摘要:文章以烏蘭木倫河三號(hào)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(hù)措施,并從溫控角度出發(fā),通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際施工措施,實(shí)現(xiàn)混凝土的低溫澆筑及“內(nèi)降外?!别B(yǎng)護(hù),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(guān)鍵詞:大體積混凝土;低溫;澆筑措施;養(yǎng)護(hù)措施;溫控工藝
0 引言
橋梁工程中常通過(guò)承臺(tái)將樁基進(jìn)行連接,形成樁基礎(chǔ)。承臺(tái)體積較大,屬于大體積混凝土工程[1]?;炷劣不^(guò)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(duì)于大體積混凝土而言,溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的存在往往導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)[2-3]。因此對(duì)于大體積混凝土而言,需嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的混凝土內(nèi)部溫度。
在施工領(lǐng)域中大體積混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)已是相對(duì)較為成熟的技術(shù),但在低溫下的大體積混凝土工程鮮有進(jìn)行。原因在于混凝土的強(qiáng)度生長(zhǎng)極限為5 ℃,0 ℃以下時(shí),混凝土內(nèi)水分開(kāi)始結(jié)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(qiáng)度[4-5]。
由于施工進(jìn)度、工序要求等,必要時(shí)期需進(jìn)行低溫下的混凝土工程。本文以烏蘭木倫河三號(hào)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(hù)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(hào)橋是國(guó)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(fù)式鋼箱拱橋,橋面變截面寬度為42~65 m。橋梁上部主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱,向道路中心線外傾斜17 °,副拱結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)8套除濕系統(tǒng)。本橋設(shè)置23對(duì)吊桿,其中主拱與鋼箱梁間設(shè)置17對(duì)吊桿,主拱與副拱設(shè)置6對(duì)吊桿,橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結(jié)構(gòu)。
該橋P2承臺(tái)樁基為32根2.2 m、長(zhǎng)56 m的旋挖鉆孔樁。承臺(tái)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(tái)體積為50 m×23.6 m×5.5 m。根據(jù)預(yù)應(yīng)力布設(shè)及預(yù)埋段特點(diǎn),將承臺(tái)混凝土分兩次進(jìn)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(jì)5 310 m3?;炷翝仓陂g最低溫度為-5 ℃,養(yǎng)護(hù)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(jìn)度,計(jì)劃在11月份進(jìn)行承臺(tái)第二次混凝土澆筑,首先需要提前了解當(dāng)?shù)氐奶鞖狻H鐖D1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(jìn)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(guān)規(guī)范要求屬于冬季施工[6]。由此項(xiàng)目部第一時(shí)間積極調(diào)整,明確措施保證澆筑過(guò)程中混凝土的入模溫度及養(yǎng)護(hù)溫度等。在澆筑之前密切關(guān)注天氣情況,選擇溫度最高的兩天進(jìn)行混凝土的澆筑。
3 澆筑及養(yǎng)護(hù)溫控措施
對(duì)P2承臺(tái)大體積混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、保溫、養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行設(shè)備、材料、人員布局,確保萬(wàn)無(wú)一失。通過(guò)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(duì)拌和用水加熱的方式控制商品混凝土的出機(jī)溫度。P2承臺(tái)計(jì)劃第二次澆筑混凝土5 400 m3左右,同時(shí)使用三個(gè)拌和站供料,計(jì)劃澆筑時(shí)間48 h。因此每個(gè)拌和站平均出料1 800 m3,一個(gè)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(jì)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(guò)計(jì)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?xì)庹羝仩t,水溫控制在60 ℃左右?;炷恋臄嚢钑r(shí)間應(yīng)比常溫時(shí)延長(zhǎng)50%并符合有關(guān)規(guī)定[7]。
3.2 混凝土出機(jī)、運(yùn)輸及入模溫度
混凝土攪拌、運(yùn)輸、出機(jī)、入模溫度均需經(jīng)過(guò)計(jì)算,在滿足相關(guān)規(guī)范要求的情況下,即混凝土出機(jī)溫度>10 ℃,入模溫度>5 ℃,方可進(jìn)行施工。相關(guān)計(jì)算公式主要參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[7]進(jìn)行,計(jì)算時(shí)外界溫度按-10 ℃計(jì)算,骨料溫度按5 ℃計(jì)算,混凝土運(yùn)輸至澆筑成型按1 h計(jì)算。具體公式如下。
