懸索橋大體積混凝土防裂施工工藝探析

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摘要：結(jié)合虎門大橋懸索橋工程，介紹了錨碇的結(jié)構(gòu)組成，包括基礎(chǔ)、錨體、錨碇鋼框架，主要從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、混凝土材料、施工溫度控制三個(gè)層面對錨碇大體積混凝土防裂施工工藝展開探討，并提出施工要點(diǎn)，以保證工程的整體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：懸索橋；錨碇；大體積混凝土；防裂

1工程概況

虎門大橋懸索橋主跨長888m，橋面凈寬30m，雙向六車道。橋下通航凈空寬300m、高60m，主纜矢跨比為1/10.5，每側(cè)主纜含110根預(yù)制索股，主纜與加勁梁間采用平行豎直吊索。錨碇為重力式錨碇，具體含兩部分，其中東錨碇為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)、西錨碇為地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，錨體均為重力式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該懸索橋的立面圖如圖1所示。

2錨碇的結(jié)構(gòu)組成

錨碇由基礎(chǔ)、錨體和錨碇鋼框架三部分組成。2.1基礎(chǔ)東錨碇基礎(chǔ)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，西錨碇基礎(chǔ)為圓形地下連續(xù)墻構(gòu)造，連續(xù)墻內(nèi)經(jīng)土石方開挖作業(yè)后用20號混凝土填芯。從結(jié)構(gòu)尺寸的角度來看，具有錨體尺寸超過圓形連續(xù)墻的特點(diǎn)，因此，懸出部分在連續(xù)墻后部的上、下游處分別設(shè)3根鉆孔灌注樁，樁徑統(tǒng)一按1.2m控制。

2.2錨體

東錨碇錨體的結(jié)構(gòu)組成包含散索鞍墩、后錨塊、鞍部以及后錨塊連續(xù)墻。西錨碇的錨體為上下游相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，以散索鞍墩、后錨塊、鞍部為核心組成，共同發(fā)揮受力作用。其中，散索鞍墩的關(guān)鍵作用是承受主纜徑向力，后錨塊則用于承受主纜索股拉力，鞍部設(shè)置在散索鞍與錨塊間，起聯(lián)系作用，可作為傳力結(jié)構(gòu)使用[1]。東、西兩部分錨體施工中，在散索鞍墩和后錨塊間的鞍部上方設(shè)側(cè)墻，墻體頂部鋪設(shè)預(yù)制板，通過各結(jié)構(gòu)的共同組合形成封閉錨室。

2.3錨碇鋼框架

以錨桿、錨梁、錨桿支架為主體結(jié)構(gòu)共同組成錨碇鋼框梁。主纜的110根預(yù)制索股布設(shè)在錨室內(nèi)，以放射狀散開，再錨固至外露的錨桿上。該連接采用了單束錨固和雙束錨固兩種連接方法。

3錨碇結(jié)構(gòu)優(yōu)化層面的防裂工藝

錨碇屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑過程中受水泥水化熱的影響，內(nèi)部的溫度大幅度提升，外部溫度在空氣等自然環(huán)境作用下快速下降，隨混凝土澆筑進(jìn)程的推進(jìn)，內(nèi)外部溫差加大，由此產(chǎn)生裂縫，影響整體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。因此，在大體積混凝土施工中需采取有效的防裂措施。

3.1調(diào)整結(jié)構(gòu)

（1）條件允許時(shí)宜選擇深埋式結(jié)構(gòu)，在不影響結(jié)構(gòu)正常使用的前提下挖空非關(guān)鍵直接受力部分，并用回填土方壓重，以確保結(jié)構(gòu)受力的合理性。此外，在采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法后還有利于擴(kuò)散散熱面積，避免熱量堆積。（2）以錨碇受力情況為立足點(diǎn)，采取特定強(qiáng)度等級的混凝土。其中，錨碇在主纜錨固體部分以C40為宜，其他基礎(chǔ)采用強(qiáng)度等級為C25的混凝土。

3.2確定合適的驗(yàn)收齡期

錨碇施工過程中的受力條件復(fù)雜，其承受結(jié)構(gòu)重力以及因施工而形成的次內(nèi)力，且錨碇的受力具有逐步遞進(jìn)的變化關(guān)系，在約4個(gè)月的主纜架設(shè)階段，錨碇受力尚未達(dá)到最終受力的30%。鑒于此情況，不再采取正常標(biāo)準(zhǔn)齡期（28d）的抗壓強(qiáng)度，而是60d齡期的抗壓強(qiáng)度，將其作為質(zhì)量驗(yàn)收的關(guān)鍵依據(jù)，此時(shí)可以在一定程度上緩解混凝土的水化熱問題，進(jìn)而增強(qiáng)防裂效果。

