
[2]鐵夢于《工程結構裂縫控制》專著.
[3]《西堠門大橋南錨碇大體積混凝土溫度控制》<<公路>>2001 年06 期作者 經德良.
