大體積承臺低溫施工溫控工藝

摘要：文章以烏蘭木倫河三號橋P2主拱座混凝土工程為例，介紹了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃氣溫下的澆筑措施及最低-17 ℃氣溫下的養(yǎng)護措施，并從溫控角度出發(fā)，通過理論計算與實際施工措施，實現(xiàn)混凝土的低溫澆筑及“內(nèi)降外?！别B(yǎng)護，為低溫情況下的大體積混凝土施工提供可靠的工程借鑒。

關鍵詞：大體積混凝土;低溫;澆筑措施;養(yǎng)護措施;溫控工藝

0 引言

橋梁工程中常通過承臺將樁基進行連接，形成樁基礎。承臺體積較大，屬于大體積混凝土工程[1]?；炷劣不^程中產(chǎn)生大量的水化熱，不同部位的混凝土水化熱程度及收縮程度有所不同。對于大體積混凝土而言，溫度應力和收縮應力的存在往往導致裂縫的出現(xiàn)[2-3]。因此對于大體積混凝土而言，需嚴格控制養(yǎng)護過程中的混凝土內(nèi)部溫度。

在施工領域中大體積混凝土的澆筑及養(yǎng)護已是相對較為成熟的技術，但在低溫下的大體積混凝土工程鮮有進行。原因在于混凝土的強度生長極限為5 ℃，0 ℃以下時，混凝土內(nèi)水分開始結冰，混凝土體積膨脹并產(chǎn)生較大側(cè)壓力，致使混凝土受到早期破壞而降低強度[4-5]。

由于施工進度、工序要求等，必要時期需進行低溫下的混凝土工程。本文以烏蘭木倫河三號橋P2主拱座混凝土工程為例，從溫控工藝角度出發(fā)，介紹了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃氣溫下的澆筑措施及最低-17 ℃氣溫下的養(yǎng)護措施，為低溫情況下的大體積混凝土施工提供可靠的工程借鑒。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內(nèi)首座雙飛翼景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+64+5）m，屬于中承式復式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65 m。橋梁上部主拱結構為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾斜17 °，副拱結構為內(nèi)傾式鋼箱拱，向道路中心線內(nèi)傾45 °，主拱、副拱和鋼箱梁內(nèi)部共設計8套除濕系統(tǒng)。本橋設置23對吊桿，其中主拱與鋼箱梁間設置17對吊桿，主拱與副拱設置6對吊桿，橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結構。

該橋P2承臺樁基為32根2.2 m、長56 m的旋挖鉆孔樁。承臺混凝土為C40，C40施工配合比為水泥∶粉煤灰∶碎石∶砂∶∶減水劑=341∶139∶1 103∶697∶152∶9.6。承臺體積為50 m×23.6 m×5.5 m。根據(jù)預應力布設及預埋段特點，將承臺混凝土分兩次進行澆筑，首次澆筑高度為1 m，第二次澆筑高度為4.5 m。本次混凝土澆筑體積為50 m×23.6 m×4.5 m，共計5 310 m3。混凝土澆筑期間最低溫度為-5 ℃，養(yǎng)護期間最低溫度為-17 ℃，屬于冬季施工范圍。

2 天氣概況

按照施工進度，計劃在11月份進行承臺第二次混凝土澆筑，首先需要提前了解當?shù)氐奶鞖?。如圖1所示，收集近8年鄂爾多斯市每一年11月份白晝、夜間的溫度數(shù)據(jù)情況進行分析得出：日間平均氣溫為4.5 ℃，夜間平均氣溫為-4.2 ℃，依照相關規(guī)范要求屬于冬季施工[6]。由此項目部第一時間積極調(diào)整，明確措施保證澆筑過程中混凝土的入模溫度及養(yǎng)護溫度等。在澆筑之前密切關注天氣情況，選擇溫度最高的兩天進行混凝土的澆筑。

