楊育滿，王 杰

(1.溫州市七都大橋北汊橋建設(shè)有限公司，浙江 溫州 325000； 2.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034； 3.中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

1 工程概況

浙江省溫州市七都大橋北汊橋主橋設(shè)計(jì)為(58+102+360+102+58)m 雙塔中央索面疊合梁斜拉橋。主橋主梁分為近塔段(T 節(jié)段)、標(biāo)準(zhǔn)段(22 對(duì))以及合龍段(MH)，主梁采用鋼梁與混凝土橋面板組合梁，二者通過(guò)剪力釘相結(jié)合。主橋索塔采用C55混凝土，塔座采用C55海工耐久性混凝土，承臺(tái)采用C40海工耐久性混凝土，樁基礎(chǔ)采用C35海工耐久性混凝土，承臺(tái)封底采用C20水下混凝土。其中承臺(tái)采用六邊形承臺(tái)，各角點(diǎn)均倒圓角。承臺(tái)外輪廓尺寸為43.4 m× 26.8 m×6 m(橫×順×厚)，承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為+5.9 m。索塔塔座、承臺(tái)側(cè)面及頂面、索塔塔身均使用耐腐蝕的雙相不銹鋼鋼筋網(wǎng)片。索塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。

圖1 索塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)布置圖(單位：cm)

2 溫度控制措施

為防止大體積混凝土產(chǎn)生危害性裂縫，目前溫度控制和溫度措施越來(lái)越多，根據(jù)溫州市七都大橋北汊橋主塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)及施工環(huán)境特點(diǎn)，從入模溫度、承臺(tái)分層施工、冷卻水管布置、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、保溫保濕措施等主要方面，制定了以下承臺(tái)大體積混凝土溫度控制措施。

2.1 入模溫度控制

混凝土控制是入模溫度的決定性因素，當(dāng)入模溫度高，放熱速率快，溫升值也相對(duì)高[1]。在夏季高溫環(huán)境施工，盡可能地降低入模溫度是大體積混凝土溫控的重要措施。為使混凝土的澆筑溫度≤28℃，考慮混凝土運(yùn)輸、泵送、澆筑過(guò)程中的溫升，結(jié)合本承臺(tái)施工季節(jié)的氣溫條件和運(yùn)輸距離，本項(xiàng)目混凝土的出機(jī)溫度宜控制≤26℃。主要措施如下：①對(duì)骨料采取防曬儲(chǔ)存，骨料存儲(chǔ)倉(cāng)實(shí)行頂蓋+側(cè)面遮擋防曬措施，料堆高保持在6 m以上，可保持料堆內(nèi)部的骨料溫度基本穩(wěn)定，減少日照及氣溫變化的影響。延長(zhǎng)堆料時(shí)間，其有效儲(chǔ)量在5 d以上時(shí)，是降低骨料溫度的有效措施；②為滿足混凝土出機(jī)溫度控制要求，提前在攪拌站庫(kù)存水池加入適量冰塊進(jìn)行攪拌來(lái)降低拌和水溫度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度，該方法是控制混凝土出機(jī)溫度最為方便有效；③對(duì)攪拌機(jī)采取遮陽(yáng)措施，對(duì)混凝土泵管表面采取麻袋覆蓋包裹，并澆水降溫。

2.2 承臺(tái)分層施工

大體積混凝土的澆筑方法宜選擇分層澆筑，混凝土澆筑塊的平面尺寸越大，所受到的外部約束作用越強(qiáng)，大體積混凝土澆筑塊的平面尺寸越小越好，以有效增加散熱面積和時(shí)間，利于溫度控制。本橋索塔承臺(tái)厚為6 m，分2層分別進(jìn)行施工，每次澆筑厚度為3 m。承臺(tái)選擇分層澆筑，各層澆筑應(yīng)盡量縮短間隔期。

