李莘哲，李玉彬，馬瀾錦

(1.廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西欣港交通投資有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

懸索橋重力式錨碇錨體承受主纜傳遞的巨大拉力，錨體自身結構尺寸大，因此分層澆筑方量也大，屬于大體積混凝土[1]。錨體大體積混凝土一般外露在空氣中，受外部環(huán)境干擾大，水化熱控制不當、養(yǎng)護不到位都極易產(chǎn)生溫度裂縫或干縮裂縫。大體積混凝土施工過程中，溫控數(shù)據(jù)往往呈現(xiàn)核心混凝土降溫速率緩慢、周邊混凝土降溫速率快的情況，容易產(chǎn)生內(nèi)表溫差超限情況。要達到良好的溫控效果，防止大體積混凝土開裂，總體溫控要遵循“外保內(nèi)降”的原則。本文通過對龍門大橋大體積異形錨體進行溫控防裂難點及水化熱分析，提出溫控防裂措施，為今后類似項目提供借鑒。

1 工程概況

龍門大橋東錨碇錨體從功能、受力、施工等方面可分為錨塊、散索鞍支墩、前錨室、后錨室等部分。

由于錨體各尺寸都很大，為避免錨體大體積混凝土澆筑完成后出現(xiàn)收縮裂縫和溫差裂縫，采取分層分塊澆筑錨體大體積混凝土的方法，錨體水平分塊之間設置后澆段，后澆段混凝土需添加膨脹劑，補償混凝土收縮形變。

前、后錨面距離為20.0 m，理論散索點至前錨面距離為24 m，理論散索點到支墩底面(混凝土面)的垂直距離為39.7 m。錨塊順橋向長51.6 m，橫橋向?qū)?0.6 m，高28.18 m。在錨塊內(nèi)部后錨面設置有后錨室。散索鞍支墩高38.01 m，支墩底面平面尺寸為21.36 m×26.81 m。前錨室由側墻、底板、頂板及前墻組成。側墻及底板厚度為1 m。建立錨碇有限元模型如圖1所示。

2 溫控防裂難點分析

(1)錨體為異形結構，自身有各種倒角和坡率，其每層澆筑高度為2～3 m，側面尺寸隨時在改變，給溫控和

圖1 錨碇有限元模型圖

養(yǎng)護帶來較大難度。

(2)錨體澆筑方量較大(60 030 m3)，混凝土水化熱反應引起的絕熱溫升非常高，混凝土溫控措施[2-5]不到位時，極易因內(nèi)表溫差大導致混凝土開裂。

(3)橋址所在地風速較大，暴露面保濕養(yǎng)護較難控制，容易因水分蒸發(fā)過快導致收縮開裂；預計施工期在夏季，環(huán)境溫度高，最高溫度不易控制。

(4)橋址地處海洋環(huán)境，受氯離子侵蝕、干濕循環(huán)作用、海浪沖擊、海洋濕熱氣候影響，對大體積混凝土抗裂要求較高。

(5)混凝土澆筑質(zhì)量受施工過程中多種因素影響，極易使混凝土內(nèi)部溫度的發(fā)展過程偏離預期狀態(tài)，超出溫控指標范圍，引發(fā)溫度裂縫，需對混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展實時監(jiān)控，及時預警施工中實際溫度與預期狀態(tài)間的較大偏差，控制其在容許范圍內(nèi)，以滿足溫控設計的要求。

3 仿真計算方法及模型

3.1 材料力學及熱學參數(shù)

錨碇錨體混凝土設計強度等級為C40，混凝土配合比設計見下頁表1。混凝土力學性能、物理熱學參數(shù)根據(jù)混凝土配合比進行計算并參考工程經(jīng)驗進行取值，結果見下頁表2。

表1 C40 錨碇錨體混凝土配合比設計表(kg/m3)

表2 仿真材料力學及物理熱學性能相關參數(shù)一覽表

3.2 模型參數(shù)

