張旭東

(中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 063000)

1 工程概況

隨著我國橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，斜拉橋逐漸成為大跨度跨江跨河橋梁建設(shè)的首選。贛州贛江特大橋主橋（35+40+60+300+60+40+35m）采用雙塔式混合梁斜拉橋，施工工藝復(fù)雜、難度大、工期緊，且處于通航河道施工，是昌贛鐵路客運(yùn)專線的控制性工程。主墩35#、36#主塔承臺采用帶系梁的分離式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸為47.24m×20.7m×4.5m，采用C40 混凝土，設(shè)計方量為3 118m3。施工工期在夏季高溫季節(jié)，環(huán)境氣溫最高達(dá)41℃。

主墩承臺為啞鈴形承臺，分為2 個臺座和1個系梁3 個單元兩次進(jìn)行澆筑。首先進(jìn)行系梁施工，系梁澆筑完成后馬上進(jìn)行2 個臺座的施工。系梁底部增設(shè)劃移隔離層，滑移層采用塑料薄膜，施工系梁前清掃系梁位置墊層，然后鋪設(shè)塑料薄膜，每側(cè)所料薄膜寬出系梁尺寸20cm。系梁左右兩側(cè)各多澆筑20cm，確保系梁兩側(cè)深入臺座20cm。

2 溫度控制方案

2.1 混凝土配合比設(shè)計的優(yōu)化

在承臺C40 混凝土配合比設(shè)計中，采用低水化熱甚至水化熱產(chǎn)生均勻的膠凝材料，并摻加粉煤灰與礦粉混合膠凝材料。粉煤灰和礦粉的產(chǎn)物產(chǎn)生的水化熱和水泥水化熱可以延長混凝土水化熱的完全釋放時間，降低混凝土溫升的幅度和峰值。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)物防腐設(shè)計要求，贛江特大橋主墩承臺混凝土水膠比為0.36，配合比及性能見表1。

表1 混凝土配合比及性能

2.2 冷卻水管布置

承臺中預(yù)埋水管，利用水管中循環(huán)流動的冷水降低混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱。同時布置合理的測溫元件，及時監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度。

承臺冷卻水管單根采用回形布置(圖1)，上下兩層水平垂直方向布置。承臺混凝土垂直方向分4 層，每層間距100cm，底層至頂層冷卻管距混凝土表面為75cm。根據(jù)建模計算承臺每個底座每層布置兩個回路。每個回路設(shè)置進(jìn)、出水口各1 個。在棧橋平臺設(shè)置集水箱，冷卻用水在水箱中循環(huán)利用，以防降溫過快，當(dāng)需要提高降溫速率時采用在水箱中加入冷水的方式緩慢降低水溫。

圖1 承臺冷卻水管布置圖

承臺系梁4 個內(nèi)箱頂部分別預(yù)埋2 個直徑10cm PVC 管分別作為冷卻水進(jìn)水口、出水口，系梁底部倒角位置分別預(yù)埋一個帶開關(guān)的直徑10cm PVC 管作為內(nèi)向排水口。待承臺澆筑結(jié)束混凝土初凝后在系梁內(nèi)箱注水降溫，溫度過高時通過出水口排水，入水口注水的方式緩慢降低水溫，達(dá)到系梁部位混凝土降溫的目的。承臺養(yǎng)護(hù)結(jié)束后打開排水口開關(guān)將內(nèi)箱中養(yǎng)護(hù)用水排除，最后將進(jìn)水口、出水口、排水口PVC 管清除鑿毛，采用同強(qiáng)度混凝土砂漿封堵。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢后，及時進(jìn)行表面抹灰和收漿，并開始養(yǎng)護(hù)?；炷两K凝后，冷卻水管和系梁內(nèi)箱及時放通水養(yǎng)護(hù)。

為保證承臺混凝土表面與環(huán)境溫差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，冷卻管循環(huán)水平平臺集水箱應(yīng)循環(huán)使用，環(huán)境與混凝土內(nèi)部溫差≤20℃。隨時觀察測量混凝土表面及冷卻水溫度，必要時向冷卻水箱加冰。

3 溫度控制

3.1 溫度控制指標(biāo)

混凝土澆筑體表面與大氣溫差≤20℃?；炷翝仓K體的里表溫差≤25℃。混凝土澆筑體的降溫速率≤2.0℃/d。

3.2 測溫點(diǎn)布置

用預(yù)埋測溫元件采集混凝土溫度，測溫點(diǎn)布置如圖2，每個點(diǎn)從上到下布置3 個測溫點(diǎn)，頂上測溫點(diǎn)深度距承臺頂為5cm，底部測溫點(diǎn)埋入深度距承臺頂為445cm，中間測溫點(diǎn)埋入深度距承臺頂為225cm，采用測溫儀對混凝土內(nèi)部及表面溫度進(jìn)行監(jiān)控。

