仙新路大桥承台大体积混凝土防裂技术研究

2023-08-17钱越

山西建筑 2023年17期

钱越

(南京市公共工程建设中心,江苏南京 210019)

0 引言

随着桥梁的发展壮大,大跨径桥梁行业进入了新的篇章。而承台作为基础的重要结构,承受荷载大,质量要求高,是当前桥梁工程施工的重难点。大体积混凝土施工内部热量和表面热量存在较大的差异,这会导致拉应力的出现,加大混凝土裂缝发生的几率,既对工程美观性能造成影响,还有很大可能对结构产生严重影响,甚至导致结构无法使用,所以,大体积混凝土裂缝的控制是非常关键的。项目特点和控裂重难点如下:1)混凝土方量大(承台23 816 m3);混凝土升温速率控制不当,将导致开裂。2)本项目大体积混凝土在低温状态下施工。工程所在地气温较低,混凝土冻害预防、保温养护难度较大。3)承台长宽比较大(接近2∶1),因长宽方向膨胀收缩量差异较大,在长边更容易出现开裂的现象。

1 工程概述

本项目大桥为主跨1 760 m的双塔单跨悬索桥。承台为长方形承台,结构尺寸为74.8 m×39.8 m×8 m,采用C35混凝土。塔座呈棱台形,采用C40混凝土,顶面尺寸为14.5 m(横桥向)×18.0 m(顺桥向),底面尺寸18.5 m(横桥向)×22 m(顺桥向),高度为3.5 m(如图1所示)。

2 大体积混凝土仿真计算

2.1 混凝土配合比及性能指标

配合比见表1。

表1 C35承台混凝土配合比 kg/m3

混凝土现场实测结果见表2。混凝土物理热学参数根据混凝土配合比进行计算,线膨胀系数、泊松比根据经验取值[1],结果见表3。

表2 C35承台混凝土实测工作性能及力学性能指标

表3 混凝土物理热学参数

2.2 模型参数

构件尺寸:结构为矩形,尺寸为39.8 m×74.8 m×8.0 m;塔座为棱台形,尺寸为(14.5～18.5)m×(18.0～22.0)m×3.5 m。

约束条件:垫层50 cm,采取水下C30。

分层分块:总体分2次,第一层浇筑厚度为4.0 m,第二层浇筑为4.0 m+0.5 m塔座预浇段。

由于本结构对称,因此可以取承台、0.5 m塔座的1/4进行计算,计算模型网格剖分图见图2。

2.3 边界条件

浇筑边界条件如表4所示。

表4 大体积混凝土边界条件

1)环境温度:主墩大体积混凝土预计工期为2021年1月中旬—2021年3月上旬。

2)浇筑温度:混凝土于低温期施工,根据气温进行估算,按照浇筑温度下限控制,浇筑温度控制为不小于5 ℃。

3)养护方法:低温期施工侧面带模并覆盖保温层,上表面覆盖保温层。

4)冷却水:承台纵横交错布置布设冷却水管,水管水平间距、竖管间距100 cm。承台竖向布置为0.5 m+1.0 m×3 +0.5 m(见图3),通水时间为7 d,承台施工入水温度取为 18 ℃,水管内径40 mm,水流量取为1.5 m3/h。

2.4 温度计算结果

结构内部的最高温度、最大内表温差计算结果见表5。

表5 温度计算结果 ℃

结构内部最高温度包络图见图4。温度控制的核心为“外保内散”,即内部加强通水降温、外部加强养护保温。

2.5 应力计算结果

各龄期温度应力的计算结果如表6所示。均满足要求,抗裂安全性较高。

表6 温度应力计算结果

根据计算可知,浇筑完成3 d应力发展最为迅速,后期混凝土收缩,3 d后趋于平缓。因此需采取措施降低混凝土内部最高温度,同时,提高表面温度,使得内部温度和表面温度差值不超过规范值。

2.6 温度控制标准

混凝土温度控制的原则是:1)控制混凝土浇筑温度。2)降低温度上升的速率,使最高温度出现晚。3)在达到温峰之后,采取措施降低降温速率。4)降低混凝土内表温差,新旧混凝土温差。5)控制混凝土表面温度与外部环境温度的差异。

根据计算结果和相关规范要求,并结合项目实际。本项目温控标准见表7。

表7 温度控制标准

3 施工控制措施

3.1 混凝土浇筑质量控制

3.1.1 混凝土原材料质量控制

混凝土施工期间,为了减少由于原材料质量问题影响过大而造成混凝土性能受损,在原料性能指标达到要求的前提下,对各批次的原料性能指标的波动(不超过±10%),尽可能控制[2-3]。

大体积混凝土水化热发展受减水剂的凝结时间影响显著,低温期施工大体积混凝土在实验室标准温湿度下试拌的混凝土初凝时间要求为20 h～25 h,给定配合比的初凝时间C35为30 h,C40为21 h,能满足混凝土大体积的缓凝要求。

