貴州鴨池河特大橋拱座大體積混凝土施工技術

孫慧卿

摘要：大體積混凝土的溫度應力受到多方面因素的共同影響，包括其具體的結構形式、施工技術、施工流程、材料特性等。大體積混凝土結構溫度控制和防止裂縫的措施是施工中的重要課題。文章結合成貴鐵路貴州鴨池河特大橋施工實例，介紹了拱座大體積混凝土施工步驟、工藝流程及注意事項。

關鍵詞：橋梁建設；橋梁拱座；大體積混凝土施工技術；溫度控制；裂紋控制 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）12-0098-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.046

1 貴州鴨池河特大橋工程概況

成貴鐵路貴州鴨池河特大橋起終點里程為：DK472+050.600～DK473+021.600，橋梁全長971m，跨徑布置為：8×32.7m簡支箱梁+（32.7+2×61.75）m T構梁+（1×436）m中承式鋼-混結合拱橋+（2×61.75+32.7）m T構梁+2×24.7m簡支箱梁。主橋為（1×436）m中承式鋼-混結合拱橋，拱肋采用鋼-混結合拱方案。拱座編號為10#（成都側(cè)）、11#（貴陽側(cè)），主橋拱座為整體嵌巖基礎，拱座基礎尺寸分別為60.0m×28.5m×高30.2m（成都側(cè)）、50.0m×28.5m×高26.2m（貴陽側(cè)），拱座混凝土單個體積達2.31萬m3。

2 施工工藝流程

10#拱座混凝土分14次進行澆筑，11#拱座混凝土分13次進行澆筑，施工最大分塊厚度分別為7.5m、3.5m，拱座澆筑分節(jié)見圖1、圖2，根據(jù)施工工序劃分如圖3工序步驟。

3 大體積混凝土質(zhì)量標準及施工溫控措施

大體積混凝土的溫度應力受到多方面因素的共同影響，包括其具體的結構形式、施工技術、施工流程、材料特性等。基于上述情況，大體積混凝土的質(zhì)量標準及施工溫控措施應從以下方面進行控制：

3.1 混凝土質(zhì)量要求及配合比設計

3.1.1 混凝土質(zhì)量要求。

強度：設計為C35級

坍落度：18～22cm

初凝時間：10h以上

分層混凝土間隔澆注時間：<7h

3.1.2 混凝土配合比設計。為保證大體積混凝土的整體質(zhì)量符合設計要求，在施工過程中應從實際情況出發(fā)，選擇較水熱化品種的混凝土，如果施工過程中采用普通硅酸鹽混凝土，則需要進行完整的水熱化試驗之后才可投入實際使用。緩凝型外加劑以及粉煤灰的應用可有效降低水熱化水平并降低混凝土的用量：（1）用低堿水泥，降低混凝土在凝結過程中產(chǎn)生的水化熱；（2）選用性能良好的骨料，提高混凝土自身抗裂強度；（3）用摻高效緩凝減水劑及粉煤灰的“雙摻技術”；（4）拌和用水采用符合現(xiàn)行國家標準的用水；（5）混凝土在混凝土工廠拌制，再由混凝土輸送泵傳輸?shù)绞┕がF(xiàn)場以備使用；（6）混凝土攪拌制作之前，需要對骨料中的含水率進行細致的測定，嚴格按照相關部門提供的配比方案確定配合比，保證混凝土能夠符合實際使用要求和安全施工規(guī)范；（7）配置混凝土拌和物時，所使用的稱料衡器應經(jīng)過檢驗校正；（8）采取措施控制混凝土拌制溫度。氣溫條件是我們拌制混凝土過程中必須重點關注的問題。

3.2 混凝土攪拌

混凝土攪拌工藝要求：

3.2.1 投料順序。在對混凝土用量和骨料用量進行統(tǒng)計之后，應進行細骨料、混凝土和摻和料的投放，按照操作規(guī)章對其攪拌并形成初步的砂漿，然后逐步投入粗骨料，經(jīng)過充分攪拌后繼續(xù)加入外加劑，并進行進一步的攪拌，通常情況下每一階段的攪拌時間應不小于30s，總攪拌時間應在2min以上。應該重點強調(diào)的是，總攪拌時間如超過3min也同樣會對混凝土的整體形成產(chǎn)生負面影響。

