西堠门大桥锚碇温控-大体积混凝土温度裂缝控制技术
杨宁 曾旅中
【摘 要】选择某座大跨度悬索桥锚碇的锚块大体积砼施工实例，利用MIDAS软件建立了该桥锚碇锚块大体积砼温控数值计算模型，以温控数值计算结果为判别依据确定了锚碇锚块大体积砼分层分块及保温温控施工方案，对锚碇锚块大体积砼施工全过程进行实时温度监测与调整，实现了锚碇锚块大体积砼的信息化施工，根据实时监测温度及时调整冷却水通水和保温保湿养护等温控措施。该桥锚碇锚块大体积砼浇注完成，其各结构层未出现温度裂缝。
【关键词】桥梁工程；大跨度悬索桥；大体积砼；锚碇；温控
0 前言
大体积砼施工规范规定：砼结构物最小尺寸不小于1m的大体量砼，或预计会因砼中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的砼为大体积砼[1]。工程师对大体积砼问题的关注，是从对大型水坝的施工质量控制开始的，国外开展的系统研究较早。自1930年后，工程师们开始注意大体积砼的裂缝问题，并且认识到温度梯度引起的温度应力是大体积砼裂缝产生的根本原因。1933年美国在建造221m高的胡佛坝时，对大体积砼进行研究，实施了多项温控技术措施，取得了良好的温控效果。至20世纪60年代，大坝砼的温控已经取得了较多的研究成果，形成了一套比较有效的防裂措施[2-7]。我国大体积砼水工工程的建设起步相对较晚，从20世纪50年代开始重视研究大体积砼的温度裂缝问题，温控技术发展迅速，日趋成熟[8-10]。应用于三峡工程坝体建设取得了成功。在桥梁工程中大体积砼也广泛应用。由于大跨径桥梁中应用的大体积砼结构的砼配合比、结构形状与约束条件等都与坝体工程中的大不相同，国内对桥梁工程大体积的温控防裂技术的研究也有不少。国内已建成的大跨径桥梁中，少部分大跨桥梁虽然在大体积砼施工中也采取了一些温控技术措施，但仍出现了一些温度裂缝[11]。桥梁结构一旦出现了超过一定宽度的裂缝，轻则导致结构钢筋生锈，保护层脱落，需要局部修补加固，重则可能导致桥梁结构倒塌，威胁人民生命和财产安全。本文以某大跨度悬索桥锚碇大体积砼施工为背景，按照预测时间和天气进行温控预测计算，根据计算结果提出并修正大体积砼温控方案，为该桥锚碇大体积砼施工提供技术支持。
1 工程背景
该桥为单跨简支大跨悬索桥，其跨径布置为200+856+190m。该桥主缆的矢跨比为1/10，主梁钢桁梁全长为854m，索塔为门式框架结构，该悬索桥两岸均采用了重力式锚碇。立面布置见图1。
该桥两岸锚碇均分为左、右两幅。一岸锚块高32m，采用C30砼，分17层浇筑，平面最大尺寸为31.5×46m，浇筑厚度分为1.5m×2层、2.0m×13层、1.5m×2层。砼一次浇筑的最大方量为1383.6 m3。其分层情况见图4和表2。另一岸锚块高29m，采用C30砼，分16层浇筑，平面最大尺寸为30.5×56.7m，浇筑厚度分为2m×6层、1.5m×4层、2m×4层、1.5m×2层。散索鞍基础高23.5m，采用C40砼，分13层浇筑，浇筑厚度分为1.5m×2层、2.0m×2层、1.5m×2层、2.0m×2层、2.0m×4层、1.5m×1层。砼一次浇筑的最大方量为1644.6 m3。一岸锚碇分层浇筑示意见图2。锚块采用C30砼，采用的配合比见表1，散索鞍支墩采用C40砼，限于篇幅其配合比略。
2 温控数值分析
2.1 数值模型参数的确定
（1）砼弹性模量
测得砼弹性模量值见表2所示。
（2）砼的抗拉强度
测得砼的劈裂抗拉强度与轴拉强度见表3所示。
（3）砼的绝热温升
做了混凝土绝热温升试验，得到水泥的水化热见表4所示。
（4）冷却水管布置参数
砼内部设置管冷，管冷水平间距和竖直间距一般均为0.75m。管冷计算参数取值见表5。
（5）砼的热力学参数
通过查阅相关文献和参考资料[9-11]，砼的热力学参数取值见表6。
（6）大气气温
温控方案确定时工地大气气温参考了该地区气象站测量得到近四年的月平均气温和月最低、最高气温资料；而在实时温控计算时，大氣气温取实测值。
（7）砼的入模温度
温控方案确定时砼入模温度取大气气温减3度；而在实时温控计算时，入模温度取实测值。
2.2 数值模型
采用MIDAS软件对该锚碇锚块进行温控计算时根据对称性取1/2结构建模。采用实体单元模拟锚碇锚块，一岸锚碇共计21648个单元，27508个节点。一岸锚碇锚块单元模型见图3，锚碇冷却水管的模拟示意图见图4。