3.1.2 混凝土生产质量控制

专门设储存仓储存各种原材料。在混凝土搅拌前,要对集料的含水量的变化进行严格测定,以便施工配合比的及时调整。保证混凝土在入模后不分层、不离析,混凝土应具有较好的黏聚性、匀质性。

3.1.3 混凝土运输、浇筑和振捣质量控制

1)保证混凝土运输过程中的整齐划一。2)优化混凝土布面方式:横向分层次连续浇筑混凝土。3)优化分层浇筑厚度:严格控制不大于30 cm。4)混凝土振捣正确。5)混凝土浮浆控制:在保证可泵送前提下,降低坍落度。6)收浆抹面:混凝土振捣后,暴露面至少要进行二次及时的抹压和收浆处理。

3.2 混凝土浇筑温度控制

承台混凝土施工时间预计2021年1月—2021年3月,所处位置气温较低,为低温期施工,混凝土有防冻害需求,需严格控制混凝土浇筑温度下限。

3.2.1 浇筑温度下限对应气温条件确定

根据表7要求,混凝土入模需控制为不小于5 ℃且不大于30 ℃。为防止混凝土冻害发生,首先需确定浇筑温度不小于5 ℃对应气温条件,根据气温情况对浇筑温度进行控制。

通过计算,C35混凝土出机口温度在最低气温-6 ℃时为6.8 ℃。低温期施工时,混凝土在运输、泵送过程中会产生温降(约-1 ℃),当气温不小于-6 ℃时可通过常规控制确保混凝土浇筑温度不小于5 ℃(见表8)。

表8 出机口温度(气温-6 ℃时)

3.2.2 低温期施工混凝土浇筑温度控制

由以上计算可知,当气温不小于-6 ℃时,浇筑混凝土的温度不小于5 ℃。若出现气温小于-6 ℃的极端天气,要采取相应措施,使各种原材料温度升高。主要有:1)拌制混凝土时采用(40±5)℃的热水;2)采用保温防寒被对拌合站原材料储存罐进行包裹;3)采用黑色棉篷布、土工布或保温防寒被等对罐车进行包裹,避免因混凝土受冻而损失热量,确保浇筑温度高于规定温度。

3.3 冷却水管的布设及控制

承台分上下两层浇筑,每层均有4层冷却水管纵横交错。水管的水平布设间距为80 cm～100 cm,垂直布设间距为85 cm～100 cm(承台第一层为85 cm以避开底层钢筋);奇数层布设20套水管,偶数层布设19套水管,每套水管均设一个进出水口,每套水管长度不超过200 m。

主墩承台浇筑层均现场布设4个独立水箱、4个分水器,每个分水器20个阀门,每个水箱一个补给水泵(1号、2号水箱分别配备7.5 kW水泵;3号、4号水箱共用18 kW水泵),两水箱之间设置一个增压泵(1.5 kW)。

1号水箱分别控制第一层及第四层编号为1号—10号的水管的循环系统。

2号水箱分别控制第二层及第三层编号为1号—10号的水管的循环系统。

3号水箱分别控制第一层编号为11号—20号的水管及第四层编号为11号—19号的水管的循环系统。

4号水箱分别控制第二层编号为11号—19号的水管及第三层编号为11号—20号的水管的循环系统。

3.4 混凝土浇筑间歇期控制

各层混凝土浇筑间歇时间控制在7 d～10 d,以避免下层混凝土对上层新浇筑混凝土产生过大固结约束导致开裂。

3.5 拆模时间控制

混凝土拆模时间按龄期和实测温度双控:浇筑完成5 d后;且需确认混凝土内表温差在15 ℃以下,混凝土表面温度与环境温度的差异在20 ℃以下,方可拆模。

3.6 养护控制

较低的温度时需要保温养护,减小内表温差。温度高时,需要减小混凝土收缩对表面造成的应力,需采取保湿养护措施。

4 大体积混凝土施工方法

4.1 混凝土的拌和

混凝土出机口温度不宜过高,应尽可能降低。必要时可采取措施进行降温,一般情况下,混凝土出机口温度控制在6 ℃左右。

严格控制混凝土的拌和时间,保证混凝土的均匀性、和易性。

4.2 混凝土的浇筑

如果新浇筑的混凝土与上一层混凝土未进行初凝前覆盖并捣实,就容易出现冷缝。冷缝的形成还会受到结构尺寸、钢筋的疏密、预埋管、混凝土的供应以及水化热的作用。本工程因承台尺寸较大,水平分层分区域浇筑每层浇筑厚度不大于30 cm,并重点对结合部位混凝土加强振捣且振捣均匀。分区域进行每层承台混凝土的浇筑,混凝土浇筑按照先从横桥向两端向中间分层推进(奇数层),然后再从中间向两端推进(偶数层),来回循环浇筑,直至完成混凝土浇筑。浇筑方式见图5,图6[4-5]。