圖2 測溫點(diǎn)布置圖

3.3 溫度監(jiān)測頻率

混凝土澆筑完畢后7d 內(nèi)，晝夜溫度監(jiān)測不少于8 次/d；7～15d 內(nèi)監(jiān)測不少于2 次/d。監(jiān)測頻率可根據(jù)測得的溫度變化率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。溫度由測溫儀收集并記錄詳細(xì)。

4 主塔承臺水化熱溫度和應(yīng)力分析

4.1 計算模型

贛州贛江特大橋主橋承臺采用設(shè)置系梁的分離式結(jié)構(gòu)，尺寸20.7m×47.24m×4.5m?；炷翗?biāo)號為C40?；炷劣昧? 177m3。采用MIDAS 軟件建立有限元模型，均采用六面體單元，如圖3 所示。模型中地基平面輪廓尺寸比封底混凝土大5.0m，厚度取8.0m，封底混凝土和承臺按實際尺寸。

圖3 主塔1/2承臺有限元模型圖

承臺冷卻水管路單層采用回形布置，如圖4所示。上下兩層水平垂直方向布置，承臺混凝土垂直方向分為4 層，層間距為100cm，底層和頂層冷卻管距混凝土面為75cm。每層冷卻管各設(shè)置一個進(jìn)水口一個出水口。

4.2 基本參數(shù)

泥質(zhì)砂巖地基、封底混凝土以及承臺混凝土熱特性見表2。

圖4 主塔1/2承臺冷卻管布置模型圖

表2 泥質(zhì)砂巖地基、封底混凝土以及承臺混凝土材料熱特性值

4.3 冷卻管參數(shù)

冷卻管內(nèi)徑?41mm，與混凝土的對流系數(shù)值為319.55kcal/(m2hr℃)。冷卻管內(nèi)冷卻水采用自然河水，流入溫度20℃，流量2m3/h?；炷翝仓瓿珊螅皶r通水，通水時間為360h。

4.4 水化熱及絕熱溫升計算

4.4.1 最大水化熱計算

式中Q3——在齡期3d 時的累積水化熱，kJ/kg；

Q7——在齡期7d 時的累積水化熱，kJ/kg。

興國南方水泥廠所提供P.O42.5 水泥水化熱試驗數(shù)據(jù)：Q3為235kJ/kg，Q7為284kJ/kg，代入式(1)中得Q=336.65kJ/kg。

4.4.2 最大絕熱溫升計算

式中K——混凝土最大絕熱溫升，℃；

mc——混凝土中水泥用量，kg/m3；

F——混凝土活性摻合料用量，kg/m3；

κ——摻合料折減系數(shù)，取0.25；

Q——水泥28d 水化熱，kJ/kg，取推算值Q=336.65kJ/kg；

ρ——混凝土密度，取實際質(zhì)量；

c——混凝土比熱，取0.97。

將表1 中配合比優(yōu)化數(shù)據(jù)代入公式(2)得：絕熱溫升K=42℃。

4.5 計算結(jié)果

1）混凝土最高溫度及溫度變化 如圖5 所示，承臺中心節(jié)點(diǎn)1262 號混凝土澆筑入模時溫度為20℃，48h 后溫度上升至48.3℃，然后逐漸下降?；炷翝仓?20h 后，節(jié)點(diǎn)1732 號溫度達(dá)到59.5℃，為最高點(diǎn)溫度，出現(xiàn)在系梁倒角內(nèi)表面和系梁橫隔板處，然后緩慢下降。

圖5 承臺混凝土溫度變化曲線圖

2）最大應(yīng)力及應(yīng)力變化 如圖6 所示，節(jié)點(diǎn)2770 號混凝土最大主拉應(yīng)力為1.35MPa，出現(xiàn)在系梁縱向中心線處?；炷翝仓瓿?00h 后，主拉應(yīng)力開始超越允許抗拉強(qiáng)度，相對于極限抗拉強(qiáng)度（2.7MPa）來說，仍存在2 倍的安全儲備。

圖6 主拉應(yīng)力和允許抗拉強(qiáng)度曲線

5 結(jié)論

贛州贛江特大橋35#主塔承臺在2017 年7月進(jìn)行施工，在澆筑完成后養(yǎng)護(hù)過程中，通過測溫原件測得的數(shù)據(jù)承臺最高溫度為61℃，與計算結(jié)果基本相符，大體積承臺混凝土的溫度裂縫控制在可控范圍內(nèi)，積累了復(fù)雜地質(zhì)水文及高溫環(huán)境條件下水中大體積承臺的大量施工數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗。

1）通過配置低水化熱混凝土配合比，采用加密冷卻水管設(shè)置冷卻水循環(huán)水箱，水箱內(nèi)加冰的方法，解決了混凝土在硬化過程中水化熱過高而造成混凝土開裂的難題。

2）通過模擬計算，分析混凝土在澆筑過程溫度和應(yīng)力變化值，合理布置測溫點(diǎn)，加強(qiáng)溫度監(jiān)控，有效控制了承臺的施工質(zhì)量。