3.2.2 攪拌過程中，必須嚴格按照混凝土材料配比清單進行配比，并通過掛牌公布的方式為檢驗工作的開展提供必要的支持和方便。

3.2.3 料含水率測試。在進行混凝土的攪拌工作之前，必須對所使用骨料的含水量進行嚴格測定，并從施工場地的實際氣候條件出發(fā)進行及時的調(diào)整。

3.2.4 塌落度測試。在具體的混凝土攪拌過程中，必須對其塌落度進行測試，這是保證混凝土整體性能符合使用要求的必然選擇，其測定值和配比規(guī)定的偏差值應控制在20mm之間。

3.2.5 季節(jié)施工。

夏季施工：夏季施工由于氣溫普遍較高，因此通常情況下澆筑溫度不得超過30℃，并采用遮陽棚等手段對骨料保存工作加以完善，有效降低拌合物溫度并保證其澆筑溫度符合規(guī)定。

冬季施工：熱工計算是我們在冬季進行混凝土攪拌工作之前所必須預先進行的一項工作，同時攪拌用水和骨料都需要經(jīng)過預熱后才能夠投入使用。拌合物的預熱可通過添加熱水的方式來進行，但是在實際的施工過程中所添加的熱水溫度不宜超過80℃。如此方法無法使骨料等達到規(guī)定要求，也可適度進行加溫處理，但是摻和料、水泥以及外加劑只能通過暖棚自行保溫，而不可采用此方法進行處理。

3.3 混凝土運輸

混凝土輸送車是保證混凝土運輸過程中整體性能保持穩(wěn)定的必然要求，同樣也是當前技術水平下保證澆筑工作持續(xù)性的有效途徑。拌合物運輸要求包括保證坍落度符合要求、不產(chǎn)生明顯離析現(xiàn)象、含氣量在澆筑之前始終符合相關設計標準。

3.4 混凝土澆筑

單個拱座混凝土澆筑時布置1臺天泵或2臺地泵，底層澆筑時增加若干溜槽，每個下料點均安排4臺D50型振動棒進行砼振搗，每臺振動棒配2人。根據(jù)本工程混凝土拌和站生產(chǎn)能力、混凝土初凝時間、單次混凝土澆筑方量等因素，10#拱座第2層～14層，11#拱座第3層～13層混凝土澆筑方式采用推移式連續(xù)澆筑施工。每層開始澆筑時在3～5m長度區(qū)段內(nèi)混凝土分層澆筑至高度1.75m，澆筑混凝土分層厚度為30～50cm，按照30～50cm向遠端斜向推進澆筑，斜向推進厚度不大于50cm，斜向推進過程中要確保混凝土振搗密實，推移式連續(xù)澆筑施工方式如圖4所示：

3.5 冷卻水管的布置

3.5.1 冷卻循環(huán)水水量計算。由砼的收縮應力計算公式得知，要降低收縮應力，主要是要降低養(yǎng)護期間的溫差ΔT，如能降低入模溫度和絕熱溫升即能有效地降低ΔT的計算值。降低入模溫度的措施為：采用冰水拌合和對粗骨料遮蓋，使少吸收太陽熱能。而要降低絕熱溫升，只能用冷卻水帶走砼的水化熱。