4混凝土材料優(yōu)化層面的防裂工藝

材料特性會(huì)對錨碇的施工質(zhì)量造成影響。在大體積混凝土施工中，宜優(yōu)先采用低水化熱的水泥，在保證整體強(qiáng)度的前提下?lián)饺脒m量粉煤灰，以減少水泥用量，從源頭上抑制水化熱[2]。此外，可摻入適量的外加劑用于改善混合料的性能。4.1原材料的選取（1）水泥。根據(jù)不同強(qiáng)度等級的混凝土選用相適應(yīng)的水泥材料，C25混凝土生產(chǎn)中選用425號低熱礦渣硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為C40時(shí)則調(diào)整為525號中熱硅酸鹽水泥。（2）粉煤灰。分情況考慮，C25、C40兩種混凝土的摻量分別為96kg/m3和102.5kg/m3。（3）細(xì)集料。細(xì)度模數(shù)控制在2.3～3.1，其中C25、C40兩類混凝土分別采用青砂、黃砂。此外，各類細(xì)集料均要同時(shí)滿足級配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈干燥的基本要求。（4）粗集料。錨碇基礎(chǔ)部分，該處的C25混凝土生產(chǎn)中采用的粗集料為碎石，其他部分均為碎卵石；C40混凝土中粗集料選用5～40mm連續(xù)級配的碎石。（5）外加劑。外加劑可用于改善混凝土的性能，減少用水量，具體選擇的是緩凝型高效減水劑，摻量為0.7%。通過該材料的應(yīng)用將混凝土的初凝時(shí)間穩(wěn)定在22～28h。此時(shí)可確保在上層混凝土澆筑時(shí)下層的混凝土未初凝，并且延緩混凝土內(nèi)部溫度峰值的發(fā)生時(shí)間。（6）拌和水采用流動(dòng)江水或塘水。

4.2混凝土配合比

結(jié)合前述的分析確定錨碇混凝土的配合比，確保生產(chǎn)出的混凝土同時(shí)滿足低水化熱、高強(qiáng)度、緩凝、可泵性等多重優(yōu)勢。具體配合比如表1所示。

5施工溫度控制層面的防裂工藝

溫度控制是抑制大體積混凝土裂縫的關(guān)鍵途徑，溫度控制具有持續(xù)性。例如混凝土在生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等階段的溫度均應(yīng)得到有效控制。

5.1遵循分塊、分層的施工原則

錨碇澆筑方量4.3×104m3，工作量較大，若采取一次施工的方法容易提高錨碇內(nèi)部混凝土的溫度。對此，采取分塊、分層的作業(yè)方法，共劃分為7塊，A塊、B塊、C塊的分層厚度分別為1.0～2.0m、1.5～2.33mm、1.5～3.33mm，后澆段兩側(cè)的分層基本一致。按照分塊、分層的方法，逐步完成各部分的混凝土澆筑作業(yè)，降低溫差。

5.2原材料溫度控制

澆筑是錨碇施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，澆筑溫度的控制水平將在很大程度上決定混凝土內(nèi)部是否有開裂的情況[3]。在控制混凝土澆筑溫度時(shí)需視現(xiàn)場條件而定。夏季高溫施工環(huán)境中，需冷卻拌和用水，對待使用的砂石料進(jìn)行遮蓋處理，以免因陽光直射而導(dǎo)致溫度大幅度提高，可適當(dāng)噴淋冷卻，要求水泥進(jìn)場溫度不高于50℃。此外，在工期允許時(shí)盡可能安排在夜間和清晨兩個(gè)溫度較低的時(shí)段澆筑混凝土，此時(shí)也有利于控制混凝土的澆筑溫度。

5.3澆筑溫度的控制

混凝土開盤前，圍繞水泥、粉煤灰、砂、石、水展開溫度檢測，根據(jù)所得結(jié)果估算澆筑溫度，作為施工中的控制依據(jù)。氣溫較低時(shí)溫度對混凝土澆筑施工的干擾較小，溫度控制措施更為簡單，但不宜在夜間澆筑，原因在于此時(shí)的環(huán)境溫度較低，容易出現(xiàn)錨碇混凝土凍傷的情況，從而影響施工質(zhì)量；氣溫較高時(shí)容易出現(xiàn)實(shí)際澆筑溫度超標(biāo)的情況，此時(shí)宜安排在夜間等溫度較低的時(shí)段澆筑混凝土，例如在夜間20：00后開盤，次日8：00前澆筑。

5.4澆筑間歇期的控制

大體積混凝土采取分層澆筑的方法，在施工中嚴(yán)格控制各層澆筑間歇期，通常不超過8d，且只有在下層混凝土溫度峰值過后才可以覆蓋上層混凝土。受現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，部分情況下的層間間歇期偏長，需要在通過技術(shù)可行性論證后適當(dāng)調(diào)整上層混凝土的層厚，同時(shí)對停歇的混凝土采取養(yǎng)護(hù)措施。例如覆蓋麻袋、適量灑水，使該部分混凝土的溫度和濕度均被穩(wěn)定在許可范圍內(nèi)。

6結(jié)語

在懸索橋施工中，錨碇為重點(diǎn)施工內(nèi)容，其屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在施工中易因控制不當(dāng)出現(xiàn)裂縫。本文結(jié)合工程實(shí)例，著重圍繞錨碇大體積混凝土施工期間的防裂工藝進(jìn)行探討，主要包括原材料質(zhì)量控制、施工溫度控制等方面，希望研究內(nèi)容可為同類工程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張暉.棋盤洲長江大橋北錨碇大體積混凝土溫控防裂技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2019（9）：82-87.

[3]劉曉濤，張志文.大體積混凝土水化熱溫度應(yīng)力分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（7）：156-158，161.24

作者:陳林 單位:廣東虎門大橋有限公司