懸索橋錨碇大體積混凝土溫度控制與施工

汪 峰 劉沐宇

（1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌 443002；2.武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點實驗室，武漢 430070）

黃埔大橋位于廣州番禺區(qū)，主航道橋由南汊主跨1 108m 鋼箱梁懸索橋和北汊主跨383m 獨塔斜拉橋組成，橋?qū)?4.5m（不含布索區(qū)）.懸索橋主塔柱基礎(chǔ)采用16根直徑2.2m 的鉆孔灌注樁，樁端嵌入微風(fēng)化基巖4.4m；索塔承臺及系梁呈啞鈴狀，承臺采用鋼板樁圍堰施工.索塔為鋼筋混凝土門式結(jié)構(gòu)，塔高1 90.476m，設(shè)兩道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁，橫梁為箱形斷面，仿古木榫結(jié)構(gòu).

懸索橋錨錠底板直徑65.5m，高5m.混凝土為C30微膨脹混凝土，總澆筑方量16 847m3，屬典型的大體積混凝土.大體積混凝土體積大且導(dǎo)熱性能較差，由于混凝土中水泥水化溫升作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷3個階段：升溫、降溫和穩(wěn)定.在施工前期水泥水化產(chǎn)生的熱量不能較快散失，混凝土內(nèi)部溫度變化劇烈，若各塊混凝土的體積變化受到約束就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，很容易形成早期裂縫［1－3］.為了避免大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，提高混凝土的使用性和耐久性，保證混凝土澆筑質(zhì)量，有必要對錨錠底板大體積混凝土進行配合比優(yōu)化設(shè)計和溫度控制.

因此，黃埔大橋錨錠大體積混凝土在取消設(shè)置冷卻水管通水冷卻的情況下，通過選擇級配優(yōu)良的碎石、砂、外加劑以及摻入礦粉和粉煤灰優(yōu)化混凝土配合比，控制混凝土的澆筑過程，采取保溫養(yǎng)護措施，減小了水泥用量，降低了混凝土的水化溫升峰值，提高了混凝土使用性和耐久性.

1 大橋錨碇底板配合比設(shè)計與施工

1.1 工程概況

黃埔大橋錨錠底板是圓柱體大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，直徑65.5m，高5m，分兩層澆筑，每層厚2.5m.由于現(xiàn)場施工情況復(fù)雜，底板取消了設(shè)置冷卻水管，而且底板選擇通倉澆筑，所以有必要實時監(jiān)測錨碇底板溫度變化并控制好底板早期混凝土的溫度裂縫，錨碇總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示.

圖1 錨碇總體結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

1.2 混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計

錨錠底板選用強度等級為C30的混凝土.由于底板是空間大尺寸的圓柱體混凝土，若混凝土配合比中水泥用量較大，則水泥水化熱也高，若內(nèi)外溫差超過25℃時易產(chǎn)生溫度裂縫［4－8］.因此，在配合比設(shè)計時遵循如下原則：

1）選用發(fā)熱量低的水泥，水泥品種對于大體積混凝土的溫升影響較大.低熱水泥可以減小混凝土內(nèi)部溫度峰值，降低水泥水化速率.

2）選用級配好、空隙率小的骨料.選用間斷型密級配，粗顆粒碎石相互嵌擠可形成空間骨架，而細顆粒的砂填充到骨架的空隙處，將使混凝土更加致密，強度更高.

3）選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉作為摻合料.摻入粉煤灰減少了水泥用量，降低混凝土水化溫升，同時礦粉可減緩水泥水化速率.粉煤灰和礦粉使得混凝土熱量降低，密實性進一步增強.