錨體中錨塊部分占據(jù)了主導地位，以錨塊為例進行溫控計算，結果可推廣應用于散索鞍支墩。錨塊具有對稱性，取一半進行計算。

約束條件：底部取等效對流邊界與基礎混凝土換熱，與空氣接觸的部分采用對流邊界與空氣換熱。如圖2所示。

圖2 錨塊大體積混凝土網(wǎng)格剖分圖

3.3 邊界條件

(1)錨碇頂板頂部設置固定邊界及恒定溫度為30 ℃。

(2)混凝土上表面與空氣對流換熱，無保溫措施時對流換熱系數(shù)為 54.094 kJ/m·hr·℃。

3.4 澆筑條件

(1)設置錨塊混凝土澆筑溫度為30 ℃。

(2)錨碇基礎施工在 2022年3月至2022年10月期間進行，澆筑大氣溫度偏不利工況，取35 ℃，見圖3。

圖3 欽州市月平均氣溫曲線圖

3.5 工況設置

基于上述初始條件和邊界條件，設置了兩種工況進行計算，如表3所示。

表3 計算工況設置表

4 溫控仿真結果分析

錨體結構尺寸下大上小，其最下面幾層混凝土方量最大，水化熱溫差效應最明顯。澆筑錨體錨塊第一層混凝土時，底部錨碇基礎頂板混凝土放置時間已有 1個月以上，混凝土溫度接近大氣溫度，因此頂板混凝土對錨塊第一層混凝土的溫度影響不大。而澆筑錨塊第二層混凝土時，第一層的混凝土中心熱量未完全釋放，因此澆筑第二層混凝土的溫控難度最大。這里以澆筑錨塊第二層混凝土為例進行分析，根據(jù)設定的計算模型和計算條件，得出計算結果見圖4。

(a)工況1

(b)工況2

(1)在工況 1 條件下，錨塊第二層大體積混凝土中心最高溫度可達75 ℃，里表溫差將超過45 ℃，不符合相關規(guī)范要求；在工況2條件下，錨塊大體積混凝土中心最高溫度為70 ℃，最大里表溫差約8 ℃，符合相關規(guī)范要求。

(2)對比工況1和工況2可以發(fā)現(xiàn)，設計的水管布置(水平間距1.5 m×層間距1.5 m)可以降低大體積混凝土內(nèi)部最高溫度(降低5 ℃)，減少內(nèi)表溫差。

(3)分析工況1可以發(fā)現(xiàn)，在下一層混凝土開始澆筑前，已澆筑層混凝土的內(nèi)部溫度會緩慢降低，但是在下一層混凝土開始澆筑之后，已澆筑層混凝土溫度幾乎不變，熱量積聚在混凝土內(nèi)部無法有效消散；在工況2條件下，預埋的冷卻水管可以快速帶走混凝土內(nèi)部的熱量，在下一層混凝土開始澆筑前將內(nèi)部溫度降至較低水平。

(4)分析工況2可以發(fā)現(xiàn)，下一層混凝土開始澆筑后，已澆筑層混凝土內(nèi)部溫度會短期升高再降低，因此冷卻水管通水應該持續(xù)到下一層混凝土開始澆筑時。

5 結語

(1)錨體總體溫控要“外保內(nèi)降”。內(nèi)部需設置冷卻水管，冷卻水管通水可以采用智能溫控系統(tǒng)，實時監(jiān)測反饋溫控情況，實現(xiàn)個性化通水換向控制。外側受斜面、倒角影響，可以采取帶模外掛碘鎢燈保溫處理；頂面可以采取蓄水保溫、保濕處理。

(2)針對本工程錨體大體積混凝土的特點以及當?shù)貧夂驐l件，需盡量降低混凝土澆筑溫度，入模溫度≤26 ℃。錨體側面拆模時間≥7 d，以減少混凝土過早暴露失水而引起收縮開裂。

(3)混凝土應按海工混凝土配合比設計，嚴格控制混凝土氯離子擴散系數(shù)，保證混凝土的耐海洋環(huán)境腐蝕性能。

(4)施工過程必須做好溫度探頭埋設和溫度監(jiān)測，溫度數(shù)據(jù)采集應智能信息化，通水時間宜根據(jù)現(xiàn)場混凝土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)確定，但至少持續(xù)兩個澆筑層的施工時間。