蔚汾河特大橋承臺(tái)等大體積混凝土施工方案分析
2017-02-27
一、工程概況
蔚汾河特大橋中心里程為DK28+599.39，全長(zhǎng)1500.45m，主墩最高90m；橋梁孔跨布置為17-32 m簡(jiǎn)支T梁+1-（70+3×120+70）m連續(xù)剛構(gòu)+3-（70+70）m T構(gòu)。其中2#～5#墩承臺(tái)尺寸介于15×10.8×2.5～31×20.2×4.0間，均屬于大體積混凝土施工范疇。
二、溫控方案
?。ㄒ唬┖侠磉x擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比。選擇混凝土原材料，優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土的絕熱溫升較小。為了降低水泥的水化熱，一方面選用中熱普通硅酸鹽水泥；另一方面，除采用水化熱低的水泥外，要減少溫度變形，還應(yīng)千方百計(jì)地降低水泥用量，摻用混合材料。摻加摻合料可有效降低水化的峰值溫度，推遲水化溫峰的出現(xiàn)時(shí)間，隨摻合料摻量的增大，溫峰出現(xiàn)的時(shí)間延遲，我們主要選用摻加粉煤灰；另外使用聚羧酸減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量，從而降低水泥用量，緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用，可降低水化溫升有利于防裂。
?。ǘ┖侠磉M(jìn)行溫度控制。（1）入模溫度控制?；炷恋娜肽囟热Q于各種原材料的初始溫度，應(yīng)該盡量降低原材溫度，由于該橋的大體積混凝土均在冬季施工，所以不需要專門對(duì)原材進(jìn)行降溫處理。（2）最高溫度控制。在混凝土內(nèi)部預(yù)埋設(shè)冷卻水管，利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，削減澆筑層水化熱溫升。這種方法具有適用性和靈活性，以及能夠控制整個(gè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度。（3）養(yǎng)護(hù)溫度控制。大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面保溫的方法，使混凝土內(nèi)外溫差降低。本橋采用的保溫材料為：在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，上覆土工布，另外結(jié)構(gòu)物四周的保溫，采用搭設(shè)暖棚的方法解決。保溫時(shí)間不少于15天。
?。ㄈ├鋮s管降溫方案。（1）冷卻管埋設(shè)。在承臺(tái)或墩身結(jié)構(gòu)高度的中間部位水平分層布設(shè)多層（具體層數(shù)視結(jié)構(gòu)厚度確定）降溫冷卻水管，Φ50mm 的薄壁鋼管，管節(jié)間連接采用接頭絲接，距結(jié)構(gòu)混凝土邊緣110～150cm，管間距100cm。管路采用回形方式，水平鋪設(shè)。（2）測(cè)溫孔布置。在相應(yīng)位置埋設(shè)一端封閉的1cm的白鐵管，作為預(yù)留測(cè)溫孔。其深度5個(gè)Ⅰ號(hào)孔深取結(jié)構(gòu)物厚度的1/2；8個(gè)Ⅱ號(hào)孔深取20cm。管口用保溫材料填塞。（3）冷卻水循環(huán)。在承臺(tái)鋼筋綁扎完畢、冷卻管安裝完畢后澆筑混凝土前，對(duì)冷卻管注水檢查，確認(rèn)管節(jié)不滲水后方可進(jìn)行澆筑。每層循環(huán)水管被混凝土覆蓋并振搗完成后，即可在該層水管內(nèi)通水。通過水循環(huán)，帶走結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量，使混凝土內(nèi)部的溫度降低到要求的限度。（4）混凝土最高水化熱溫度及3d 、7d 的水化熱絕熱溫度C=263kg/m3，F(xiàn)=112kg/m3；根據(jù)有關(guān)資料分析粉煤灰的水化熱在28天內(nèi)，為水泥的1/3，故計(jì)算取水泥用量300 kg/m3。
P.0 42.5 水泥： 水化熱Q7d=257J/kg ，Q28d=222J/kg；
c=0.96 J/kg.k；ρ=2400 kg/m3。
混凝土最高水化熱絕熱溫升：Tmax=CQ/cρ=（300×257）/
?。?.96×2400）=33.5℃
3d 的絕熱溫升：T（3）=33.5×（1-e-0.3×3）=19.9℃
ΔT（3）=19.9-0=19.9 ℃
7d 的絕熱溫升：T（7）=33.5×（1-e-0.3×7）=29.4℃
ΔT（7）=29.4-19.9=9.5℃
15d 的絕熱溫升：T（15）=33.5×（1-e-0.3×15）=33.1℃
ΔT（15）=33.1 -29.4 =3.7 ℃
從上述計(jì)算可以看出，混凝土水化熱溫度升最快是在澆注后前3 天，4～7 天后基本達(dá)到最高水化熱，以后溫升逐漸緩慢。故此水化熱溫控的重點(diǎn)在一周時(shí)間段內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)控。
（5） 溫度監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況按照?qǐng)D示方法預(yù)留測(cè)溫孔，并根據(jù)相關(guān)要求及時(shí)測(cè)定并填寫溫度監(jiān)控記錄表，其中表層溫度取8個(gè)Ⅱ號(hào)孔的平均值，混凝土核心溫度取5個(gè)Ⅰ號(hào)孔的平均值?；炷羶?nèi)部及表層溫度采用玻璃液體溫度計(jì)測(cè)定，混凝土澆筑完畢后立即將溫度計(jì)插入測(cè)溫管中，并再用保溫材料塞住，以免受外界氣溫影響，溫度計(jì)在管中至少停留5min，然后取出，迅速記下溫度值?；炷羶?nèi)部溫度和表層溫度測(cè)量次數(shù)：混凝土澆筑完后1h測(cè)第一次，以后前4天每晝夜進(jìn)行4次，以后每晝夜進(jìn)行2次。每天對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度和表層溫度之差大于20℃時(shí)，應(yīng)立即分析原因，并采用加快循環(huán)水的流速，循環(huán)用水及時(shí)更換等措施確保溫差在規(guī)定的范圍內(nèi)。
