杭州灣跨海大橋工程大體積海工耐久性混凝土裂縫控制措施
2017-05-15
1工程概況
杭州灣大橋規(guī)模宏偉為世界矚目，質(zhì)量要求高，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，作為大橋基礎(chǔ)的承臺工程，其施工質(zhì)量將直接影響大橋的使用壽命，承臺混凝土采用海工耐久性混凝土，且為大體積混凝土，承臺裂縫控制是技術(shù)質(zhì)量工作的大課題，本工程為了消除和控制承臺裂縫，我們主要從以下幾個方面采取綜合技術(shù)措施，取得了良好的效果。
2混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
本工程采用海工耐久混凝土，承臺處于水位變動區(qū)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C40，氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤2.5×10-12m2/s，混凝土中要求摻加阻銹劑；墩身處于浪濺區(qū)，混凝土強(qiáng)度等級C40，氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤1.5×10-12m2/s。
（1）原材料的選用。根據(jù)《杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ眉夹g(shù)規(guī)范》要求，我們通過參考有關(guān)資料、向?qū)＜易稍?、對該地區(qū)各種原材料的產(chǎn)量、技術(shù)指標(biāo)調(diào)研以及對初步擬定配合比試配，初步確定了采用的原材料。本工程采用甲供安徽寧國海螺牌P.Ⅱ42.5水泥,粗集料采用寧波北侖青峙石場5～25mm連續(xù)級配碎石,細(xì)集料采用閩江中砂,通過混凝土的試拌和對混凝土性能進(jìn)行比對，減水劑采用上海麥斯特（羧酸類減水劑，減水率≥25%），阻銹劑采用山西凱翕克生產(chǎn)的亞硝酸鈣，礦粉采用上海寶田和安徽朱家橋S95礦粉，粉煤灰采用鎮(zhèn)江諫壁電廠一級粉煤灰。
?。?）混凝土配合比的設(shè)計(jì)。為了消除和控制混凝土溫度裂縫，對減少混凝土的水化熱作了深入研究，進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)。
我們通過對不同原材料、不同配合比進(jìn)行比對，選擇水化熱引起的溫度峰值較小的配合比，進(jìn)而控制套箱裂縫的開展。并決定在保證滿足混凝土強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)要求的前提下，在原膠凝材料中摻入粉煤灰，同時適當(dāng)減少膠凝材料中水泥用量，以達(dá)到有效減少混凝土水化熱的目的。
通過反復(fù)試驗(yàn)，將膠凝材料用量由原來的435kg調(diào)整到405kg，實(shí)際大量使用的優(yōu)化后的混凝土配合比見表1
在實(shí)際施工中，還根據(jù)不同季節(jié)的特點(diǎn)對配合比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整?；炷僚浜媳鹊膬?yōu)化，粉煤灰的摻入和膠凝材料用量的降低，對于大體積混凝土裂縫的控制起到了重要的作用。
3提高混凝土套箱自身的抗裂能力
采用混凝土套箱工藝進(jìn)行承臺施工，為防止混凝土套箱在澆注承臺混凝土后出現(xiàn)裂縫，提高混凝土套箱的質(zhì)量，增強(qiáng)其自身的抗裂能力也是一個重要的環(huán)節(jié)。我們重點(diǎn)從以下幾個方面入手加強(qiáng)對混凝土套箱預(yù)制質(zhì)量的控制。
?。?）控制套箱混凝土澆注質(zhì)量，特別是對套箱頂部高性能混凝土浮漿的處理，加強(qiáng)二次振搗。
?。?）加強(qiáng)對套箱的養(yǎng)護(hù)，混凝土套箱拆模前對頂部進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，拆模后進(jìn)行不間斷灑水養(yǎng)護(hù)，防止出現(xiàn)干濕循環(huán)現(xiàn)象，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。
（3）加強(qiáng)對套箱內(nèi)壁的鑿毛處理，特別是加強(qiáng)對預(yù)留槽口的鑿毛，以保證新老混凝土結(jié)合良好。
?。?）加強(qiáng)對在套箱內(nèi)壁預(yù)埋鐵件上焊接鋼結(jié)構(gòu)的控制，焊接時間控制在套箱滿足養(yǎng)護(hù)期之后進(jìn)行，焊接時不得在同一位置連續(xù)進(jìn)行焊接作業(yè)，避免因焊接使預(yù)埋鐵件局部溫度過高而對套箱局部混凝土產(chǎn)生不利影響。
