淺析廣東佛山平勝大橋大跨徑自錨式懸索橋錨塊混凝土裂縫控制技術(shù)

1、.淺析廣東佛山平勝大橋大跨徑自錨式懸索橋錨塊混凝土裂縫控制技術(shù) 摘要： 自錨式懸索橋梁自平衡受力體系中錨區(qū)混凝土的整體性是整橋受力體系的關(guān)鍵之一，本文通過(guò)對(duì)該橋錨區(qū)混凝土裂紋控制經(jīng)驗(yàn)描述，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識(shí)，盡量避免工程中出現(xiàn)危害性較大的裂縫，并提出了可行性的預(yù)防措施。 關(guān)鍵詞：自錨式懸索橋錨塊混凝土；溫度裂縫；混凝土配方；溫升；熱散；工藝控制；摸索 一、前言 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土的工程條件比較復(fù)雜，施工情況各異，再加上市場(chǎng)上原材料的材性差別也較大。平勝大橋大跨徑自錨式懸索橋錨塊混凝土，其構(gòu)造尺寸設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)受力更為特殊。索股錨固體是一個(gè)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土實(shí)體，它直接承受主纜的巨大拉力

2、，它具有體積大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，屬于特殊混凝土工程。錨塊作為橋梁重要受力構(gòu)體，其混凝土工藝性能及成品性能在施工中是一項(xiàng)重大課題，其中，解決該結(jié)構(gòu)混凝土水化熱裂紋控制問(wèn)題是施工的關(guān)鍵。本人根據(jù)實(shí)際工作情況，結(jié)合參與該結(jié)構(gòu)施工的施工體驗(yàn)、啟發(fā)、總結(jié)，試對(duì)佛山平勝大橋錨塊混凝土施工中的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)控制進(jìn)行淺析。 二、工程簡(jiǎn)介 廣東佛山平勝大橋的主橋是獨(dú)塔單跨四索面混合梁自錨式懸索橋，主跨350m，是當(dāng)時(shí)世界上最大跨度的自錨式懸索橋，是佛山市“一環(huán)”城市快速干線(xiàn)最大的控制工程。自錨式懸索橋在形式上與地錨式懸索橋相似，但其受力和施工方法卻有很大的不同，現(xiàn)成可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，在設(shè)計(jì)和施工中有許多問(wèn)題需要攻關(guān)

3、，主纜錨固處高標(biāo)號(hào)大體積混凝土不開(kāi)裂是本橋施工是否成功的關(guān)鍵之一。兩岸錨跨混凝土方量分別為8181m3、6017m3，構(gòu)造物高出地面十多米，其防開(kāi)裂控制技術(shù)也是本文所要分析的核心問(wèn)題。錨區(qū)與橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)系可見(jiàn)圖1所示。 常規(guī)大體積混凝土工程受外荷載引起裂縫的可能性很少，而平勝大橋錨區(qū)則例外，成橋及運(yùn)營(yíng)階段錨區(qū)都在承擔(dān)巨大外力，這就要求施工中有切實(shí)可行的措施來(lái)保證錨體混凝土不開(kāi)裂，盡量減少表面裂紋，拒絕深度開(kāi)裂或貫穿性裂紋。 三、錨塊混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)控制 3.1混凝土配方設(shè)計(jì) （1）錨區(qū)C50混凝土配合比原材選用原則按以下幾條控制： a、選用低水化熱品牌水泥； b、盡量減少水泥用量； c、摻入

4、適量?jī)?yōu)質(zhì)礦渣、粉煤灰代替水泥用量以降低水化熱； d、選用緩凝高效減水劑有效延緩水化熱峰值出現(xiàn)。 （2）錨區(qū)高性能大體積混凝土配合比，見(jiàn)表1： 錨區(qū)混凝土每方材料用量表 （單位：kg） 表 1 3.1.1水泥品種選擇和用量控制 （1）水化熱數(shù)值： 通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)幾種品牌水泥的比選后，選用了廣東省水化熱最低的珠江粵秀牌P.42.5R水泥，其3d及7d水化熱分別為236kJ/kg、243kJ/kg，比其它優(yōu)質(zhì)品牌同等級(jí)水泥約低1030kJ/kg。 （2）絕對(duì)溫升及混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算 計(jì)算珠江粵秀牌P.42.5R水泥絕對(duì)溫升： Tmax= (W×Q)/(C×) = (337&

5、#215;236) / (0.96×2500) = 33.1（°C） 公式中：Tmax絕對(duì)溫升(°C)；W水泥用量(kg/m3)；Q水泥水化熱(kJ/kg)；C混凝土比熱，取0.96kJ/(kg°C)；混凝土單位體積重量(kg/m3) 計(jì)算混凝土水化熱7天內(nèi)最高溫度： Tmax =Tmax×+=33.1×0.9+28=57.8（°C） 公式中：Tmax 混凝土最高溫度(°C)；散熱影響系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)最小值取0.9；入模溫度(°C) 按高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS104:99）的規(guī)定，混凝土內(nèi)部溫度不宜高于

