斜拉桥塔座大体积混凝土温控设计及防裂措施

来源:用户上传      作者: 孙福强

　　【摘要】大体积混凝土在施工过程中往往因温度收缩应力而导致混凝土产生有害的表面裂缝和贯通裂缝，这类有害裂缝的控制在国内外都是一项技术难题。本文以泰州引江河特大桥（斜拉桥）塔座大体积混凝土施工为例，从大体积混凝土温控设计和防裂措施两大方面进行了计算分析与探讨，提出了塔座混凝土温控标准和防控裂缝的措施，期望能为同类工程的施工建设给予一定帮助。
　　【关键词】塔座、大体积混凝土、温控设计 温度计算 防裂措施 冷却水管
　　1、概述
　　 泰州引江河特大桥位于引江河与新通扬运河汇流口处，上跨三级航道新通扬运河和宁启铁路，北接江海高速，南联泰州港。桥梁全长2.3公里，总投资2.4亿元。大桥主桥为独塔单索面钢筋砼梁斜拉桥，桥跨布置为43+117+185米。大桥主墩承台上布设一座棱台型塔座，塔座位于新通扬运河北岸，塔座上下面均为正八边形。塔座顶面和底面平面尺寸分别为18m、21m，高2.5m，塔座设计为C50混凝土，设计方量为792.2m3。
　　2、温控设计
　　 结合大体积混凝土配合比、水泥水化热试验，通过温度计算和温控设计，制定温控标准与温控方案;在施工过程中，通过温度监测等工作指导温控方案的实施，从而保证温控效果，控制温度裂缝的产生。
　　2.1绝热温升计算
　　（1）绝热温升计算与相关参数
　　 a、水泥28天的水化热为
　　 b、混凝土比热
　　 c、混凝土绝热温升计算：
　　
　　 其中：
　　
　　 ―龄期（d）
　　 计算结果如下：
　　 1-30（d）绝热温升计算结果表
　　
　　
　　
　　
　　2.2混凝土中心温度计算
　　 塔座浇筑时间在8月份左右。根据桥位区的气候监测资料，8月份的历年平均气温为20℃。浇筑温度定位T0=20℃。在考虑冷却降温的条件下，混凝土中心温度的计算公式为：
　　
　　 其中：冷却水管降温幅度为0.5℃/d。
　　 计算结果如下：
　　 3、6、9……30（d）混凝土中心温度计算表
　　
　　
　　
　　2.3混凝土表层温度和平均温度
　　 塔座顶面采用循环水蓄水养护，深度为10cm，计算公式如下：
　　
　　 其中：
　　 ―施工期大气温度，为20℃。
　　 ―混凝土计算厚度（m）
　　
　　 ―混凝土实际厚度（m），2.5m
　　 ―混凝土虚厚度（m）
　　
　　
　　（1）混凝土表面模板计保温层的传热系数
　　（2）混凝土虚厚度
　　（3）混凝土计算厚度
　　（4）混凝土表面温度
　　备注：―混凝土中心温度（℃）
　　（5）混凝土平均温度：
　　
　　 计算结果如下：
　　
　　
　　2.4塔座混凝土温度控制标准
　　 通过上述温度设计计算与分析，建议塔座混凝土温度控制标准：混凝土的上下层温差应不超过20℃;混凝土内表温差应≤25℃;混凝土降温速率不超过2℃/天。
　　3、塔座混凝土防控裂缝的措施
　　 为有效控制塔座混凝土有害裂缝的产生，必须从控制混凝土水化升温、内表温差、减少混凝土收缩变形、提高混凝土抗裂能力、配筋等方面考虑，采取综合的防控措施。
　　3.1降低混凝土的水化升温
　　 （1）优化混凝土配比：选用低水化热水泥并采用双掺技术，掺入优质粉煤灰，降低水泥用量，掺入高性能缓凝减水剂，延缓混凝土的初凝时间。
　　 （2）降低混凝土拌和、浇筑温度：水泥提前6d入罐，延长水泥的存放时间，降低水泥的拌和温度;预冷集料，堆高骨料，堆放时间为5d以上，避免骨料在日照下温度回升;采用地下水拌和混凝土;加快混凝土运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升;选择低温时段浇筑，混凝土浇筑尽量安排在夜间或阴天施工。
　　 （3）塔座混凝土分层浇筑，水平分层浇筑，每层铺筑厚度不超过30cm，加快混凝土的内部散热。
　　 （4）布设冷却水管，有效降低混凝土的内部温度。
　　 冷却水管设计布置2层，上下两层间距110cm，上、下层冷却管与塔座顶、底距离均为70cm，上下层冷却水管平面位置、间距、进水口、出水口布置详见图1与图2。
　　
　　 冷却水管采用Φ32×1.5mm黑铁皮管，进、出水口采用橡胶管连接;每层冷却水管单根最大长度≤220m，利于提高降温效果。各层水管的进、出口均设在塔座顶面，且伸出塔座30～50cm;冷却水采用深层江水，集水箱沉淀过滤，减少泥沙含量，同时集水箱内设进水泵、压泵各一台，压泵压水进入冷却水管，以保证水的流速和流量，确保降温效果;根据塔座混凝土内外温差监测情况控制通水时间和压力，在通水冷却完毕后，采用同标号的水泥净浆压入冷却管内。
　　 3.2其他防控裂缝措施
　　 （1）提高混凝土抗裂能力：采用级配良好的粗骨料，控制砂石含泥量，提高混凝土抗裂能力;配置防裂钢筋，在塔座四周和顶面布置防裂定型钢筋网（带肋筋φ8mm@10×10cm），减小混凝土收缩裂缝的宽度。
　　 （2）保证混凝土密实性：加强混凝土的振捣，振捣棒插入下层混凝土5～10cm，移动间距不超过振捣器作用半径的1.5倍，与侧模保持5～10cm的间距，避免碰撞钢筋、预埋件、模板，应特别加强顶板和模板周边的振捣。
　　 （3）混凝土顶面处理：在混凝土浇筑后初凝前用木刮尺进行刮平，木泥抹打磨压实，最后用铁抹收光压实。在施工过程中，为防止混凝土表面裂纹的出现，可采用平板振捣器进行二次振捣、增加混凝土收面、压光遍数等办法。
　　 （4）混凝土表面蓄水、保温养护，确保混凝土表面缓慢降温，避免温度骤降，有效控制混凝土内表温差。
　　 a、混凝土终凝后顶面开始蓄水养生，水深不小于10cm，蓄水养护4～5d。顶面蓄水养护完毕后，覆盖塑料薄膜保湿并加盖双层土工布或双层草袋保温养护。养护时间不少于20d。
　　 b、塔座周边模板：在混凝土浇筑前，采用塑料泡沫板镶嵌保温;模板拆除后，混凝土表面贴塑料薄膜然后再裹厚油布保温。
　　 4、结语
　　 （1）基于混凝土绝热温升、中心温度、表层温度、平均温度等温控设计计算，提出了科学、有效的塔座混凝土温度控制标准;
　　 （2）结合以往多年类似工程的施工实践经验，提出了优化配比、降低混凝土拌和与浇筑温度、分层浇筑、布设冷却水管、保证混凝土密实性、混凝土表面蓄水与保温养护等塔座大体积混凝土防裂的详细措施;
　　 （3）综上所述通过温控设计与防裂措施，泰州引江河特大桥（斜拉桥）塔座大体积混凝土施工进行了理论和实践上的初步探讨，施工时精心组织、严控标准、落实各项防裂具体措施，最终塔座大体积混凝土未出现有害裂缝，取得了良好的经济效益和社会效益。
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