?。?）混凝土套箱頂部預(yù)留槽口，使新老混凝土施工縫從結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)抗?jié)B透能力。
?。?）調(diào)整套箱配筋，增加環(huán)向鋼筋數(shù)量，將原環(huán)向鋼筋Φ25＠150調(diào)整為Φ20＠75，配筋率增加了28%，提高套箱抗豎向裂縫的能力。
?。?）嚴(yán)格控制套箱鋼筋保護(hù)層厚度。據(jù)有關(guān)資料介紹，鋼筋控制混凝土裂縫出現(xiàn)的影響范圍為鋼筋直徑的6倍，調(diào)整后的套箱配筋為Φ20，保護(hù)層75mm，鋼筋間距75mm，施工中嚴(yán)格控制，保證鋼筋幫扎質(zhì)量。
4現(xiàn)場承臺結(jié)構(gòu)混凝土施工采取的技術(shù)措施
?。?）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)?？紤]到海工耐久性混凝土膠凝材料摻入大量的礦粉、粉煤灰后，水化時間較長，又采用了減水率高達(dá)25%～30%的高效減水劑，混凝土本身水灰比較小，為了滿足混凝土二次水化的要求，必須加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)混凝土開始養(yǎng)護(hù)時間的控制。通過絕熱升溫實(shí)驗(yàn)得知，混凝土澆注24小時左右，混凝土溫度達(dá)到峰值，在此時期內(nèi)混凝土溫度上升較快，混凝土初凝后對底層混凝土進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，頂層混凝土采用土工布覆蓋，蓄水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。
?。?）循環(huán)水降溫。為降低混凝土內(nèi)部因水化熱引起內(nèi)部溫度升高，降低混凝土內(nèi)外溫差，采取了冷卻循環(huán)水降溫措施。承臺混凝土是分兩層澆筑的，第一層混凝土厚1.3m埋設(shè)一層循環(huán)水管，第二層混凝土厚度1.7m埋設(shè)兩層循環(huán)水管，循環(huán)水管間距90cm，層距75cm，循環(huán)水管采用Φ33.5mm薄壁鋼管?；炷两K凝前即開始進(jìn)行通水降溫，循環(huán)水降溫時間不少于7天，循環(huán)水每隔12小時調(diào)整一次通水方向，便于混凝土內(nèi)部水化熱均勻散發(fā)。
為提高冷卻水循環(huán)降溫的效果，將循環(huán)水管直徑由33.5mm改為48mm，同時對循環(huán)水管的布置方式進(jìn)行調(diào)整，使上層水管至混凝土表面的距離調(diào)整為50cm，水管間距由90cm向中心逐漸調(diào)整為60cm布置，以增加混凝土中心區(qū)域循環(huán)水管布置的密度，進(jìn)而加強(qiáng)混凝土內(nèi)部溫度的散發(fā)。
?。?）混凝土冷水拌和。在"永和"號混凝土拌和船上安裝了冷水機(jī)組，冷水機(jī)組可以將拌和用水溫度降低20℃，船艙內(nèi)的拌和用水通過冷水機(jī)組降溫后儲存到水罐內(nèi)，混凝土拌和采用冷水拌和，降低混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度，在施工過程中對混凝土的入模溫度進(jìn)行測定，使入模溫度控制在28℃以下。
?。?）承臺結(jié)構(gòu)混凝土分兩次進(jìn)行澆注。承臺結(jié)構(gòu)直徑12m，高3m，采用混凝土套箱工藝施工的承臺，結(jié)構(gòu)混凝土分兩次進(jìn)行澆注，第一次澆注1.3m，第二次澆注1.7m，從而減少了混凝土一次澆注的體積，有利于混凝土水化熱溫度梯度和峰值的降低。
（5）保證混凝土的澆筑質(zhì)量。混凝土澆注分層下灰，盡量減小分層厚度，適當(dāng)延長混凝土的澆注時間，合理控制混凝土布料位置，由四周逐漸向中間下灰，混凝土分層振搗密實(shí)，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。
5取得的效果
由于對承臺大體積混凝土施工采取了一系列防治和控制裂縫的技術(shù)措施，隨著施工工藝的不斷改進(jìn)和完善，承臺混凝土的質(zhì)量得到了保證，使混凝土套箱的裂縫得到了有效的控制，效果十分理想。采用混凝土套箱施工的承臺，澆筑一步結(jié)構(gòu)混凝土施工后，無裂縫出現(xiàn)，澆注二步結(jié)構(gòu)混凝土后，只有少數(shù)承臺，在套箱外側(cè)表面頂部以下有少量長度10cm～30cm，寬度不大于0.1mm的豎向裂縫，屬于無害裂縫范疇。采用鋼套箱工藝施工的37個承臺結(jié)構(gòu)混凝土一次澆注成型，一次澆注量達(dá)380m3，均無裂縫產(chǎn)生。