基于上述原則，黃埔大橋錨錠底板大體積混凝土配比原材料如下：碎石選用5～25mm 間斷型密級配石灰?guī)r碎石，表觀密度為2 740kg／m3，堆積密度為1 470kg／m3，含泥量＜0.4%，針片狀含量為8%，壓碎指標(biāo)為9；砂：中砂，細度模數(shù)為2.6～2.8，表觀密度為2 630kg／m3，堆積密度為1 600kg／m3.Cl－量為0.01%，含泥量＜2.0%；水泥：P.O32.5（R）水泥；粉煤灰：II級灰，礦粉：比表面積為500m2／kg；減水劑：江門WH 緩凝型高效減水劑，減水率為23%；拌和水：采用潔凈的自來水.采用密實骨架堆積法配制C30微膨脹大體積混凝土，配合比設(shè)計結(jié)果見表1.水泥、粉煤灰及礦粉的化學(xué)成分見表2，力學(xué)性能測試結(jié)果見表3.

表1 C30微膨脹大體積混凝土配合比

表2 水泥、粉煤灰及礦粉的化學(xué)成分表

表3 錨錠底板C30微膨脹混凝土力學(xué)性能

1.3 錨錠混凝土施工工藝

為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，同時有利于錨錠底板的施工澆筑，5m 厚的錨錠底板大體積混凝土分兩層澆筑，每次澆筑高度為2.5m，2次澆筑間隔時間至少7d.在底板澆筑過程中，從原材料進場、混凝土拌合、泵送澆筑到后期保溫養(yǎng)護，每一施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041－2000）進行控制，具體施工時重點注意以下方面：

1）為了保證混凝土拌合質(zhì)量，在配料前計量和標(biāo)定各種衡器，減小稱料誤差.拌合時嚴(yán)格控制混凝土的和易性，使其滿足施工要求，保證新拌混凝土質(zhì)量.施工中坍落度不符合規(guī)范要求的混凝土杜絕使用，需在混凝土出機口進行塌落度檢驗，頻次為每班2～3次，確保錨錠底板混凝土坍落度滿足規(guī)范要求.隨時檢測粗骨料碎石、細骨料砂的含水量，及時有效地調(diào)整底板混凝土的用水量，若遇陰雨天氣時，應(yīng)該增加檢測頻率.

2）混凝土澆筑前，應(yīng)對錨錠模板、預(yù)埋件和鋼筋進行檢查確認.對于現(xiàn)場埋設(shè)的溫度監(jiān)控元件和線路應(yīng)采取有效保護措施，防止混凝土澆筑時損壞.檢查待澆筑的倉面是否沖毛和清理等，檢驗合格后方可開盤.

3）底板混凝土按照從倉面一側(cè)向另一側(cè)的順序澆筑，分層澆筑的厚度不超過0.3m.在下層混凝土初凝之前需完成上層混凝土的澆筑.如果2次澆筑之間的停歇時間超過混凝土的初凝時間，底板倉面混凝土需要按照工作縫處理.

4）混凝土應(yīng)該振搗密實，但應(yīng)避開溫度監(jiān)控元件或者預(yù)埋件10～15cm.為了避免混凝土塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，同時減小內(nèi)表溫差，底板混凝土澆筑完畢立即用濕麻袋覆蓋混凝土表面進行保溫養(yǎng)護.澆筑完畢后，通過在上層混凝土頂面蓄水，對終凝后的混凝土進行蓄水保溫養(yǎng)護，蓄水深度10～20cm.

2 溫度監(jiān)測與效果評價

2.1 監(jiān)測方案設(shè)計

為準(zhǔn)確反映混凝土的內(nèi)部溫度分布情況，掌握底板大體積混凝土溫控效果，防止底板出現(xiàn)溫度裂縫，以便出現(xiàn)異常情況時及時采取措施.根據(jù)底板混凝土施工方案和結(jié)構(gòu)的具體情況，在錨錠底板內(nèi)埋設(shè)測點進行溫度實時監(jiān)測.由于底板結(jié)構(gòu)的對稱性和溫度場分布具有對稱性，只考慮在錨碇1／4 沿平面方向取“外密內(nèi)疏”的布點原則，每層15個測點位，豎向分4層，共布置了15×4＝60個測溫點外加1個大氣溫度測點，實時監(jiān)測整個錨碇底板的溫度分布情況，測點布置如圖2～3所示.將各測點的溫度傳感器固定在∠30×30mm 的角鋼固定架上，傳感器與角鋼之間墊上隔熱材料，澆筑混凝土前安裝完畢.在澆筑過程中，混凝土及振搗器均未直接沖擊或觸及傳感器，傳感器由電纜引出.