6、75°C，計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)低于規(guī)定值，滿(mǎn)足錨區(qū)C50高性能混凝土施工要求。 （3）水泥用量 減少水泥用量的前提是可泵性及滿(mǎn)足配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。平勝大橋錨區(qū)中錨導(dǎo)管、鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道密集，要求設(shè)計(jì)坍落度控制為（220±20）mm，按自流平混凝土設(shè)計(jì)。減少水泥用量引起的坍落度損失由高效減水劑及優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦渣摻量來(lái)補(bǔ)償。而坍落度及強(qiáng)度是通過(guò)試配試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)考核?，F(xiàn)場(chǎng)坍落度實(shí)測(cè)值為230245mm，減去施工坍落度損失約520mm，符合本結(jié)構(gòu)自流平混凝土坍落度設(shè)計(jì)值，滿(mǎn)足泵送要求。從混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)：（20±2）°C，大于90%濕度統(tǒng)計(jì)來(lái)看，28d強(qiáng)度都超過(guò)設(shè)計(jì)

7、強(qiáng)度，并有一定的富余值。有關(guān)資料顯示：水泥用量每增減10kg，溫度亦相應(yīng)升降1°C，該配合比水泥用量比橋規(guī)最高值要求減少了163kg/m3，理論最高溫度也隨之降低16.3°C。 3.1.2外加劑和礦物摻合料選用 （1）外加劑 大體積混凝土所用的外加劑一般宜緩凝劑和減水劑并用或采用緩凝型減水劑。因?yàn)榫從齽┛墒顾嗟乃療後尫潘俣葴p慢，有利于熱量的消散，能使混凝土內(nèi)部的溫升有所降低，這對(duì)于避免產(chǎn)生溫度裂紋是有利的。另外，摻入一定量的高效緩凝減水劑能使混凝土的和易性有明顯的改善，若不減少拌合水，坍落度可提高100mm左右，混凝土28d強(qiáng)度可提高10%20%；若保持強(qiáng)度不變，可節(jié)約

8、水泥10%，從而降低水化熱。所以，選用合適的外加劑對(duì)平勝大橋錨區(qū)高性能（高標(biāo)號(hào)、低熱量、自流平）混凝土施工配合比設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的一環(huán)。近年來(lái)，高效減水劑科學(xué)發(fā)展是飛快的，市面上品種也較多，在這方面，華南理工大學(xué)吳少梅教授給了我們很多專(zhuān)業(yè)理論意見(jiàn)，結(jié)合本工程特殊條件，并通過(guò)試驗(yàn)最終采用了具有減水、保塑、緩凝、泵送等復(fù)合功能的緩凝高效減水劑KJ-5RL?；炷脸跄龝r(shí)間控制在1216h，坍落度為（220±20）mm，從使用效果來(lái)看是成功的。 （2）摻合料 平勝大橋錨區(qū)混凝土配比選用粵和廠(chǎng)的優(yōu)質(zhì)級(jí)粉煤灰58kg/m3，同時(shí)摻入115kg/m3的礦渣，進(jìn)一步降低水化熱，提高混凝土和易性。 大

9、體積混凝土摻入各種礦物摻合料，不僅可以減少水泥用量，而且可以改善混凝土的工作性能，有利于施工操作；同時(shí)，可以延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，有利于熱量的消散。因而也是一項(xiàng)控制溫度裂紋的有效措施。有資料表明，粉煤灰取代20%水泥，可使7d水化熱下降11%，取代30%水泥時(shí)下降25%。摻粉煤灰混凝土隨齡期的溫度變化可示于圖2。 3.1.3集料的選擇 集料占混凝土總質(zhì)量比例是最大的，所以正確選用砂石集料對(duì)保證混凝土質(zhì)量，節(jié)約水泥用量，降低水化熱和降低工程成本都是非常重要的。平勝大橋錨區(qū)混凝土是特殊混凝土工程，配合比設(shè)計(jì)中每一環(huán)節(jié)都是關(guān)鍵，對(duì)于集料來(lái)說(shuō)其級(jí)配和最大粒徑就是關(guān)鍵一環(huán)。 （1）粗集料 高標(biāo)號(hào)大體積混

10、凝土應(yīng)優(yōu)先選用自然連續(xù)級(jí)配的粗集料配制。連續(xù)級(jí)配具有較好的和易性、較少的用水量、節(jié)約水泥用量和較高的抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。而最大粒徑的選擇更為科學(xué)，因?yàn)槲覀兊脑囼?yàn)結(jié)果表明，采用540mm石子比采用520mm石子，每立方混凝土用水量可減少15kg左右，水泥用量可節(jié)約20kg，混凝土溫升可降低2°C，但是，粒徑增大容易引起離析現(xiàn)象，所以，粗集料選擇應(yīng)該有一個(gè)最佳的最大粒徑。這個(gè)參數(shù)不僅與施工條件有關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)物的形狀和配筋間距等有關(guān)，也就說(shuō)條件允許下最大粒徑可考慮大值。平勝大橋錨區(qū)結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)雜，鋼筋及各種預(yù)埋件密集，綜合考慮采用了525mm連續(xù)級(jí)配體積穩(wěn)定的碎石。 （2）細(xì)集料 與粗骨料分析

