北盤江大橋鎮寧岸錨碇混凝土施工溫控措施及監測

胡長軍

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

1 工程概況

鎮勝(鎮寧至勝境關)高速公路北盤江大橋橫跨北盤江，兩岸橋臺坡體相對較陡。上部構造為4×45 m(預應力混凝土箱梁)+636(單跨簡支鋼桁加勁懸索橋)+3×45 m(預應力混凝土箱梁)，橋梁全長1 008 m。鎮寧岸錨碇為重力式錨，錨碇寬41m，長52.76m，錨體高25.528 m，錨體、基礎、散索鞍支墩均為實體結構，前錨室為中空結構。錨碇C30混凝土29 618 m3，體積大，面積大，屬大體積混凝土。

大體積混凝土體量巨大，澆筑后水泥水化將釋放出大量水化熱，但混凝土導熱系數很小，使得聚集在內部的熱量不易散發，內部溫度高通常在40～70℃。

2 大體積混凝土溫度控制措施

2.1 施工方案制定

根據《塊體基礎大體積混凝土施工技術規程》(YBJ224-91)的規定，施工前必須制定溫度監控控制方案以進行溫度控制。為確保施工控溫方案的安全可靠，在施工前采用ANSYS進行有限元分析模擬大體積混凝土溫度場，根據理論模擬分析結果得出混凝土內部可能產生的最大拉應力以驗證結構裂縫控制的安全度，據此制定施工測控溫方案。北盤江大橋錨碇大體積混凝土工程施工期歷夏秋冬三個季節，環境溫度變化顯著。根據實際情況制定科學合理詳盡的大體積混凝土施工溫控技術方案，按方案進行混凝土的施工與溫度監測、控制，避免混凝土內外過大溫差出現，確保工程質量。

2.2 仿真計算過程與結果

對各部位大體積混凝土進行仿真計算。得出大體積混凝土內部溫度場及應力場，根據計算結果制定各部分結構控制有害性溫度裂縫發生的溫控標準，并以此結合理論經驗公式計算結果制定了相應的溫控措施。采用通用有限元程序ANSYS進行分析。在大體積混凝土仿真分析中，溫度為基本作用荷載。在仿真過程中考慮了混凝土溫度、徐變、自重、自生體積變形和干縮變形與冷卻源的作用。

(1)混凝土材料參數及數值模型

以下溫度計算中用到的水泥水化熱，混凝土強度、彈性模量及氣溫條件等除由項目部提供外，其余參數參考有關工程資料并根據經驗選取。

①彈性模量

C30混凝土不同齡期彈性模量E按(1)式計算

②熱力學參數

混凝土熱力學參數如表1。式中:θ0為最終絕熱溫升;t為齡期;n為參數。

表1 混凝土熱力學參數

④泊松比

混凝土的泊松比系數取為0.160。

⑤徐變度

(2)計算結果及分析

考慮到結構對稱性，選取左側錨碇等結構部位進行分析，網格與節點劃分情況是錨體13 671節點、10 400單元，澆筑分層厚度按設計厚度進行分析，計算中混凝土的溫度為第三類邊界條件，按7 d施工一層混凝土的速度仿真計算，混凝土澆筑溫度按季節選取，環境溫度也按此取。混凝土保溫按采用一層塑料布與一層麻袋覆蓋。風速2m/S。

(3)溫度場結果分析(如表2)

③絕熱溫升

絕熱溫升數值模型取雙曲線函數，如式(2)所示

表2 混凝土仿真計算的各齡期最高溫度與最大應力特征值

由仿真計算結果可知結構各齡期的最大主應力均小于混凝土同齡期的抗拉強度，抗裂安全系數K值≥1.15的安全允許系數。為了結構安全起見，應該嚴格控制本工程錨碇與承臺混凝土的最高溫升在64.0℃，降溫速率不大于1.0℃/d。

2.3 溫控技術措施

(1)原材料優先用低堿、低水化熱的水泥，粉煤灰選用I級粉煤灰，粗集料使用時按貴州省地方標準《山砂混凝土技術規程》(DBJ22-016-95)執行;外加劑選用性能優良、對大體積混凝土溫控有利的緩凝型高效減水劑UNF—3A。