3 澆筑及養(yǎng)護溫控措施

對P2承臺大體積混凝土拌和、運輸、澆筑、保溫、養(yǎng)護等方面進行設備、材料、人員布局，確保萬無一失。通過一系列措施，控制入模溫度，內(nèi)降外保，控制內(nèi)外溫差。

3.1 拌和用水加熱

優(yōu)先采用對拌和用水加熱的方式控制商品混凝土的出機溫度。P2承臺計劃第二次澆筑混凝土5 400 m3左右，同時使用三個拌和站供料，計劃澆筑時間48 h。因此每個拌和站平均出料1 800 m3，一個拌和站出料37.5 m3/h，一立方用水0.152 t，拌和用水為5.7 t/h，拌和用水加熱到60 ℃。

蒸汽用量可按下式計算：

W=cmt/（I×H）（1）

式中：W——所需蒸汽量（kg/h）;

c——水的比熱容[kJ/（kg·K）];

m——水的質(zhì)量;

t——水升高的溫度;

H——有效利用系數(shù);

I——[ZK（]一定壓力下蒸汽的含熱量，蒸汽鍋爐額定壓力0.8 MPa，含熱量為2 763 kJ/kg。

求得W=0.68 t/h，鍋爐發(fā)熱量為1 t/h，通過計算可知，鍋爐滿足要求。因此，采用蒸汽鍋爐+水池連續(xù)升溫，配立式蒸汽鍋爐+燃油燃氣蒸汽鍋爐，水溫控制在60 ℃左右?；炷恋臄嚢钑r間應比常溫時延長50%并符合有關規(guī)定[7]。

3.2 混凝土出機、運輸及入模溫度

混凝土攪拌、運輸、出機、入模溫度均需經(jīng)過計算，在滿足相關規(guī)范要求的情況下，即混凝土出機溫度>10 ℃，入模溫度>5 ℃，方可進行施工。相關計算公式主要參照《公路橋涵施工技術規(guī)范》[7]進行，計算時外界溫度按-10 ℃計算，骨料溫度按5 ℃計算，混凝土運輸至澆筑成型按1 h計算。具體公式如下。

混凝土運輸過程中，對罐車配置保溫套，減緩混凝土在運輸途中的散熱。由圖2可以看出在P2澆筑過程中，混凝土的出料溫度均>10 ℃，入模溫度均>12 ℃，滿足相關規(guī)范要求。

3.3 冷卻管等效路徑布置

針對50 m×23.6 m×4.5 m的大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護，設計了相應的多路閥循環(huán)冷卻系統(tǒng)設計技術及縱橫橋向等效路徑布置方法。圖3所示為冷卻管布置圖，在原有1 m混凝土的基礎上進行布置。自下而上，第一層及第三層冷卻管為六進六出，第二層及第四層冷卻管為七進七出，四層冷卻管距離第一層混凝土頂面的距離依次為75 cm、175 cm、275 cm、400 cm。

利用測溫儀檢測進水口、出水口及混凝土表面溫度。當出水口與承臺表面溫度差<15 ℃時，可直接將出水口冷卻水排放到承臺頂面進行混凝土養(yǎng)護。

通過圖4中Midas軟件模擬結果可以看出，本次設計的混凝土冷卻系統(tǒng)可有效降低混凝土水化熱，混凝土養(yǎng)護過程中最高溫度為55.4 ℃，滿足規(guī)范要求（最高溫度不高于75 ℃）。

本次設計的混凝土冷卻系統(tǒng)已經(jīng)應用于P1混凝土澆筑中，澆筑體積同樣為50 m×23.6 m×4.5 m。下頁圖5所示為養(yǎng)護過程中不同部位P1混凝土的溫度監(jiān)控情況，可以看出該措施可保證養(yǎng)護期間混凝土里表溫差值基本<25 ℃，最高溫度<75 ℃，滿足相關規(guī)范要求，可應用于P2承臺大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護中。