已知水的比熱為：Cw=4.2×103（J/kg·k）

砼的比熱為：Cc=0.92×103（J/kg·k）

從上面的計算，如果將ΔT降低10℃則很安全。收縮應力不會大于砼的抗拉強度。

設一次澆筑方量為：V1=1080m3，間隔7天后澆筑第二層，第二層方量亦為V2=4758m3，需將1080m?的砼絕熱溫升降低10℃。

需要的水量為：1080×2400×10×0.92=V×1000×4.20×10

V=1080×2400×10×0.92/1000×4.2×10=568m3水，即需要568.0m?水。

當冷卻水管進出水溫差為10℃時，需冷卻水為568m3，而第二次澆筑后V=1080+4758=5838.0m3，則需要冷卻水量為2501m3/24h。

設高位水池在大氣壓力作用下，管嘴恒定出流靜水壓力高度為1.5m，流量Q。

3.5.2 冷卻水管布置。冷卻水供水由高位水池供水，高位水池高程約1008m與拱座底面高程966.5m高差為：41.5m，高位水池的補給水從鴨池河用兩臺口徑為150的水泵抽水補給。冷卻水供水主管為DN50×3.5，各層冷卻水管選用DN32×3鍍鋅管。各層冷卻水管安裝以后，應作水壓試壓，以確保冷卻水管不滲漏。拱座基礎冷卻水管共20層，各層之間的高度均小于1.5m。應保證混凝土表面和冷卻管之間有40～60cm的距離。冷卻水管網(wǎng)的排列應嚴格按照冷卻水從熱區(qū)流向邊緣區(qū)的原則，并保證出水口在邊緣區(qū)的頂端，進水管在混凝土底層中心位置。每層水管網(wǎng)的進、出水口相互錯開。冷卻水管采用壁厚1.2mm、直徑Φ50mm的薄壁鋼管。冷卻水管垂直間距和水平間距均為1.5m。

3.6 冷卻水管的布置要求

為保證大體積混凝土不出現(xiàn)裂縫，必須控制混凝土的內(nèi)外溫差，即對外部混凝土加地膜覆蓋，對內(nèi)部混凝土埋設冷卻水管，通過循環(huán)水散熱，降低內(nèi)部混凝土溫度。冷卻水通水養(yǎng)護時間應符合設計及相關規(guī)范要求，并根據(jù)現(xiàn)場測量結果進行適當調(diào)整。

3.6.1 為保證混凝土凝固過程中內(nèi)部的水熱化水平始終處于可控狀態(tài)，因此應采用冷卻水管道來為拱座混凝土進行降溫處理。

3.6.2 冷卻水管網(wǎng)的排列應嚴格按照冷卻水從熱區(qū)流向邊緣區(qū)的原則，并保證出水口在邊緣區(qū)的頂端，進水管在混凝土底層中心位置，每層水管網(wǎng)的進、出水口相互錯開。

3.6.3 冷卻水管采用壁厚1.2mm、內(nèi)徑Φ50mm的薄壁鋼管。冷卻水管垂直間距和水平間距均為1.5m，進水口設有調(diào)節(jié)流量的水閥，冷卻水管接頭采用標準的成品接頭。

3.6.4 冷卻水管的布網(wǎng)過程中必須保證拱座主筋和水管之間有一定的距離，如果在局部布網(wǎng)施工過程中難以保證，可從實際情況出發(fā)適當?shù)卣{(diào)整水管的位置，以保證兩者之間的相對位置。

3.6.5 為了保證水管變形等因素導致的漏水現(xiàn)象，水管布網(wǎng)的過程中必須和周圍的鋼筋骨架進行牢固的綁扎。

3.6.6 完成布網(wǎng)施工操作之后，應進行通水測試，保證水管能夠順暢的輸水。

3.6.7 將水管網(wǎng)分區(qū)分層編號，將進、出水管進行編號并登記。

3.7 測溫管的埋設

溫度測量裝置在拱座混凝土中的設置，可為混凝土內(nèi)部溫度的監(jiān)控和后續(xù)的養(yǎng)護工作的開展提供必要的數(shù)據(jù)支持。

測溫管法。選擇混凝土內(nèi)具有典型代表意義的位置進行測溫管的布設，布設過程中應保證測溫點和周圍邊緣等距，同時測點距離底板四周邊緣要大于1m。澆筑層頂面應低于測溫管管口20cm。