在底板大體積混凝土整個施工澆筑過程中，全天候?qū)崟r動態(tài)地進行溫度監(jiān)測和控制.在混凝土升溫階段，溫度監(jiān)測為每2h 監(jiān)測各測點一次.在混凝土達到峰值后的降溫階段，溫度監(jiān)測為每4h記錄各測點一次，持續(xù)5d.隨著混凝土溫度的持續(xù)降低，內(nèi)表溫差逐漸減小，此時延長監(jiān)測間隔時間，直到混凝土溫度變化趨于穩(wěn)定.在混凝土溫控過程中，還實時監(jiān)測和記錄了混凝土的出機溫度、入倉溫度、澆筑溫度以及現(xiàn)場大氣溫度等.

2.2 溫控效果分析

通過對錨錠底板大體積混凝土的實時溫度監(jiān)測，其各層內(nèi)部最高點溫度、溫峰持續(xù)時間、最高溫度出現(xiàn)時間、斷面最大內(nèi)表溫差見表4，底板斷面典型溫度歷時過程曲線見圖4、圖5所示.

表4 錨碇底板溫度監(jiān)測成果表

由表4可知：（1）在取消設(shè)置冷卻水管通水冷卻降溫情況下，錨錠底板混凝土中心最高溫度達58.0℃，底板混凝土內(nèi)部升溫階段歷時64～98h，底板中心溫峰持續(xù)時間為6～8h.（2）由于錨錠底板澆筑面積大，A1、A2 層被混凝土覆蓋的時間不同，A1層的混凝土首先水化放熱，產(chǎn)生的熱量加快了A2斷面混凝土的溫升速率，使得A2層測溫斷面達到峰值的時間比A1層斷面快，A3和A4層情況相似.（3）錨錠底板混凝土內(nèi)表溫差最大為24.3℃，小于規(guī)范值25℃.

由圖4可知，在澆筑完成后，錨錠底板大體積混凝土有明顯的溫升、降溫兩個過程，但在200h后混凝土內(nèi)部溫度逐漸趨于穩(wěn)定；由于溫控防裂措施恰當(dāng)，錨錠底板降溫速率緩慢，起到了早期削減溫峰及防止溫度回升的效果.由圖5可知，相比混凝土內(nèi)部溫度變化而言，錨錠底板外圍邊點升溫速率較快，而降溫隨環(huán)境溫度的變化會出現(xiàn)一定數(shù)值的波動.

3 結(jié) 語

黃埔大橋錨錠底板大體積混凝土施工中，通過選擇級配優(yōu)良的碎石、砂、外加劑以及摻入礦粉和粉煤灰優(yōu)化混凝土配合比，控制混凝土的澆筑過程和保溫養(yǎng)護，減小水泥用量，降低混凝土的水化溫升峰值和底板內(nèi)表溫差，提高了混凝土和易性和耐久性.溫度監(jiān)測和觀測表明：

1）錨錠底板平均最高峰值達到58.0℃，最大內(nèi)表溫差24.3℃小于規(guī)范值25℃，而且降溫速率緩慢，阻止了溫度裂縫的產(chǎn)生.

2）摻有活性粉煤灰和礦粉的混凝土各項力學(xué)性能優(yōu)越，混凝土工作性能良好.

3）基于混凝土材料考慮，用大摻量粉煤灰和礦粉替代部分水泥，降低混凝土配合比中水泥用量，控制大體積混凝土放熱源頭，有效地削減早期混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的最高溫度峰值.錨錠底板未出現(xiàn)溫度裂縫，滿足工程設(shè)計要求.

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