天橋特大橋承臺大體積混凝土施工溫度控制
2017-02-27
1 前言
承臺大體積混凝土工程混凝土量大，澆筑時間長，混凝土砂、石材料和與往有所不同，為確保承臺大體積混凝土施工質量，有效控制溫度變形裂縫不是單純的結構理論問題，而是涉及到結構計算、構造設計、材料組成和其物理力學指標、施工設備、施工工藝等方面的綜合技術問題。因此必須對混凝土的溫度進行有效的控制使之不出現(xiàn)有害溫度裂縫確?；炷潦┕さ馁|量。
2 工程概況
天橋特大橋主墩基礎為長23.6m，寬20.6m，高6.0m的鋼筋混凝土結構，混凝土設計強度等級為C30，混凝土方量為2916.96m3，均采取一次性澆筑完成。承臺基礎為￠250cm×16根挖孔灌注樁。為避免承臺混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫，我們先期對承臺混凝土進行了計算，并根據(jù)計算結果確定了承臺混凝土不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標準，相應制定出了現(xiàn)場溫控措施。
3 溫控計算
承臺混凝土在施工過程中，由于水化熱的作用，其內(nèi)部溫度變化歷經(jīng)升溫期、降溫期、穩(wěn)定期三個階段。隨著混凝土不同階段混凝土也隨之出現(xiàn)伸縮，當混凝土體積變化受到約束，就會產(chǎn)生溫度應力。如果該應力超過其同期混凝土的抗拉強度， 混凝土就會出現(xiàn)溫度裂縫。因此大體積混凝土必須采用溫控防裂措施。
3.1 計算條件
3.1.1 根據(jù)承臺結構特點 天橋特大橋承臺采用一次整體澆注，承臺中布置5層50mm的冷卻管，由于仿真分析計算中參數(shù)和邊界取值與實際施工過程有一定的偏差，因此有可能使仿真計算的結果與實際測量結果有一定的誤差。通過對天橋特大橋承臺水化熱進行仿真分析，可知內(nèi)部最高溫度將達到52.4℃，內(nèi)外溫差達到14.4℃，因此在施工和養(yǎng)護過程中通過控制冷卻管通水可以達到控制水化熱的目的。
3.1.2 基巖按中風化巖考慮，其彈性模量取30GPa；
3.1.3混凝土按6層澆筑，澆筑厚度分別為1m、1m、1m、1m、1m、1m。
3.2 溫度場主要特征
混凝土澆筑后一般在2～3d后即達到溫度峰值，溫峰持續(xù)10h后溫度開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至12～20d后降溫平緩，溫度趨于準穩(wěn)定狀態(tài)。第一層混凝土內(nèi)部最高溫度約為43℃，第二層混凝土內(nèi)部最高溫度約為48℃。第三層混凝土內(nèi)部最高溫度約為52.4℃。第四層混凝土內(nèi)部最高溫度約為48℃。第五層混凝土內(nèi)部最高溫度約為46℃。
3.3 力場主要特征
混凝土應力計算顯示，混凝土應力最大值出現(xiàn)在第二層底部和第三層中部。
3.4 結果分析根據(jù)計算結果
承臺混凝土早期(14d左右)最大溫度應力為1.1MPa，而此時C30混凝土劈裂抗拉強度1.4-2.3MPa，抗裂安全系數(shù)K≥1.4，后期也有1.5以上的抗裂安全系數(shù)，不會產(chǎn)生有害溫度裂縫。
3.5 溫度控制標準
根據(jù)計算成果，在施工期內(nèi)為保證承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫，本工程采取如下溫控標準：
3.5.1 混凝土最大絕熱溫升不應超高60℃；
3.5.2 混凝土內(nèi)表溫差不超過25℃；
3.5.3 混凝土降溫速率不超過2.0℃/d。
3.5.4 水泥入場溫度不應超過50℃，否則應采取相應措施；
3.5.5 混凝土澆筑溫度不超過20℃，否則應采取相應措施。
4 現(xiàn)場溫控措施
4.1 混凝土配合比的優(yōu)化
為降低水化熱溫升合理選擇級配良好的砂、石料，選擇優(yōu)良的混凝土外加劑，控制混凝土配合比，節(jié)約水泥用量，是降低混凝土內(nèi)部水化熱溫升的重要環(huán)節(jié)。