3.4 混凝土蒸汽養(yǎng)護

利用支護樁和承臺頂面鋼管做骨架，用彩條布+棉被搭設1 m高暖棚，采用蒸汽機蓄熱對大體積混凝土進行升溫養(yǎng)護，動態(tài)調(diào)節(jié)溫度蓄熱，保證混凝土表外溫差≤20 ℃（見下頁圖6）。蒸汽管道間隔5 m設置，每隔30 cm處開孔，進行噴汽養(yǎng)護，管道距離混凝土結構30 cm。

4 溫度監(jiān)控

通過布置測溫點的方式監(jiān)測混凝土內(nèi)部及表面溫度，布置方式見圖7。在承臺混凝土對角線的1/2范圍內(nèi)均勻布置4組測溫電纜，每組測溫電纜在距混凝土上表面垂直距離分別為0.5 m、1.5 m、3.0 m、4.0 m處布置相應溫度傳感器，用于測量混凝土內(nèi)部溫度;承臺表面布置三組測溫電纜，每組布置一個溫度傳感器，用于測量混凝土表面溫度。

P2承臺與P1承臺均采用上文所述冷卻管布置方法。根據(jù)P1大體積混凝土溫度監(jiān)控的數(shù)據(jù)分析可知，P2混凝土溫度理論上滿足要求。從圖8中可以看出，P2混凝土養(yǎng)護期間里表溫差值<25 ℃，最高溫度<75 ℃。與P1混凝土不同的是，受蒸汽養(yǎng)護的影響，除距表面0.5 m處混凝土溫度較低外，距表面1.5 m、3.0 m、4.0 m處混凝土的溫度相差不大。

5 抗壓強度

在混凝土澆筑過程中按規(guī)定制作20組混凝土立方體試塊，每組2塊，進行標養(yǎng)。同時，增加3組試塊與結構進行同條件養(yǎng)護，并在解凍后試壓。其中，標養(yǎng)條件下的試塊抗壓強度平均值為47.2 MPa，同養(yǎng)條件下的試塊抗壓強度平均值為46.8 MPa，均達到C40混凝土抗壓強度要求。

6 結語

本文以烏蘭木倫河三號橋P2主拱座混凝土工程為例，介紹了大體積混凝土低溫施工的溫控工藝。

（1）通過一系列措施，使得-5 ℃溫度下的混凝土出機、運輸及入模溫度在理論計算及實際測量中均滿足相關規(guī)范要求。

（2）設計的冷卻管縱橫橋向等效路徑布置方法，可滿足常溫天氣及低溫情況下大體積混凝土養(yǎng)護過程中溫度的相關規(guī)范要求。

（3）采用暖棚及蒸汽養(yǎng)護可有效控制混凝土表外溫差，降低外界溫度對混凝土的影響。

（4）標準條件養(yǎng)護及同條件養(yǎng)護下的混凝土立方體抗壓強度均達到C40混凝土的要求。

[1]潘廣明.大體積混凝土承臺施工及其裂縫控制分析[J].西部交通科技，2019（4）：91-94，117.

[2]付曉鵬，劉 蕾，嚴汝輝.青山長江大橋副航道橋大體積深水承臺施工技術分析[J].西部交通科技，2019（8）：107-110.

[3]王水轉(zhuǎn).大體積混凝土澆筑施工產(chǎn)生裂縫預防措施研究[J].建材與裝飾，2020（3）：39-40.

[4]金書成，徐文遠，黃云涌.冬季承臺大體積混凝土分層澆筑溫控措施研究[J].鐵道建筑，2019，59（11）：55-58.

[5]楊躍平.建筑工程混凝土冬季施工工藝及質(zhì)量控制措施研究[J].工程技術研究，2019，4（9）：98-99.

[6]JGJ/T104-2011，建筑工程冬期施工規(guī)程[S].

[7]G/TF50-2011，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

作者簡介：鄧李堅（1980—），高級工程師，主要從事公路橋梁施工技術管理工作。