在測溫管的布設過程中尤其應該注意和冷卻管之間的距離，并進行嚴格的綁扎固定，其具體的布置圖如圖5所示：

3.8 混凝土養(yǎng)護及測溫監(jiān)控

3.8.1 混凝土養(yǎng)護。完成主體構件建筑并進行抹面收漿處理之后，則進入養(yǎng)護階段。通常情況下當前施工中采用保溫蓄熱法：最終凝固之后，應按照養(yǎng)護施工要求，在表面覆蓋兩層麻袋，并相互錯開，保證搭接，從而避免空氣影響混凝土外表的硬化時間，形成完整的保溫層，保證其表面水分適中。

3.8.2 通水冷卻。（1）當埋設好冷卻管并進行搗固操作之后，混凝土初步凝固就要進行降溫處理，開始通水冷卻；（2）通常情況下，應按照進出口水溫保持在6℃以內(nèi)的標準來控制冷水的流量，一般在國內(nèi)施工環(huán)境下流量應控制在1.2～1.5m3/h；（3）為了最大限度地規(guī)避由于內(nèi)外溫度差異而導致的混凝土整體質(zhì)量下降問題，冷卻管進水部分的溫度應進行及時的調(diào)整，如果施工環(huán)境特殊的話，可每天更換進出水口。更換進出水口的過程中不可同時停水更換，以避免混凝土內(nèi)部溫度快速增加。

3.8.3 測溫監(jiān)控。

第一，對內(nèi)部溫度進行及時的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。（1）測溫時間：當混凝土澆筑面超過測溫點之后，馬上開始對溫度的測量，于內(nèi)外溫差低于20℃之后停止測量；（2）測溫頻率：上升階段應保證1次/2h的測量頻率，當溫度進入下降階段之后，測量頻率以1次/4h為宜。測量過程中應對大氣溫度給予同步測量；（3）根據(jù)所掌握溫度的統(tǒng)計和計算來確定最終的養(yǎng)護措施。通常情況下可通過對冷卻水溫度和流量的調(diào)整來對混凝土內(nèi)部溫度進行調(diào)整。表層溫度的控制則通過覆蓋物的調(diào)整來實現(xiàn)；（4）對混凝土上升階段的溫度情況進行及時的測量，并對其達到峰值所使用的時間進行準確的記錄。對冷卻水管的進出口溫度進行定期測量并記錄，以此為基礎完成混凝土內(nèi)部溫度變化曲線，判斷冷卻水用量、蓄熱養(yǎng)護時間等關鍵養(yǎng)護數(shù)據(jù)。

第二，水流監(jiān)控。（1）正如上文中所介紹的，冷卻水流量對于混凝土內(nèi)部溫度有著直接而客觀的影響，所以我們對其流速、流量的控制以及進出口水溫監(jiān)控都是我們?nèi)粘ｐB(yǎng)護工作的重點；（2）水流量監(jiān)控頻率應和混凝土溫度監(jiān)控頻率保持一致。

4 結語

大體積混凝土的溫度應力受到多方面因素的共同影響，包括其具體的結構形式、施工技術、施工流程、材料特性等。作為當前階段應用較為廣泛的一種大體積混凝土施工中的溫控措施，“內(nèi)降外保”可取得較好的效果。冷卻水降溫是高溫度季節(jié)養(yǎng)護混凝土的有效手段，而在低溫度季節(jié)的施工，尤其是寒潮時期的混凝土養(yǎng)護工作，則應通過表面覆蓋保溫設備的方式降低其溫度喪失速度。通過“內(nèi)降外保”措施防止因內(nèi)外溫差過大所產(chǎn)生的溫度應力使混凝土開裂。大體積混凝土結構溫度控制和防止裂縫的措施是施工中的重要課題，本文結合成貴鐵路貴州鴨池河特大橋施工實例，詳細介紹了拱座大體積混凝土施工步驟、工藝流程及注意事項，為其他類似工程施工提供借鑒，具有重要的實際意義。

參考文獻

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（責任編輯：小 燕）