4.1.1 混凝土原材料質量控制
a.水泥：水泥使用溫度不得超過50℃，否則必須采取措施降低水泥溫度。
b.粉煤灰：粉煤灰為畢節(jié)電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，入場后應分批檢驗。
c.砂：采用中粗砂。細度模數(shù)為2.3～3.1，屬Ⅱ級配范圍，含泥量≤2%，入場后應分批檢驗。
d.碎石：碎石主要采用顆粒級配為5～31.5mm連續(xù)級配或二級配。石子必須分批檢驗嚴格控制其含泥量不超過1.5%。
e.外加劑：摻加緩凝型高效減水劑徐州超力超力聚羧酸CQP緩凝型高效減水劑。
4.1.2 混凝土配合比混凝土初始坍落度控制在12～18cm，初凝時間大于12h。施工采用配合比如表1。
4.1.3 現(xiàn)場混凝土施工要求
a.施工當中由試驗室派試驗員專人負責施工配合比，嚴格控制混凝土質量，使其和易性滿足施工要求。
b.自高處向模板內(nèi)傾卸混凝土時，為防止混凝土離析，在施工中按以下要求進行操作：
?、佼斨苯訌母咛幮读蠒r，高度不應超過2m；
?、诋敻叨瘸^2m時，應通過運用混凝土輸送軟管送料；
③在串筒出料口下面混凝土堆積高度不應超過1m，及時攤平，分層振搗。
c.混凝土按規(guī)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?；炷练謱訚仓穸炔灰顺^1m，并保持2臺混凝土泵輸送泵從畢節(jié)岸和威寧岸輸送混凝土進行澆注。
d.澆筑時采用振動器振搗振實：
?、儆?0插入式振動器時，與側模應保持20～40cm距離，并避開測溫預埋管10～15cm，應插入下層混凝土10～15cm；
?、趯γ恳徊课换炷帘仨氄駝拥矫軐崬橹埂Ｃ軐嵉臉酥臼牵夯炷镣Ｖ瓜鲁?，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。
4.1.4 現(xiàn)場混凝土澆筑溫度的控制
在每次開盤之前，試驗室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，計算其出機溫度，并估算澆筑溫度，計算方法如下：
①混凝土的出機溫度T0 T0=(0.20+QS)WSTS+(0.20+Qg)WgTg+0.20WCTC+(WW-QSWS)TW/0.20(WS+WG+WC)+WW
式中：QS、Qg分別為砂、石的含水量，以%計；WS、Wg、WC、TW分別為每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量(粉煤灰計入水泥中)；TS、TG、TC、TW分別為砂、石、水泥和水的溫度。
?、诨炷恋臐仓囟萒p=T0+(Tn-t0)(θ1+θ2+θ3+……+θn)
式中：Tn混凝土運輸和澆筑時氣溫：θ1、θ2、θ3、θn―有關的系數(shù)，其數(shù)值如下：
a.混凝土裝、卸和運轉，每次θ=0.03；
b.混凝土運輸時θ=Aτ，τ為運輸時間以分鐘計；
c.澆筑過程中θ=0.03τ，τ為澆筑振搗時間以分鐘計。
嚴格控制混凝土原材料的溫度，考慮混凝土方量大需要水泥量大，本項目組織20輛散裝水泥運輸車，保證水泥的供應，同時，在畢節(jié)岸與威寧岸拌合站水泥庫房儲存400T袋裝水泥；因天氣陰天多，砂、石料溫度不高；拌和水溫度僅達到17℃左右。
4.2 埋設冷卻水管及其要求
(1)根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，在每層混凝土中埋設冷卻水管，原設計冷卻水管為Φ32mm的黑鐵管改成Φ50×1mm的薄壁鋼管，其水平間距為1m，冷卻水管距混凝土表面大于10cm，冷卻水管進出口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。
(2)冷卻水管使用及其控制
?、倮鋮s水管使用前應進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水。在混凝土澆筑中設2人專門負責檢查漏水并及時進行防漏處理。