3 施工现场温控监测
3.1 现场温控监测流程
锚块砼温控过程中，为实时掌握温控信息，检查效果，便于实时调整温控的措施，在砼浇筑时进测量了每层砼入模温度，在砼浇筑后也实时测试块体砼浇筑层内部温度、表面温度、降温速率和大气温度。其温控监测流程见图5。
施工现场测量得到的温控数据能及时提供信息反映大体积砼浇筑块体内表温差和降温速率等实际参数及所采取温控技术措施的效果，为技术人员在温控时采取温控对策提供依据。
3.2 砼各层温度测点布置
根据锚碇锚块特点，每个砼层温度测点在1/4范围布设。布设测点时要考虑到每层砼块体浇筑时间不一致，并在各层区域均匀布置，测点布设中心区为重点区域。某结构层砼的温度测点见图6，所有各砼层的温控测点布设参考此层。
3.3 测量内容和频率
各砼层大体积砼施工前后需测试的内容及其要求见表7。
3.4 温控措施
在锚碇块体砼浇筑前后，要根据实时温度测量结果相应地采取措施：
（1）大体积混凝土施工尽量选取中低热水泥，并尽量在配合比试验时降低水泥用量。
（2）在温度较高的夏季，大体积砼拌合用水应尽量采用大功率冷水机制备的冷水，而且在砼浇筑前也可用冷水机制备的冷水给石料降温。
（3）如果可能尽量选择较适宜的气温条件浇筑大体积砼，尽量避开高温时段，在炎热的夏季骨料应有防晒措施。
（4）砼浇筑完成即可通冷却水，直到砼中心处开始降温，则减少通水量，如减少一半；砼降温速率接近2.0℃/d，則停止通水，停水后若块体温度转为上升，则又通少量水。
（5）如果发现内表温差接近25℃或者降温速率接近2.0℃/d时，应立即采取保温措施：及时对砼表面进行覆盖，如果内表温差和降温速率还未改善，则应在覆盖层内布设碘钨灯为表面加热保温；块体砼侧面在拆模后悬挂保温材料。若遇到气温突降时，除对刚浇筑的砼层采取一定保温措施外，还应对20天龄期内的砼采取保温措施。
4 温度监测结果及分析
根据所测各砼层温度，绘制了各测站各个测点的温度实测曲线，限于篇幅选取一岸锚碇左幅锚块第3层砼3-B测站测点和CBM3温度实测曲线、另一岸锚碇左幅锚块第11层砼11-C测站测点温度和气温实测曲线见图7和图8。由图7和图8知，锚块各结构层砼温度都有比较快速地升温、降温和缓慢降温的典型过程，直至温度逐渐稳定下来。砼浇筑后2到3天即可达到温度峰值，并且持续时间均较短，一般约2～6小时后即进入降温阶段，降温阶段的降温速率非常容易超标，一方面要采取保温措施，另一方面，对降温速率的指标限值是否过于苛刻也值得研究和探讨；锚碇锚块砼浇筑完成，水泥水化热对砼的升温过程起决定性作用，约10天后砼温度变化曲线随大气气温变化出现一定变化，约15天之后变化趋平缓。
根据气温等实测数据，计算一岸右幅锚碇锚块6层主要温控指标汇总见表8。由表8可知，锚碇锚块的主要温控指标中，有3个砼层的降温速率稍大于规范推荐限值2.0℃/d；其余锚块结构层温控指标在推荐限值以内。其他各项指标也均在温控推荐限值以内。
除以上温控监测结果，在施工现场认真检查，未发现砼表面出现肉眼可见温度裂缝。
5 结论
（1）大体积砼施工前，应选用中、低热水泥，大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg，7d的水化热不宜大于270kJ/kg；适当减少每立方米混凝土中的水泥用量。使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料；掺加粉煤灰掺合料，可以有效的降低混凝土早期的水化热，降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。
（2）当混凝土浇筑体内部的降温速率接近2.0℃/h时，采用冷却水管出来的进行混凝土表面养生，如果降温速率仍无改善，停止通冷却水，如果停止通冷却水后降温速率仍然大于2.0℃/h，则外表面增加保温措施。
（3）在大体积混凝土施工和养护过程中，密切关注天气预报，如果遇到大雨或气温骤降的天气情况，及时在承台顶面和侧面增加棉被或防雨布，或增加表面保温层的厚度，因此施工方应准备好防雨布和保温层。
（4）该大悬索桥锚碇锚块未出现温度裂缝，所采用的温控技术可供同类的大体积砼施工借鉴。
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[责任编辑：朱丽娜]