混凝土運(yùn)輸過(guò)程中,對(duì)罐車(chē)配置保溫套,減緩混凝土在運(yùn)輸途中的散熱。由圖2可以看出在P2澆筑過(guò)程中,混凝土的出料溫度均>10 ℃,入模溫度均>12 ℃,滿足相關(guān)規(guī)范要求。
3.3 冷卻管等效路徑布置
針對(duì)50 m×23.6 m×4.5 m的大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的多路閥循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)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(chǔ)上進(jìn)行布置。自下而上,第一層及第三層冷卻管為六進(jìn)六出,第二層及第四層冷卻管為七進(jìn)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(cè)溫儀檢測(cè)進(jìn)水口、出水口及混凝土表面溫度。當(dāng)出水口與承臺(tái)表面溫度差<15 ℃時(shí),可直接將出水口冷卻水排放到承臺(tái)頂面進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。
通過(guò)圖4中Midas軟件模擬結(jié)果可以看出,本次設(shè)計(jì)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(hù)過(guò)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(shè)計(jì)的混凝土冷卻系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)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(yè)圖5所示為養(yǎng)護(hù)過(guò)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(hù)期間混凝土里表溫差值基本<25 ℃,最高溫度<75 ℃,滿足相關(guān)規(guī)范要求,可應(yīng)用于P2承臺(tái)大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)中。
3.4 混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)
利用支護(hù)樁和承臺(tái)頂面鋼管做骨架,用彩條布+棉被搭設(shè)1 m高暖棚,采用蒸汽機(jī)蓄熱對(duì)大體積混凝土進(jìn)行升溫養(yǎng)護(hù),動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫度蓄熱,保證混凝土表外溫差≤20 ℃(見(jiàn)下頁(yè)圖6)。蒸汽管道間隔5 m設(shè)置,每隔30 cm處開(kāi)孔,進(jìn)行噴汽養(yǎng)護(hù),管道距離混凝土結(jié)構(gòu)30 cm。
4 溫度監(jiān)控
通過(guò)布置測(cè)溫點(diǎn)的方式監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部及表面溫度,布置方式見(jiàn)圖7。在承臺(tái)混凝土對(duì)角線的1/2范圍內(nèi)均勻布置4組測(cè)溫電纜,每組測(cè)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(yīng)溫度傳感器,用于測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度;承臺(tái)表面布置三組測(cè)溫電纜,每組布置一個(gè)溫度傳感器,用于測(cè)量混凝土表面溫度。
P2承臺(tái)與P1承臺(tái)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(hù)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(hù)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(qiáng)度
在混凝土澆筑過(guò)程中按規(guī)定制作20組混凝土立方體試塊,每組2塊,進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)。同時(shí),增加3組試塊與結(jié)構(gòu)進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù),并在解凍后試壓。其中,標(biāo)養(yǎng)條件下的試塊抗壓強(qiáng)度平均值為47.2 MPa,同養(yǎng)條件下的試塊抗壓強(qiáng)度平均值為46.8 MPa,均達(dá)到C40混凝土抗壓強(qiáng)度要求。
6 結(jié)語(yǔ)
本文以烏蘭木倫河三號(hào)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(guò)一系列措施,使得-5 ℃溫度下的混凝土出機(jī)、運(yùn)輸及入模溫度在理論計(jì)算及實(shí)際測(cè)量中均滿足相關(guān)規(guī)范要求。
(2)設(shè)計(jì)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(hù)過(guò)程中溫度的相關(guān)規(guī)范要求。
(3)采用暖棚及蒸汽養(yǎng)護(hù)可有效控制混凝土表外溫差,降低外界溫度對(duì)混凝土的影響。
(4)標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)及同條件養(yǎng)護(hù)下的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均達(dá)到C40混凝土的要求。
[1]潘廣明.大體積混凝土承臺(tái)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(yán)汝輝.青山長(zhǎng)江大橋副航道橋大體積深水承臺(tái)施工技術(shù)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(yù)防措施研究[J].建材與裝飾,2020(3):39-40.
[4]金書(shū)成,徐文遠(yuǎn),黃云涌.冬季承臺(tái)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(shù)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(shù)規(guī)范[S].
作者簡(jiǎn)介:鄧?yán)顖?jiān)(1980—),高級(jí)工程師,主要從事公路橋梁施工技術(shù)管理工作。