某大橋主橋承臺(tái)大體積混凝土施工溫度控制

雷明深

(中鐵二局機(jī)械筑路工程有限公司,四川成都 610031)

1 工程概況

大店河大橋全長(zhǎng) 738m,為河南濟(jì)邵高速公路的控制性工程,引橋?yàn)?16跨 30m箱梁,主橋上部結(jié)構(gòu)為(66+120+66)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),下部結(jié)構(gòu)為矩形薄壁墩,墩高79m,承臺(tái)為長(zhǎng)方體,結(jié)構(gòu)尺寸為(15×9.2×5)m,每個(gè)承臺(tái)C30混凝土數(shù)量為 690m3。

大體積混凝土在施工過(guò)程中,由于水泥水化熱、外界氣溫、其它約束條件及混凝土收縮變形的影響,若處理不當(dāng),將會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

2 溫度控制措施

2.1 原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)

選擇水化熱較低的普通硅酸鹽水泥,同時(shí)摻加濟(jì)源電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰降低水泥用量及黃河UNF-2C高效減水劑,以改善混凝土性能節(jié)約水泥、降低水灰比。選用級(jí)配連續(xù)的粗骨料,細(xì)骨料采用中砂。選擇最佳混凝土配合比以減少水泥用量,降低水化熱峰值。坍落度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泵送情況選擇較小坍落度,以利減少收縮裂紋的產(chǎn)生。混凝土配合比,見表1。

2.2 冷卻水管布設(shè)

在澆筑過(guò)程中使用冷卻水,可以降低初期由于水泥水化熱所形成的高溫,養(yǎng)護(hù)期間使用冷卻水,可以控制澆筑混凝土內(nèi)外溫差。冷卻管布設(shè)見圖 1所示。冷卻管采用 50鋼管,利用地下水作為冷卻水。

每層循環(huán)散熱管各設(shè)置一個(gè)進(jìn)出水水箱,每個(gè)水箱容量不小于 1.5m3,管內(nèi)冷卻水保持一定的流速,每層水管通道流量大于 1.5m3/h,使承臺(tái)內(nèi)部混凝土水化熱均勻及時(shí)散出,以控制承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差。設(shè)置散熱管的該層混凝土自灌注時(shí)起,冷卻管內(nèi)須立即通入冷卻水。采用兩臺(tái)水泵抽取地下水,通水 24h要換一次進(jìn)出口,連續(xù)通水不少于 10 d。

2.3 混凝土原材料的預(yù)降溫

拌和用水可采用加冰塊的辦法,以降低混凝土的入模溫度。

2.4 養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度控制

采用內(nèi)降外保的方法,同時(shí)控制拆模時(shí)間,拆模后側(cè)面用掛麻袋或黑心棉淋水養(yǎng)護(hù)。

2.5 溫度控制原則

利用實(shí)測(cè)溫度通過(guò)計(jì)算的方法來(lái)預(yù)防混凝土開裂,十分繁瑣。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大體積混凝土溫度觀測(cè)及科研成果,擬定以下溫度控制原則。

(1)混凝土中心最高溫度 Tmax與表面下 10 cm處 Tb之差(Tmax-Tb)<25℃;

(2)混凝土表面下 10 cm處溫度 Tb與室外溫度 Tq之差(Tb-Tq)<25℃;

(3)混凝土中心最高溫度 Tmax與冷卻水管周圍 5 cm處溫度 Tc之差(Tmax-Tc)<25℃;

3 主橋承臺(tái)溫度測(cè)量及控制

為了更準(zhǔn)確有效地進(jìn)行溫度控制,必須掌握大體積混凝土澆筑過(guò)程后的溫度場(chǎng)變化規(guī)律,這取決于溫度監(jiān)控手段是否準(zhǔn)確、可靠。

