虎門二橋S3標承臺塔座溫控方案的設計

(1.重慶交通大學河海學院 重慶 400074；2.中國交通建設股份有限公司 廣東 廣州 510000)

一、工程概況

虎門二橋全線長12.891km,含大沙水道橋和坭洲水道橋兩座懸索橋。其中，大沙水道橋東塔采用門式索塔結構，索塔高度193.1m(包括塔座及鞍室)，索塔基礎采用52根D2.5m的鉆孔灌注樁，樁長105m。承臺采用圓端啞鈴型，平面總尺寸82.55×25m，厚度6m，塔座為棱形臺，底面尺寸19×22m，頂面尺寸15×18m，頂標高+6.0m，厚度2m。承臺鋼筋1298t，C40混凝土9273.7m3，封底墊層混凝土C20，厚度0.6m，共計1021m3。塔座鋼筋92.1t,C40混凝土1020.2m3。

圖1-1 承臺塔座結構

大沙水道橋東塔尺寸巨大，混凝土方量多，為典型的大體積混凝土。為防止溫度裂縫，需對大體積混凝土結構進行合理的溫控設計，控制大體積混凝土結構內部因溫度變化引起的拉應力不超過混凝土相應齡期的抗拉強度。大體積混凝土裂縫控制的途徑有兩個：一是通過優選原材料、優化配合比提高混凝土本身的抗裂性能；二是采取有效控溫措施，降低大體積混凝土施工、養護過程(主要是混凝土的降溫過程)中內部及其表面的拉應力(溫度應力)。

二、溫度應力仿真計算

(一)模型參數

大沙水道橋東塔承臺長82.55m、寬25m、高6m，高度方向分兩層澆筑，分層高度為2m+4m，每層混凝土分左右幅進行澆筑，中部設2m后澆段；塔座高2m，一次澆筑。

(二)環境條件及澆筑溫度

依據當地氣象資料和原材料溫度的經驗數據，按照表2-1提供的基準混凝土配合比，根據《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》(JTS 202-1-2010)對不同澆筑月份的混凝土出機口溫度進行估算?？紤]采取水泥進場溫度控制、粗骨料遮陽、拌合水冷卻等方式控制原材料溫度：水泥溫度控制低于60℃、粉煤灰、礦粉溫度控制低于35℃、拌合水控制低于10℃。在3月～5月施工，C40混凝土出機口溫度可以控制為22.3～27.6℃，仿真計算時澆筑溫度取為26℃。

(三)仿真計算結果

1.溫度計算結果

在以上設定條件下，承臺內部最高溫度計算值為66.1℃，塔座內部最高溫度計算值為62.0℃，符合《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》(JTS 202-1-2010)對混凝土內部最高溫度低于70℃的規定。溫峰出現時間約為澆筑后第2～3天,承臺塔座混凝土溫度場特點為內部溫度較高、散熱較慢，施工時應注意加強內部通冷卻水，注意表面保溫。

混凝土早期由于內表溫差引起表面拉應力，后期由于基礎溫差引起內部拉應力。構件混凝土早期(3d)應力發展較快，集中于構件表面，表現為拉應力；7d后有部分應力向構件內部轉移并逐漸發展至穩定水平。后期由于塔座的澆筑，在塔座范圍內產生一定的壓應力。

承臺各齡期最小抗裂安全系數為1.42，塔座各齡期最小抗裂安全系數為1.40，安全系數≥1.4，符合安全系數設計要求。開裂風險點在于：

1)承臺第一層后期，由于收縮和基礎約束產生的內部拉應力較大；

2)承臺第二層和塔座早期，因為內表溫差產生的表面拉應力較大；

3)計算澆筑間隔期承臺為10d，塔座為15d，應注意避免澆筑間隔期過長，引起基礎約束過大。

為減少承臺、塔座開裂風險，應該注意混凝土早期的保溫以及后期養護的保濕保溫。

三、現場溫度控制措施

(一)混凝土內部最高溫度控制

1.澆筑溫度控制

控制混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多。本橋施工對大體積混凝土澆筑溫度的要求為不低于5℃且不高于26℃。

2.冷卻水管的使用與控制

冷卻水管采用Φ40×2.5mm、具有一定強度、導熱性能好的鐵皮管制作，彎管部分采用冷彎工藝或通過卡壓彎頭緊密連接，直管連接可采用卡壓彎頭或一定厚度的膠皮套管和鐵絲綁扎密封。

承臺段共布設四層水管，水管水平間距為80cm，垂直管間距為100cm，距混凝土表面/側面大于100cm；每套管長不超過150m。塔座共布設兩層冷卻水管，水管水平間距為80cm，垂直管間距為60～70cm，距混凝土側面大于100cm。

四、結論與建議

在虎門二橋S3標承臺塔座大體積混凝土施工中，結合承臺結構特點和當地環境溫度，以仿真計算結果為基礎，制訂了嚴格的溫控標準和施工方案，主要包含混凝土材料的選取，混凝土澆筑溫度的控制，冷卻水管的布置及混凝土養護等措施，防止承臺塔座出現有害裂縫，較高質量的完成了大體積混凝土的澆筑，達到了預期效果。

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[2]賀茂生,任回興,聶青龍,等.蘇通大橋南塔墩承臺超大體積混凝土施工溫控關鍵技術[J].公路,2006(5):90-95.

[3]樊勝軍,史澤運,劉振江.某振動臺動力基礎大體積混凝土施工溫度控制技術[A].施工技術,2011:64-70.

[4]JTS 202-1-2010，《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》[S].

[5]GB 50496-2009，《大體積混凝土施工規范》[S].

[6]SDJ336-89，《混凝土大壩安全監測技術規范》[S].