懸索橋錨碇底板大體積混凝土溫控施工技術(shù)研究

劉永峰

（中交二航局華南分公司，廣東 廣州 510000）

一、工程概況

某懸索橋東錨碇底板為圓柱狀結(jié)構(gòu)，底板直徑75m，厚6m。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，施工中應(yīng)考慮大體積混凝土相應(yīng)的工藝技術(shù)措施，需對大體積混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)測，控制混凝土的內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)，防止混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫。

二、溫度控制方法

（一）大體積混凝土施工溫控制的必要性

整體澆筑的大體積混凝土結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)期間，因降溫而產(chǎn)生的溫度收縮變形及因水泥水化作用而產(chǎn)生的水化收縮變形，將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部及其表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)開裂。因此，在大體積混凝土施工過程中，為避免產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，防止溫度裂縫的產(chǎn)生，必須進(jìn)行溫度控制。

（二）大體積混凝土溫度控制的本質(zhì)

就開裂的力學(xué)機(jī)理和大體積混凝土施工溫度控制的目的而言，大體積混凝土施工溫度控制的本質(zhì)是：控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度拉應(yīng)力不超過混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度。

（三）溫度控制思路

從溫度控制的本質(zhì)可以看出，大體積混凝土施工的溫度控制途徑有兩個：一是提高混凝土本身的抗裂性能；二是采取有效措施，降低大體積混凝土施工、養(yǎng)護(hù)過程中內(nèi)部及其表面的拉應(yīng)力。

（四）溫度控制目標(biāo)

溫度控制的主要目標(biāo)是使大體積混凝土內(nèi)部的溫度場變化按照預(yù)想的目標(biāo)發(fā)展，具體可分為：

1.降低最高溫度和最高溫升；

2.降低內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)溫度分布盡量均勻，并控制其溫度梯度在允許范圍內(nèi)；

3.控制基礎(chǔ)溫差，以防止混凝土可能出現(xiàn)的貫穿性裂縫；

4.控制上下層溫差，以防止可能出現(xiàn)的層間裂縫；

5.控制混凝土降溫速率，以防出現(xiàn)冷擊。

三、溫度應(yīng)力仿真計(jì)算

（一）設(shè)計(jì)資料

頂、底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30，填芯混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C20，物理熱學(xué)參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值見表1。

（二）溫度應(yīng)力有限元仿真計(jì)算

1.模型參數(shù)

底板厚度為6m，分兩次澆筑，層厚為3m。填芯厚度15m，分7 次澆筑，澆筑厚度2-2.2m。頂板厚度為6m，分兩次澆筑，層厚為3m。砼澆筑溫度按28℃計(jì)算。根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性，取混凝土1/4 進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算。

底板混凝土受地連墻及基巖約束，填芯混凝土受底板及內(nèi)襯約束，頂板混凝土受填芯混凝土及內(nèi)襯約束，彈模取值參見表1。

表1 C30 混凝土物理熱學(xué)參數(shù)

參考?xì)夂蛸Y料，風(fēng)速按≥2.0m/s 考慮。

采用鋼模施工，其側(cè)面等效表面放熱系數(shù)為1200kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散熱系數(shù)為1400kJ/(m2·d·℃)。

2.計(jì)算結(jié)果

在以上設(shè)定條件下，底板內(nèi)部最高溫度為66.9℃，填芯混凝土內(nèi)部最高溫度為56.9℃，頂板內(nèi)部最高溫度為64.9℃，溫峰出現(xiàn)時(shí)間約為澆筑后第2～3 天。內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖及溫度應(yīng)力場分布圖見圖2。

根據(jù)溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，對不同齡期的混凝土采取不同的溫控要求：

（1）3d 前早齡期溫控防裂重點(diǎn)為內(nèi)部降溫并保持混凝土表面保濕養(yǎng)護(hù)效果。

（2）混凝土降溫期溫控防裂重點(diǎn)為控制混凝土降溫速率。

四、現(xiàn)場溫控措施實(shí)施情況[4]

（一）配合比優(yōu)化

混凝土物理、熱學(xué)性能是影響大體積混凝土溫控效果最基本、最重要的因素。大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)以抗裂為核心，并滿足水化熱低、可泵性好、體積穩(wěn)定性好及耐久性優(yōu)良等要求。

（二）澆筑溫度的控制

降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同配比的混凝土，澆筑溫度高的溫峰值比澆筑溫度低的高許多。

（三）混凝土澆筑

錨碇底板混凝土于2015 年10 月21 日開始澆筑，錨碇底板分2 層澆筑，第1 層澆筑厚度3m，方量為14700m3，第2 層澆筑厚度3m，方量為13200m3。

（四）冷卻水管管理

1.冷卻水管布設(shè)

根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，錨碇底板混凝土共布設(shè)4 層冷卻水管，其中第一層布設(shè)2 層冷卻水管，第二層布設(shè)2 層冷卻水管。冷卻水管Φ32×2.5mm，水管水平間距為1m，每根冷卻水管最大長度150m，冷卻水管進(jìn)出水口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。

2.冷卻水管使用及其控制

（1）冷卻水管使用前按照項(xiàng)目組要求均進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通水時(shí)間在1h 左右。

（2）冷卻水全部采用深層江水，并設(shè)置進(jìn)水蓄水水箱，采用直通水調(diào)節(jié)冷卻進(jìn)水溫度。

（3）每層冷卻水管設(shè)置四個分水器，并對每套水管編號，便于根據(jù)不同部位溫度不同可單獨(dú)調(diào)節(jié)該水管的流量。

（五）混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個方面，結(jié)構(gòu)表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)。

五、溫控效果評價(jià)

東錨碇底板大體積混凝土溫控監(jiān)測歷時(shí)一個多月，溫控措施實(shí)施情況良好。從監(jiān)測結(jié)果來看，溫度監(jiān)測結(jié)果與計(jì)算較為吻合，峰值溫度和內(nèi)表溫差均在溫控標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。從現(xiàn)場情況來看，未出現(xiàn)有害溫度裂縫，達(dá)到了預(yù)期的溫控目標(biāo)。

錨碇底板溫控經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

（一）根據(jù)錨碇底板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在錨碇大體積混凝土仿真應(yīng)力計(jì)算基礎(chǔ)上制定了相應(yīng)的溫控標(biāo)準(zhǔn)和可行、有效的溫控措施。

（二）混凝土配合比優(yōu)化時(shí)較大限度地降低了膠材用量，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰，降低了混凝土水化熱的總量。

（三）澆筑溫度的控制措施有效，其中包括水泥溫度的控制，拌和水加冰降溫，骨料遮陽、灑水，泵管遮陽等一系列措施。

（四）設(shè)置進(jìn)水水箱，及時(shí)通冷卻水。冷卻水管設(shè)置分水器、水閘，并派專人負(fù)責(zé)，提高了冷卻水的效率，冷卻水削峰和混凝土降溫速率控制效果良好。