思贤窖特大桥承台大体积混凝土施工控制

2011-04-27刘兵伟

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2011年1期

刘兵伟

(中交第四航务工程局第三工程公司，广东湛江 524000)

0 引言

思贤窖特大桥主桥为(57.5+109.25+230+109.25+57.5)m钢桁梁斜拉桥，桥上为设计时速为350 km/h四线铁路。两主墩位于思贤窖河道内，基础采用18根Ф3.0 m钻孔桩;承台尺寸为17 m×35 m×6 m，采用C30混凝土，浇筑方量为3542.9 m3，为大体积混凝土。

由于承台各截面尺寸较大，且采用一次性分层浇筑，在混凝土的浇筑以及凝固过程中，将产生大量水化热，且不易于向外挥发，因此应采取措施，以防止混凝土内部与混凝土表层以及混凝土表层与大气间温差过大，产生温度裂缝，对整个承台结构造成影响。

1 施工组织

为控制水化热的产生量，在承台浇注前一个月试验室开始进行配合比实验。在保证混凝土强度的前提下，调节水泥、粉煤灰与外加剂(减水剂)用量，尽量减小水化热峰值或延长水化热峰值产生时间，并控制混凝土的泌水量以及坍落度随时间的损失量，保证混凝土的和易性［1］。经过试验，当每单位水泥配比的减水剂量为0.014、粉煤灰为0.35时，所拌合的混凝土的综合效果最好。

在承台浇注前两周搅拌站开始进行备料，试验室对所有进料进行试验，保证材料质量。同时进行浇注过程中所需人员以及机械设备等方面的安排，并对作业工人进行技术交底培训。

2 承台大体积混凝土施工

在水下封底混凝土浇注完成后，进行围堰内抽水，拆除影响承台施工的第四层钢板桩围堰支撑，并进行封底混凝土找平;然后开始安装承台模板，并开始绑扎承台以及墩身预埋钢筋，安装冷却测温系统;最后浇注承台混凝土。

2.1 冷却测温系统

2.1.1 冷却水管布置

为降低承台混凝土内外温差，使内外温差小于20℃，以避免混凝土开裂，同时确保承台混凝土芯部最高温度不大于65℃［2］，在承台内设置冷却水管进行通水降温。

冷却水管主要采用外径为Φ67 mm的镀锌钢管，进出水口处的汇总管及伸出承台的竖向管采用Φ100 mm镀锌钢管;冷却水管绑扎在承台内钢筋架立骨架上。通常情况冷却水管的水平间距、层距采用80～100 cm［2］，本承台厚6 m，因此沿承台竖向布置6层水平冷却水管网，管网间垂直间距为1.0 m，顶层管网至承台顶面距离及底层管网至承台底距离均为0.5 m;同一层管网内水管间的水平间距为1.0 m，最外层水管距离砼最近边缘1.0 m左右。每层冷却水管网设置4个进水口和4个出水口，进、出水口汇总连接至一根Φ100 mm镀锌钢管后引至承台面以上1.2 m，并在进、出水口汇总管上安装调节流量阀门以及测流量装置。同时不同层进、出水口汇总管相互错开1.0 m左右，以便进行区分(冷却水管平面布置如图1)。

图1 测温探头平面布置图(单位:cm)

冷却系统安装完成后，进行试通水并进行水密试验，对接头缝隙进行处理，保证冷却水管密封、通畅。

2.1.2 测温元件安装布置

为了掌握混凝土内部的温度变化及中心部位与表面部位的温度差，以便采取内部降温、外部保温蓄热的技术措施，降低并控制混凝土的内外温差，防止混凝土结构产生裂纹，在混凝土浇注以及养护期内对承台混凝土进行温度测试和监控。

混凝土温度测试通过预埋的测温探头测得温度数据，测温探头密封并牢固绑扎在承台钢筋的架立骨架上，把同一层连接测温探头的电缆沿轴线牵引至测温仪上。同时对电缆进行分层分点编号，以便准确区分并记录承台各部位温度数据。

由于承台是双向对称，且冷却水管也是对称布置。考虑经济以及测温数据的可靠性、代表性等方面因素，每层的测温探头在1/4承台平面内沿轴线布置，且探头间距离不大于五倍层间距［3］;另外在进、出水口处进行布置。

测温探头沿承台竖向布置6层，层间距离1.0 m，其布置与冷却水管在同一水平面内。每一层布置15个测点，分别沿承台纵横轴线两个方向布置。从承台侧外表面向内布置，分别是距承台侧面5 cm处、距承台侧面50 cm处、距前一测点5 m间距处布置测点直至中心。另外，在1个进水口总管处以及4个出水口分管处分别布置测温探头;同时在大气中布置一个测点，悬挂在每层高度位置处空中。每层测温探头平面布置如图1。

2.2 承台大体积混凝土浇注

2.2.1 混凝土配合比与入模温度控制

除在承台大体积混凝土施工前一个月，试验室进行混凝土配合比试验，调节水泥与外加剂用量，以减小水化热的产生，避免因为温度应力造成混凝土开裂外，调节搅拌水用量，因为在混凝土的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发;而混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因，因此要减少拌合水用量避免因收缩造成混凝土开裂［4］。同时为保证施工时混凝土具有很好的和易性与流动性，混凝土的初凝时间应不小于30 h，坍落度12～16 cm。