3.1 溫度測(cè)試方法

在大店河大橋主橋承臺(tái)大體積混凝土施工中,采取在承臺(tái)混凝土中埋設(shè) K型(NiCr-NiAl)測(cè)溫傳感器、在外部用DM 6902數(shù)字溫度儀直接讀數(shù)的方法,根據(jù)電阻與溫度間的相互關(guān)系,通過(guò)電阻而知相應(yīng)電阻之間的溫度值,為了提高測(cè)試過(guò)程中抗外界電磁場(chǎng)的干擾能力,熱敏電阻一般采用屏蔽導(dǎo)線相連。測(cè)試傳感器在埋設(shè)時(shí)忌與鋼筋接觸。混凝土覆蓋傳感器后開始測(cè)溫。升溫階段每 2 h測(cè)一次,降溫階段測(cè)試時(shí)間為 4～8h,與此同時(shí),用溫度計(jì)測(cè)試并記錄相對(duì)應(yīng)的氣溫,混凝土澆筑溫度,冷卻水管進(jìn)出水溫度。

3.2 溫度測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)布置:(1)通過(guò)在中心豎軸布置一組測(cè)點(diǎn),找出最大升溫點(diǎn);(2)在距承臺(tái)頂表面 10 cm和側(cè)面附近布置兩組測(cè)溫點(diǎn)了解外界氣溫對(duì)混凝土溫度的影響,以指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)和拆模;(3)在冷卻水管之間和豎直方向布置兩組測(cè)溫點(diǎn),了解冷卻水管的影響范圍,據(jù)此調(diào)節(jié)冷卻水管的橫向和縱向間距,以及控制冷卻水管和混凝土之間的溫差。本橋的溫度測(cè)試主要是對(duì)混凝土的實(shí)際溫度進(jìn)行控制,防止混凝土開裂,因此測(cè)點(diǎn)布置較多,如圖 1所示:距承臺(tái)底 1 m、2.5m、4.8m的位置布置三組溫度感應(yīng)器。平面位置布設(shè)15個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。

圖1 承臺(tái)冷卻管及測(cè)溫傳感器布置

3.3 溫度變化曲線

每一測(cè)點(diǎn)當(dāng)混凝土澆筑至其完全覆蓋后開始觀測(cè),升溫期間每 2h測(cè)一次,同時(shí)記錄大氣溫度、進(jìn)出水管的溫度進(jìn)行觀測(cè)記錄結(jié)果,據(jù)此作出各測(cè)點(diǎn)的溫度-時(shí)間曲線,詳見圖2～圖 5。

圖2 混凝土中心最高溫度與表面溫度隨時(shí)間變化曲線圖

注:上條曲線為混凝土中心最高溫度,下線為混凝土表面溫度

圖3 混凝土表面溫度與室外氣溫隨時(shí)間變化曲線圖

注:上條曲線為混凝土表面溫度,下線為室外氣溫溫度

圖4 中心溫度與冷卻管附近混凝土溫度變化曲線圖

圖5 進(jìn)水與出水溫度隨時(shí)間變化曲線

3.4 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)大店河大橋 6#、7#墩承臺(tái)大體積混凝土澆筑對(duì)溫度測(cè)量及收集的大量原始數(shù)據(jù),對(duì)承臺(tái)大體積混凝土溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)及所采取的溫度控制措施有了一定的了解。通過(guò)分析,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論和建議。

(1)從上述曲線變化來(lái)看,差值基本小于 25℃;表明實(shí)際施工的溫度控制措施滿足溫度控制的原則要求;

(2)澆筑時(shí)最高溫度出現(xiàn)在中心豎軸中間偏下位置,所以冷卻水管的布置應(yīng)控制在最高溫度所在的平面上。

(3)混凝土頂面溫度和側(cè)面溫度受到外界氣溫的影響最大,且頂面與側(cè)面溫度基本一致,因此養(yǎng)護(hù)和保溫要及時(shí),混凝土表面覆蓋的麻袋和黑心棉要及時(shí)并不斷混凝土淋水養(yǎng)護(hù)。

(4)分析冷卻水管與測(cè)溫點(diǎn)間距可以得出冷卻水管的影響范圍,從而確定冷卻水管的間距以 1m左右為宜。

大店河大橋主橋承臺(tái)大體積混凝土的施工,由于嚴(yán)格執(zhí)行溫度控制措施,使得大體積承臺(tái)未出現(xiàn)貫通裂紋,達(dá)到設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求,證明所制定的溫控措施是成功的。

[1]JT J041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]

[2]王崇旭.海滄大橋錨碇大體積混凝土施工技術(shù)介紹[C]∥中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,1998

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