11、道理相似，細(xì)骨料最佳細(xì)度模數(shù)宜在2.62.9之間，因?yàn)檫^(guò)細(xì)用水量和水泥用量增大，過(guò)粗時(shí)混凝土和易性變差。該數(shù)值范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)中粗砂可顯著降低混凝土的溫升和減少混凝土的開(kāi)裂。 （3）集料的質(zhì)量要求 集料含泥量多少是影響混凝土質(zhì)量的重要因素。集料含泥量過(guò)大，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融、抗磨損及和易性都產(chǎn)生不良影響，尤其會(huì)增加混凝土的收縮，引起抗拉強(qiáng)度下降，對(duì)混凝土抗裂十分不利。因此本橋錨區(qū)混凝土用材必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)、專(zhuān)業(yè)部門(mén)按要求檢測(cè)，含泥量嚴(yán)格控制在1%以?xún)?nèi)。 3.2 施工工藝控制 3.2.1地基及支架承載力保證 錨跨部分混凝土體積大，單個(gè)錨區(qū)質(zhì)量約為9000t，防止支架基礎(chǔ)沉降過(guò)大及支

12、架變形引起混凝土外力開(kāi)裂很重要。因此，施工中錨區(qū)部位采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及滿(mǎn)堂鋼管支架現(xiàn)澆方案，從下至上，基礎(chǔ)、支架、模板層層壓實(shí)，盡量消除疊層的空隙造成的殘余變形，并通過(guò)有效的預(yù)壓方案計(jì)算彈性變形量，設(shè)置合理的變形預(yù)留量。 3.2.2合理分縫分塊 從現(xiàn)有的施工技術(shù)水平出發(fā)，對(duì)錨區(qū)合理分縫分塊不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍，而且也可以利用澆筑塊的層面進(jìn)行散熱，降低混凝土內(nèi)部溫度，使結(jié)構(gòu)起到調(diào)節(jié)溫度變化的作用，確?；炷劣凶杂缮炜s的余地，以達(dá)到釋放溫度應(yīng)力的目的。 3.2.3控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度 為了降低混凝土總溫升，減少錨區(qū)的內(nèi)外溫差，控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度同樣重要。在實(shí)際施工

13、中，混凝土采用冷卻拌合水，澆筑選擇在晚上溫低時(shí)段進(jìn)行，混凝土砂、石料入倉(cāng)前均需不斷灑水降溫，混凝土運(yùn)輸車(chē)的車(chē)鼓選用白色，利用反射原理減少熱量吸收，混凝土采用汽車(chē)泵泵送減少輸送管過(guò)長(zhǎng)受陽(yáng)光照射，以防引起混凝土升溫等等，這些都是有效控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度的措施。 3.2.4預(yù)埋水管通冷卻水 在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通冷卻水可降低混凝土內(nèi)部最高溫度。這種方法因具有實(shí)用性和靈活性，以及能控制整個(gè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度，所以受到廣泛應(yīng)用。平勝大橋兩岸錨跨實(shí)體部分冷卻水管采用蛇形布置，水管層、排間距合理分布，還進(jìn)行了光通視檢查、壓水試驗(yàn)。施工中合理通水時(shí)間為混凝土初凝時(shí)間，通水流量按1.0m3/h，通水時(shí)間持

14、續(xù)7天，期間進(jìn)行既定測(cè)溫方案測(cè)溫，通過(guò)混凝土內(nèi)外溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)外部保溫措施與內(nèi)部冷卻措施。 3.2.5嚴(yán)格保溫 大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂紋的一個(gè)重要原因是混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度，為了使混凝土內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面保溫措施。混凝土終凝以后表面一定的水層或含濕量不僅具有隔熱效果，可以推遲混凝土內(nèi)部水化熱的散失，使混凝土具有較高的抵抗溫度變形能力，而且有利于表面水泥的水化，增加表層混凝土的密實(shí)性，防止混凝土表面龜裂。錨區(qū)混凝土在澆筑完畢后，包裹塑料薄膜及覆蓋濕潤(rùn)麻包袋進(jìn)行保溫保濕。 四、結(jié)語(yǔ) 引起混凝土結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫的原因非常復(fù)雜，在工程實(shí)踐中采取了以上的措施后，可在一定程度上減少裂縫的發(fā)生，但仍不能完全杜絕裂縫的出現(xiàn)。無(wú)論采用