斜拉橋承臺(tái)混凝土溫控研究

(1,3.湖北省路橋集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430056；2.武漢錦潤佳源環(huán)境工程有限公司 湖北 武漢 430040)

一、工程概況

(一)結(jié)構(gòu)簡介。某斜拉橋主橋采用主跨260m雙塔P.C.梁斜拉橋方案，跨度組合為(145+260+85)m，長490m。主塔基礎(chǔ)平面為兩個(gè)獨(dú)立的圓端形承臺(tái)，承臺(tái)頂高程83.5m，厚度為5.0m；承臺(tái)平面尺寸布置為23.25m(順橋向)×17m(橫橋向)，圓端半徑為8.5m；每個(gè)承臺(tái)對(duì)應(yīng)10根φ2.5m大直徑鉆孔灌注樁，樁長45m，按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，樁尖嵌入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(層號(hào)③)內(nèi)。塔座均為棱型臺(tái)，厚度為2.0m；塔座底面尺寸為13.0m(橫橋向)×19.25m(順橋向)，頂面尺寸為9.0m(橫橋向)×15.25m(順橋向)。

(二)施工方案簡介。主塔承臺(tái)采用C35強(qiáng)度等級(jí)混凝土，5m高。施工時(shí)承臺(tái)混凝土分兩次澆筑，每次澆筑高度2.5m；通過優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，使用粉煤灰作為外摻料，降低水泥用量，減少水化熱量的產(chǎn)生；在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管，利用循環(huán)水控制內(nèi)外溫差。施工過程中將使用電子測溫元件及時(shí)跟蹤內(nèi)部、外表面溫度變化情況，并根據(jù)內(nèi)、外測溫的數(shù)據(jù)記錄，分析判斷內(nèi)外溫差的變化趨勢，及時(shí)調(diào)整循環(huán)水流量或?qū)炷镣獗砻娌扇「采w措施。

二、溫度控制方案

(一)基本計(jì)算資料

1.溫度參數(shù)[1]。根據(jù)主塔承臺(tái)施工進(jìn)度計(jì)劃，上游側(cè)混凝土的澆筑時(shí)間在2014年12月～2015年1月，下游側(cè)混凝土的澆筑時(shí)間在2015年1月～2月。由相應(yīng)月份的歷史氣溫資料，取環(huán)境溫度及入模溫度。

2.冷卻水管布置。冷卻管采用Φ40鋼管，架立骨架利用架立鋼筋。冷卻管安裝時(shí)注意管道暢通、接頭可靠，并進(jìn)行通水檢驗(yàn)；冷卻管進(jìn)出水口位置可根據(jù)施工布置作適當(dāng)調(diào)整，冷卻管與結(jié)構(gòu)鋼筋相碰時(shí)，冷卻管位置可適當(dāng)調(diào)整。

3.混凝土熱力學(xué)參數(shù)[2]

1)混凝土配合比。計(jì)算時(shí)，彈性模量、強(qiáng)度、絕熱溫升以及混凝土配合比等參數(shù)都應(yīng)該由施工單位通過嚴(yán)格的試驗(yàn)確定。當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)則根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)取值。

2)水泥水化放熱模擬[3]。熱源函數(shù)按如下公式計(jì)算：F(t)=Qt*(1-e^(-mt))

式中：Qt—水泥水化熱絕熱溫升，m—導(dǎo)溫系數(shù)；

以上參數(shù)按midas程序根據(jù)入模溫度而提供的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值：

(1)承臺(tái)，單位水泥用量357kg/m3，在澆筑溫度15℃時(shí)，Qt為53.84℃，m為0.6705；

(2)塔座，單位水泥用量400kg/m3，在澆筑溫度15℃時(shí)，Qt為59℃，m為0.735。

3)混凝土物理、熱學(xué)性能參數(shù)[4]

混凝土物理、熱學(xué)性能參數(shù)選取見表1。

表1 混凝土物理、熱學(xué)性能參數(shù)

(二)溫度控制計(jì)算結(jié)果[5]。采用大型通用計(jì)算軟件MIDAS CIVIL建立實(shí)體模型進(jìn)行溫控分析。利用主塔承臺(tái)及塔座的對(duì)稱性，取結(jié)構(gòu)的1/4建立有限元模型。

1.計(jì)算結(jié)果。取通冷卻水情況下各層特征點(diǎn)——拉應(yīng)力最大點(diǎn)，繪制應(yīng)力和容許抗拉強(qiáng)度時(shí)程曲線。

(三)溫控措施

1.嚴(yán)格控制入模溫度[6]。主塔承臺(tái)及塔座施工計(jì)劃冬季進(jìn)行，此時(shí)天氣變化劇烈，混凝土澆筑應(yīng)避開寒潮期，保證入模溫度大于5℃。同時(shí)，環(huán)境溫度較低，為盡量減小大體積混凝土內(nèi)外溫差，降低混凝土保溫養(yǎng)護(hù)難度，應(yīng)盡量降低入模溫度。保證入模溫度可采取以下措施：

1)對(duì)砂、石等原材料采取防曬儲(chǔ)存措施，砂、石料存儲(chǔ)倉實(shí)行頂蓋+側(cè)面遮擋防曬措施；

2)拌和用水一般可采用低溫水，如澆筑時(shí)環(huán)境溫度過低，可采取溫水[7]；

2.采用管冷降溫措施?！皟?nèi)降外保”是大體積混凝土實(shí)施溫度控制的基本原則，其目的是降低混凝土內(nèi)部最高溫度，減小基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差，同時(shí)也可根據(jù)施工需要靈活的將混凝土溫度降低至指定的溫度[8]。

1)水泵流量大小的調(diào)節(jié)。擬采用在進(jìn)水口設(shè)置分水閥的方式控制水泵流量大小。

2)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的布置。根據(jù)現(xiàn)場條件的情況，循環(huán)水箱布置在適宜的位置，在選擇水泵和水管時(shí)應(yīng)滿足供水和承壓要求[9]。

三、溫度測點(diǎn)布置及監(jiān)測

(一)溫控測點(diǎn)布置。本工程測點(diǎn)布置原則[10]：

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的特點(diǎn)，選取1/4結(jié)構(gòu)作為主要測試區(qū)域；

2)根據(jù)溫度場的分布規(guī)律，對(duì)分層高度方向的溫度測點(diǎn)間距作了適當(dāng)調(diào)整；

3)充分考慮溫控指標(biāo)的測評(píng)。

最終測點(diǎn)布置將根據(jù)施工方案結(jié)合計(jì)算結(jié)果作適當(dāng)調(diào)整，另布置進(jìn)出水口溫度測點(diǎn)、環(huán)境溫度測點(diǎn)等。

四、結(jié)論

(1)對(duì)于大體積混凝土澆筑，不但可以分層，在必要的情況下也可以分塊澆筑。

(2)對(duì)于大體積混凝土溫控， 混凝土的配合比及其材料性質(zhì)對(duì)于溫控具有決定性意義；同時(shí)隨著外加劑的不斷發(fā)展，規(guī)范中對(duì)于混凝土中粉煤灰摻量的規(guī)定比例已經(jīng)不能滿足施工要求，在實(shí)際施工中為了有效降低水泥水化熱的影響，在保證混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，粉煤灰摻量可適當(dāng)超出規(guī)范要求。

(3)混凝土澆筑完成后的保溫是保證混凝土不開裂的關(guān)鍵因素，在施工中應(yīng)放在重中之重；尤其是在混凝土澆筑完成后的 2～3d，此時(shí)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最大值。