2.3 冷卻水管布置

冷卻水管合理地布置是大體積混凝土溫控中最為重要的手段，對(duì)升溫速率、降溫速率、內(nèi)外溫差的控制都是緊密相關(guān)，冷卻水管布置很大程度上也決定了溫度控制效果。根據(jù)本橋主塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸采用冷卻水管直徑為50 mm，水平間距為1.0 m，單個(gè)水管管路長(zhǎng)度小于200 m。冷卻水管層間距布置為(50 cm+100 cm×2+50 cm)+(50 cm+100 cm×2+50 cm)。索塔承臺(tái)冷卻水管布置如圖2所示。

圖2 索塔承臺(tái)冷卻水管布置圖(單位：mm)

2.4 冷卻循環(huán)系統(tǒng)

冷卻循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)原理：通過(guò)水泵將水箱中的水抽到分流器中，分流器通過(guò)自身水壓進(jìn)入到冷卻水管，冷卻水管中的水再流入到水箱，以此循環(huán)。在夏季施工時(shí)，冷卻循環(huán)系統(tǒng)水流量及水溫調(diào)整措施如下：①混凝土升溫階段：?jiǎn)胃鋮s水管流量為3 m3/h，在承臺(tái)混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土距離冷卻水管20 cm開(kāi)始通江水，提前讓冷卻水管預(yù)冷，從某種意義上來(lái)說(shuō)也是降低了入模溫度，另外無(wú)需循環(huán)直接通江水，可以最大程度上削減溫度峰值；②混凝土降溫階段：?jiǎn)胃鋮s水管流量為1.0 m3/h，再結(jié)合承臺(tái)內(nèi)部溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況對(duì)進(jìn)水溫度做相應(yīng)調(diào)整。為了降低水管周圍的溫度梯度和減小溫度應(yīng)力，進(jìn)水溫度與芯部溫度溫差控制在20℃以內(nèi)，這樣可使承臺(tái)內(nèi)部緩慢均速降溫，以免降溫太快產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。

2.5 保溫保濕措施

溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力是大體積混凝土表面裂縫產(chǎn)生的主要原因，對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)可以減小混凝土的內(nèi)外溫差[2]。本橋索塔承臺(tái)為水中承臺(tái)，采用雙層鋼圍堰進(jìn)行承臺(tái)施工。因在水中，濕度大，江水溫度低，承臺(tái)外部溫度會(huì)受到一定影響，從而會(huì)加快承臺(tái)外部散熱，導(dǎo)致內(nèi)外溫差逐步擴(kuò)大的難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境采取以下保溫保濕措施：①承臺(tái)側(cè)面采用的保溫措施為：承臺(tái)側(cè)面采用土工布將承臺(tái)整個(gè)側(cè)面包裹來(lái)進(jìn)行保溫，然后用彩膠布再包裹一層用來(lái)隔絕雨水，這樣就可以達(dá)到外保內(nèi)降的目的；②承臺(tái)頂面采用的保溫保濕措施為：采用1層塑料薄膜+1層土工布，另在承臺(tái)頂面覆蓋5 cm的循環(huán)水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)水的溫度與混凝土表面溫度不宜大于15℃，保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。如遇到氣溫驟降的情況，還需覆蓋土工布或其他保溫材料。

3 溫度計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

為保證溫度計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用MIDAS/Civil軟件建立有限元模型，對(duì)流邊界對(duì)于當(dāng)前夏季，承臺(tái)頂面擬采取保溫措施為：1層塑料薄膜+1層土工布。約束邊界為承臺(tái)墊層底部采用固結(jié)。收縮徐變按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)計(jì)算，承臺(tái)C40混凝土的熱學(xué)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表1，計(jì)算模型見(jiàn)圖3。

表1 混凝土熱學(xué)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)

圖3 三維有限元計(jì)算模型

3.2 溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

1)溫度場(chǎng)。按照擬采用的混凝土配合比的相關(guān)參數(shù)，承臺(tái)溫度總體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 溫度計(jì)算結(jié)果