三、現(xiàn)場(chǎng)施工控制
?。ㄒ唬┓挚p分塊澆筑。分縫分塊有兩方面的目的：一是為了便于施工，將龐大的結(jié)構(gòu)體逐塊逐層地進(jìn)行澆筑，同時(shí)分塊分層減小結(jié)構(gòu)塊的尺寸，增加散熱面，從而降低施工期間的溫度應(yīng)力，以減小產(chǎn)生裂縫的可能性。該橋承臺(tái)施工時(shí)，砼澆筑采用分塊分層連續(xù)澆筑，延結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)邊分塊，分層厚度為30cm，采用兩臺(tái)混凝土泵車將承臺(tái)分成兩塊分層均勻布料，具體澆筑方法如下。在第一層砼未初凝前，第二層砼就開始澆注，搗固第二層砼時(shí)，搗固棒插入下層砼5cm左右，保證兩層砼接觸處密實(shí)，不出現(xiàn)施工冷縫。（每層澆筑注砼的用量為180m3，拌合站攪拌時(shí)間為2.3小時(shí)，小于砼初凝所需的4個(gè)小時(shí)，所以分層澆注完一個(gè)循環(huán)，初始部位砼還未初凝，可以正常繼續(xù)澆注。）灌注一定數(shù)量混凝土后抽走砼表面泌水?；炷凉嘧⑼瓿珊髵炀€用抹刀將混凝土面抹平，在混凝土凝固前兩次收漿人工壓抹1～2遍，消除表面收縮裂紋。
?。ǘ﹥?nèi)表溫差控制。對(duì)于大體積混凝土，由于水化放熱會(huì)使溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過低，在升溫的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)散熱，如冷卻管通水的一系列措施等。當(dāng)混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。
混凝土在冬季施工中，內(nèi)表溫差大于20℃或氣溫低于混凝土表面溫度超過20℃，必須對(duì)大體積混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。做法如下：混凝土側(cè)面采用粘貼塑料膜，再吊掛土工布，另外四周搭設(shè)保溫棚，用燃油加熱器保持棚內(nèi)溫度。
混凝土的拆模時(shí)間不僅要考慮混凝土強(qiáng)度，還要考慮混凝土的溫度和內(nèi)外溫差，以免突然接觸空氣時(shí)降溫過快而開裂。冬季應(yīng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間不少于一周，且拆模時(shí)間應(yīng)選擇一天中溫度較高時(shí)段。拆模后應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫。
待砼終凝后立即在承臺(tái)表面作蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度為15cm～30cm，以推遲砼表面溫度的散失，同時(shí)為減小承臺(tái)內(nèi)外溫差，蓄水時(shí)宜采用冷卻管出水口排出的熱水。
?。ㄈy(cè)溫管理。（1） 由專人專職負(fù)責(zé)測(cè)溫工作，工區(qū)組織測(cè)溫人員進(jìn)行培訓(xùn)。測(cè)溫員要注意測(cè)溫的有關(guān)事項(xiàng)，了解天氣預(yù)報(bào)和測(cè)溫記錄的填寫要求，同時(shí)檢查覆蓋保溫情況，了解結(jié)構(gòu)的灌注日期、養(yǎng)護(hù)期限，以及混凝土的允許最低溫度。做好天氣突變的防范措施。（2）每施工段停止測(cè)溫時(shí)，由質(zhì)檢工程師審閱測(cè)溫記錄，簽字后報(bào)安質(zhì)部審閱簽字。（3）對(duì)特殊情況需要延長(zhǎng)保溫時(shí)間采取加溫措施者要及時(shí)報(bào)告項(xiàng)目總工。（4）項(xiàng)目部的質(zhì)檢工程師每天要查詢測(cè)溫、保溫等情況，及時(shí)向項(xiàng)目總工匯報(bào)并協(xié)助工班長(zhǎng)處理有關(guān)疑難問題。（5）測(cè)溫人員每天24h都有人上崗，實(shí)行嚴(yán)格的交接班制度。測(cè)溫人員要每個(gè)承臺(tái)分項(xiàng)填寫測(cè)溫記錄并妥善保管。（6）測(cè)溫人員應(yīng)經(jīng)常與保溫人員取得聯(lián)系，如發(fā)現(xiàn)保溫措施不當(dāng)使溫度急劇變化或降溫過速等情況，立即匯報(bào)工班長(zhǎng)進(jìn)行處理并及時(shí)上報(bào)。
（四）材料儲(chǔ)備及機(jī)械配置。（1）1號(hào)拌合站的庫(kù)存能力為水泥800噸，砂3500方，石子4200方。澆筑一次承臺(tái)最多需要水泥600噸，砂1300方，石子2000方，所以材料庫(kù)存超過容量一半時(shí)，可以進(jìn)行承臺(tái)砼施工。（2）澆注現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備砼泵車2輛，8m3砼運(yùn)輸罐車12輛，插入式振動(dòng)器8臺(tái)；拌合站和工地都備有
250KW發(fā)電機(jī)各一臺(tái)，可以滿足施工需要。