(2)降低混凝土的入模溫度(控制在25℃)，選擇溫度適宜的時候澆筑混凝土，氣溫較高時通過淋灑水或防曬降低骨料溫度。

(3)加強施工中的溫度控制，在混凝土澆筑后要注意保溫措施，使混凝土的內外溫差控制在25℃以內，溫度變化速率不宜過快，要做到均勻緩和。

(4)采用分層分塊的方式進行，增大混凝土的外部面積，以減少混凝土每次施工的蓄熱量，使水化熱不能積聚，以減少溫度的應力，根據上面計算將錨體分為13層26塊澆筑。

(5)為防止混凝土內部溫度高于64℃，保證混凝土結構安全，溫度降低速率控制在1.0℃/d，只有通過安設冷卻循環水系統來實現，冷卻管須采用導熱性能良好的Φ40 mm鋼管制作。每個平面循環冷卻水管布置2套系統，均為多管循環系統安裝在結構平面處。水管平面距離為0.9 m，距四面的模板為0.5 m。混凝土澆筑前，要二次運行循環水系統，以確保冷卻水系統密閉性，如發現漏水，應標識、停運、補焊，以確保各處嚴密不漏水。混凝土澆筑開始后，依次開啟系統的各個循環，采用調整水箱溫度與循環水流速保證上述溫差準確，并保證冷卻效率。

3 溫度監測

3.1 溫度監控點布置

將錨碇混凝土按后澆段的自然分塊劃分為左、右兩個大區。在每個澆筑層中的每個測試區每個截面布置一處測溫點，縱向劃分為3～5個斷面，每個斷面布置一個溫度監測點，從混凝土澆筑層的下表面溫度測試點開始依次編號為:1、2、3。2號傳感器為本澆筑層的中心點，3號傳感器為上表面溫度監測點，1號點為下表面點。每層面的3個測區的編號為:a、b、c，a測區為平面中部測區取在平面對角線的交點處，b取在長半軸中心處，c為角位置處的測區取距離長軸上距角點位置1 m處。

3.2 溫度監測測試

澆筑完畢的混凝土一般在10 h后開始測試，測溫一直持續到該混凝土溫度開始下降穩定時刻為止，約7 d左右。在澆筑期間及澆筑后4 d，宜不大于2 h測讀一次，4 d之后宜4 h測讀一次，如需持續到14 d，宜24 h測讀一次。測試時間7 d，可根據工程實際降溫情況調整。在混凝土的澆筑過程中每8 h測試一次混凝土的入模溫度，做好記錄工作。

3.3 測試結果分析與控制方法

取第5層測試，新澆混凝土的底部溫度，在48 h內平緩上升，于54 h達到峰值59℃后，趨于穩定，14 d溫度值=44℃。混凝土的中心溫度，在36 h內急劇上升，于54 h達到峰值68℃后，平緩下降，14 d溫度值=45℃;混凝土的表面溫度，在24 h內平緩過渡，在36 h內急劇上升，于54 h達到峰值49℃后，平緩下降，14 d溫度值=38℃;混凝土的內外溫差:1.0～21.0℃，在溫度峰值附近較小。

根據溫度測試結果分析混凝土內部溫度變化情況，可根據施工現場需要，通過圖像處理軟件，生成溫度場隨齡期變化全過程曲線，供工程人員參考。

4 總結

大體積溫控為一動態質量控制過程，應根據工程實際施工的信息結合當時情況，隨時調整施工方案以適應質量控制的需要。本設計方案所采取的冷卻水系統的布置與冷卻循環制度均為根據分析計算所得到，在施工過程中可根據情況適當調整。經過本工程實施結果，錨碇均未發現溫度裂縫，實踐證明，本方案切實可行，具有施工指導意義，可供相關單位在施工大體積混凝土時作為參考。

［1］ 塊體基礎大體積混凝土施工技術規程(YBJ224-91)［S］.

［2］ 公路橋涵施工技術規范(JTJ041-2000)［S］.

［3］ 江陰長江公路大橋工程建設論文集［M］.人民交通出版社，2000.

［4］ 廈門海滄大橋建設叢書.第四冊.東航道懸索橋［M］.人民交通出版社，2002.