混凝土的入模温度在大体积混凝土浇注完成后的内部温度中占较大比重，因此控制混凝土入模温度对控制混凝土内部最高温度有着重要的作用。由于承台大体积混凝土浇注时气温较高，对入模温度的控制增加更大难度。因此采取了以下措施降低混凝土入模温度:(1)在混凝土搅拌时对拌合水进行添加冰块降低拌合水温度;(2)对搅拌机储料罐外部进行淋水降温;(3)对混凝土运输罐车进行淋水降温。以确保混凝土入模温度控制在5～28℃。

2.2.2 混凝土浇注

在混凝土浇注前，对模板、钢筋、预埋件、冷却水管和测温元件、浇筑设备进行详细的检查，无问题后开始进行混凝土浇注。根据现场施工情况以及规范所要求的混凝土浇注整个过程不易超过30 h等，因此混凝土浇注时采取全面分层浇注(如图2)［5］，分层厚度控制在30～50 cm。在混凝土浇注过程中确保混凝土自由下流高度不超过2 m。混凝土的流动以自身流动性为主，辅助人工振捣，以加快混凝土水化热挥发扩散。

图2 大体积混凝土浇注方法

混凝土振捣时，振动棒插入下一层混凝土5～10 cm;振捣时应做到插点均匀、成行或交错式移动，以免漏振;当振捣至混凝土不再下沉、周围无大量气泡冒出，表面开始泛浆反光时，徐徐拔出振动棒。

混凝土振捣时，振动棒不得碰撞模板，更不得卡住钢筋振捣钢筋骨架。同时混凝土浇筑应具备连续行，中途若因故必须间断时，其间断时间不得超过混凝土的初凝时间。

由于浇筑时间较长，某一区域的冷却水管被混凝土完全覆盖后，即可将该区域的冷却水管的进水口、出水口阀门同时打开，使该部分冷却系统开始循环以减少新老混凝土的温差，防止混凝土开裂。

在顶层混凝土浇筑完毕且初凝前，对顶层混凝土进行二次振捣，然后用6 m长刮尺压实抹平，避免因为上下混凝土不均匀收缩产生裂缝。

2.2.3 混凝土养护及测温监控

根据客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准查得，在大体积混凝土施工及养护过程中应保证混凝土内表温差以及混凝土表面与大气温差均不得大于20℃。为确保混凝土不产生裂缝，在承台大体积混凝土浇注及养护过程中严格安装规范执行，并对混凝土进行测温监控。

2.2.3.1 混凝土表层养护

混凝土浇筑完毕后，及时抹面收浆，控制表面收缩裂纹，减少水份蒸发。为控制混凝土表面与大气温差，混凝土表面养护采取蓄水养护的方式进行，混凝土蓄水深度为［6］

式中，x为混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护时间;M为混凝土结构表面系数(m－1)，M=F/V，F为混凝土结构与大气接触的表面积，V为混凝土体积;Tmax－T2为混凝土表面与大气温差;mc为混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量;Q为单位水泥产生的水化热如表1;Kb为传热系数修正值;λw为水的导热系数，取0.58 W/(m·k);Tj为混凝土入模温度。

表1 不同品种强度水泥的水化热Q

在取混凝土表面与大气温差为20℃时进行计算得出蓄水养护深度为34 cm。为确保混凝土表面与大气温差不大于20℃，在混凝土浇筑完毕后12 h向围堰内灌水至承台表面以上50 cm左右进行蓄水养护。在混凝土浇注完成后根据测温探头测得数据，再根据式(1)计算蓄水深度;同时在降温过程中应保证降温速率≤1～1.5℃/d，因为如果降温过快，虽然内表温差仍然控制在规范要求之内，但由于混凝土内部温差过大，温差应力达到混凝土的极限抗拉强度时，理论上就会出现裂缝，而且此裂缝出现在大体积混凝土的内部，如果相差过大，就会出现贯穿裂缝，影响结构使用［7］。

2.2.3.2 通水冷却

为控制混凝土内表温差，当某一区域内的冷却水管被混凝土完全覆盖并振捣完毕后，即对该区域的冷却水管通水，对混凝土进行降温。在混凝土浇注完成后，根据测温探头测得的混凝土内表温度，调节水流量，确保混凝土内表温差控制在20℃内，且芯部最高温度不大于65℃。

2.2.3.3 测温监控

在整个混凝土浇注及养护过程中要通过对测定的温度数据进行计算、分析，及时指导现场混凝土养护。因此在混凝土覆盖某测温点后该点即开始测温，直至混凝土内部温度与混凝土表面温度以及混凝土表面温度与大气环境平均温度之差都小于15℃时止。另外在混凝土温度上升阶段每1 h测一次，温度下降阶段及温度稳定阶段每2 h测一次，同时测量大气温度。图3为第四层冷却水管中心测点7与第六层冷却水管测点10处所测混凝土温度，图中所示混凝土龄期是从承台全部浇注完成时算起。