如表2所示，承臺(tái)布置6層水管條件下于48 h出現(xiàn)溫峰：第一層混凝土溫峰值為57.7℃，溫升值為29.7℃，內(nèi)外溫差為14.5℃；第二層混凝土溫峰值為58.7℃，溫升值為30.7℃，內(nèi)外溫差為15.8℃；且承臺(tái)第一層和第二層混凝土溫度計(jì)算結(jié)果均滿足《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496—2009)要求。

2)應(yīng)力場(chǎng)。承臺(tái)應(yīng)力總體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

如表3所示，第一層混凝土在升溫階段的最大主拉應(yīng)力為1.79 MPa，降溫階段最大主拉應(yīng)力為0.97 MPa；第二層混凝土在升溫階段的最大主拉應(yīng)力為2.04 MPa，降溫階段最大主拉應(yīng)力為1.37 MPa；在升溫階段和降溫階段計(jì)算應(yīng)力值均小于容許應(yīng)力值，且對(duì)應(yīng)齡期混凝土抗拉強(qiáng)度與計(jì)算最大拉應(yīng)力比值均大于規(guī)范值1.15，抗裂安全安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，承臺(tái)不會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

4 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

混凝土溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)是大體積混凝土溫控工作最為重要的內(nèi)容之一。需要結(jié)合溫度場(chǎng)的分布特征，通合理布置一定數(shù)量的溫度傳感器，監(jiān)測(cè)大體積混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)變化情況，以指導(dǎo)溫控措施的實(shí)施或調(diào)整，使溫控指標(biāo)滿足規(guī)范要求[3]。溫度元件采用智能型溫度傳感器，溫度測(cè)量為-40℃～125℃。測(cè)試儀器采用溫度自動(dòng)采集儀，儀器配置無(wú)線傳輸模塊后，通過(guò)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，并形成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。承臺(tái)溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置，應(yīng)充分考慮混凝土內(nèi)部冷卻水管的實(shí)際分布情況、溫度場(chǎng)特征及結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，選取1/4結(jié)構(gòu)作為監(jiān)測(cè)區(qū)域，共布置6層溫度測(cè)點(diǎn)。

5 溫度控制成果

本文僅列出索塔承臺(tái)第二層混凝土溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，承臺(tái)第二次澆筑溫度測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線見(jiàn)圖4。根據(jù)主塔承臺(tái)第二層混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，混凝土澆筑后46 h，內(nèi)部中心測(cè)點(diǎn)Y2-1溫度達(dá)到最高溫度為72.9℃?？紤]實(shí)際環(huán)境溫度的差異性，溫峰到達(dá)時(shí)間、內(nèi)部最高溫的分布、溫峰值基本與溫度計(jì)算結(jié)果基本符合。在整個(gè)溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程中，實(shí)測(cè)里表溫差在6.9℃～23.7℃，冷卻水管進(jìn)出口溫差在0.9℃～5.6℃，混凝土實(shí)際絕熱溫升小于50℃，內(nèi)部最高溫度小于75℃，內(nèi)外溫差小于25℃，均都滿足規(guī)范要求。

圖4 承臺(tái)第二次澆筑溫度測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖

6 結(jié) 論

由于本橋索塔承臺(tái)在夏季高溫時(shí)節(jié)施工，溫度在各方面控制難度大。主塔承臺(tái)根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸等特點(diǎn)，從入模溫度控制、承臺(tái)分層施工、冷卻水管布置、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、承臺(tái)保溫保濕等主要溫度控制方面，合理制定較全面的溫度控制體系。在索塔承臺(tái)大體積混凝土溫度控制過(guò)程中，大體積混凝土表面均未出現(xiàn)明顯有害裂縫。對(duì)于大體積混凝土溫度控制而言，制定合理詳細(xì)的溫度控制措施，再結(jié)合動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，這樣才能達(dá)到最為理想的溫度控制效果。本橋承臺(tái)溫度控制可為類似橋梁的承臺(tái)溫度控制提供參考。

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