?、诨炷翝仓礁鲗永鋮s水管標高10cm后即開始通水，各層混凝土峰值過后即停止通水，通水流量應達到30L/min，通水時間根據(jù)測溫結果確定；
?、蹏栏窨刂七M出水溫度，保證冷卻水管進水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過25℃。
?、艽魍ㄋ鋮s全部結束后，應采用同強度等級的水泥砂漿封堵冷卻水管。
4.3控制混凝土澆筑間歇期與混凝土養(yǎng)護
每次混凝土澆筑間歇期應控制在5天。養(yǎng)護對混凝土強度正常增長及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中十分重視混凝土的養(yǎng)護工作。承臺頂面采用塑料膜覆蓋并蓄水養(yǎng)護，側面主要采取灑水養(yǎng)護做法如下：在混凝土側面采用吊掛棉被養(yǎng)護，并推遲拆模時間，拆模時間23d，拆模后用塑料薄膜包裹保濕，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。
4.4 混凝土溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測
(1)溫度測試內(nèi)容。根據(jù)溫度計算成果，為做到信息化施工，真實反映各層混凝土的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時采取有效措施.
(2)現(xiàn)場測試要求。各項測試項目宜在混凝土澆筑后立即進行，連續(xù)不斷。混凝土的溫度測試，峰值以前每2h監(jiān)測一次，峰值出現(xiàn)后每4h監(jiān)測一次，持續(xù)7d，然后轉入每天測2次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。
(3)監(jiān)測所用器具。溫度監(jiān)測儀采用Φ50×1mm的薄壁鋼管，內(nèi)裝灌滿清水。
5 內(nèi)部溫度檢測結果
(1)承臺中心部位的溫度變化規(guī)律
承臺第一層澆筑后中心部位溫度24h后比入倉溫度升高20℃，差不多39h達到溫度最高值，增大水流量至最大。
第二層澆筑在第一層澆筑完畢全進入第二層混凝土澆筑，由于下層混凝土對上層新澆混凝土的影響，第二層中心部位達到最高值，達50.1℃，持續(xù)時間17h，即較急劇下降，冷卻水停止，稍有反彈，8d后趨向平穩(wěn)。
第三層澆筑在第二層澆筑完畢后進入第三層混凝土澆筑，同第二層一樣，由于下層對上層新澆混凝土的影響，其中心溫度最高達到52.2℃，此溫度持續(xù)12h。
第四層混凝土澆筑后，其最高溫度達到47.6℃，加大水流量為最大，高溫持續(xù)3天。
第五層混凝土溫度最高達到40.9℃，三天后溫度有所下降，達到36.1℃左右。
(2)邊緣溫度變化情況
由于榕江當?shù)貧鉁夭桓?，邊緣溫度隨氣溫影響較小?；炷羶?nèi)表溫差始終小于溫控25.0℃標準，末造成傷害。
(3)冷卻水溫度情況
承臺所布冷卻水管是按照原設計施工，只是在溫度開始升高時流量加大，冷卻水通水時間控制在混凝土一開始有溫升即開始通水，待達到最高溫度開始下降，并每日降溫速率超過2℃時即停止通水，起到了早期削減溫峰，減小內(nèi)表面溫差的作用。
6 施工效果
本項目承臺混凝土大體積施工當中，由于經(jīng)過較為準確的計算、施工措施得當、現(xiàn)場施工組織較為嚴密，承臺混凝土經(jīng)澆筑后拆模觀察未出現(xiàn)有害的溫度裂縫，溫控效果良好。上述施工措施對大體積混凝土施工中的溫度問題進行了有效控制，避免了裂縫的出現(xiàn)，確保了大體積混凝土施工的工程質量。
參考文獻
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[2] GB50204-2002，混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范[S].
[3] 畢節(jié)至咸寧高速公路.貴州省交通勘察設計研究院有限公司.
