大跨度大跨度連續(xù)剛構(gòu)鋼箱梁斜拉橋大跨度大跨度現(xiàn)澆異形混凝土承臺(tái)施工技術(shù)

大跨度大跨度連續(xù)剛構(gòu)鋼箱梁斜拉橋大跨度大跨度現(xiàn)澆異形混凝土承臺(tái)施工技術(shù)

混凝土大體積結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)厚、體積大、鋼筋致密、混凝土用量大、施工條件復(fù)雜、施工技術(shù)要求高等特征。針對(duì)大體積現(xiàn)澆混凝土承臺(tái)的施工及溫控措施，魏勝新等本文以武穴長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，針?duì)大體積啞鈴形承臺(tái)施工，結(jié)合數(shù)值計(jì)算輔助進(jìn)行水化熱分析，采取合理的分層分塊施工方法和溫控手段，降低承臺(tái)及塔座、塔柱核心段的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)類(lèi)似大體積現(xiàn)澆異形混凝土承臺(tái)施工具有借鑒意義。1混合梁斜拉橋施工武穴長(zhǎng)江公路大橋是《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年～2030年）》中國(guó)道G220線(xiàn)東營(yíng)至深圳公路跨越長(zhǎng)江的關(guān)鍵性控制工程。橋梁全長(zhǎng)2051.5m，跨江主橋全長(zhǎng)1403m，采用雙塔雙索面單側(cè)鋼箱混合梁斜拉橋。如圖1、圖2所示，15號(hào)墩承臺(tái)為啞鈴形承臺(tái)，承臺(tái)尺寸58.8m×28.8m×7m,3m+4m分層施工，封底混凝土厚5m。由于啞鈴形圍堰兩端的約束，承臺(tái)系梁部分承受比較大的拉應(yīng)力。為了解決系梁拉應(yīng)力比較大的問(wèn)題，15號(hào)承臺(tái)采取分層分塊澆筑（2層5塊）措施。由于承臺(tái)中塔柱預(yù)埋鋼筋自標(biāo)高+0m開(kāi)始，為便于預(yù)埋鋼筋的安裝和定位，承臺(tái)于高度方向分層設(shè)置為3m+4m，長(zhǎng)度方向分塊（上游27.4m+下游27.4m+4m后澆帶），澆筑方量為1927.7m2施工條件和參數(shù)2.1份的氣溫?cái)?shù)據(jù)根據(jù)施工安排，15號(hào)墩承臺(tái)于7月和8月內(nèi)施工。因此，收集了近幾年（2011年～2017年）7月和8月份的氣溫?cái)?shù)據(jù)（見(jiàn)表2），便于現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)溫度進(jìn)行調(diào)整和安排。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況看，一年中最高氣溫出現(xiàn)在7月中旬至8月中旬時(shí)間段內(nèi)，最高氣溫為38℃±2℃，最低氣溫為19℃左右，平均溫度為26℃左右。進(jìn)行承臺(tái)大體積混凝土施工前按照最不利工況考慮，取高溫平均值作為依據(jù)溫度進(jìn)行大體積混凝土溫控驗(yàn)算，并采取對(duì)應(yīng)溫控措施。2.2高效緩凝減水劑的制備混凝土澆筑的溫?zé)岜憩F(xiàn)依賴(lài)于材料參數(shù)的正確選擇。大體積混凝土主要考慮良好的抗裂性能、低熱和高強(qiáng)等3個(gè)方面的要求。應(yīng)盡量采用礦渣水泥、火山灰水泥等低、中熱水泥，水泥堿含量不大于0.6%；采用組分均勻和各項(xiàng)性能穩(wěn)定的Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上優(yōu)質(zhì)的粉煤灰摻合料，粉煤灰燒失量不大于8%，需水量比應(yīng)小于100%；骨料應(yīng)盡量選擇強(qiáng)度高、級(jí)配好、熱膨脹系數(shù)低、吸水率低、沒(méi)有堿活性的優(yōu)質(zhì)骨料；摻加適量高效緩凝減水劑，減水劑的減水率應(yīng)大于20%。根據(jù)規(guī)范要求及上述原則，經(jīng)項(xiàng)目部試驗(yàn)優(yōu)化后的混凝土配比如表3所示。3外水位標(biāo)高較大工況采用MIDAS/FEA軟件進(jìn)行有限元溫控計(jì)算。由于承臺(tái)施工時(shí)間為7月、8月，橋址處長(zhǎng)江水位接近汛期水位，此時(shí)圍堰外水位標(biāo)高接近最大設(shè)防水位，按照最不利工況考慮，此時(shí)圍堰抗浮系較小。為了增加圍堰抗浮系數(shù)，降低圍堰上浮的風(fēng)險(xiǎn)，考慮兩種施工方案：一種是分上、下游兩塊一次澆筑7m高；另一種是分上、下游兩塊分兩層澆筑，即按照“分塊不分層”和“分塊分層”進(jìn)行考慮。根據(jù)這兩種施工方案分別進(jìn)行承臺(tái)大體積混凝土溫控計(jì)算，其中分塊分層的分層高度按照3m+4m進(jìn)行計(jì)算。3.1臺(tái)、塔座、塔柱底部冷卻應(yīng)力場(chǎng)承臺(tái)的溫控計(jì)算采用MIDAS中的水化熱分析模塊進(jìn)行，根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，取單幅承臺(tái)、塔座、塔柱底部、后澆帶混凝土1/2進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算模型如圖3所示。對(duì)無(wú)冷管和有冷管兩種工況進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，增加冷卻水管后，承臺(tái)及墩柱的降溫效果明顯。各施工階段最高溫度計(jì)算見(jiàn)表4。具體溫度計(jì)算結(jié)果和應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5、表6。3.2單元的微分方案的溫度計(jì)算承臺(tái)分塊分層方案的計(jì)算模型如圖4所示。對(duì)無(wú)冷管和有冷管兩種工況進(jìn)行對(duì)比分析，各施工階段最高溫度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。3.3混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力系數(shù)具體溫度計(jì)算結(jié)果和應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8、表9。從有管冷與無(wú)管冷方案結(jié)果對(duì)比中可以看出：(1）增加冷卻水管后，各層降溫明顯，混凝土內(nèi)部最高溫度均低于65℃，最大內(nèi)表溫差均不大于25℃；(2）增加冷卻水管后，溫度應(yīng)力下降明顯，自始至終沒(méi)有出現(xiàn)溫度應(yīng)力超標(biāo)的情況，有效降低了溫度應(yīng)力引起的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)；(3）設(shè)置管冷后，各層混凝土的溫度應(yīng)力安全系數(shù)均大于1.4。從分塊不分層與分塊分層方案結(jié)果對(duì)比中可以看出：(1）分塊分層與分塊不分層相比，結(jié)構(gòu)的最高溫、最低溫均有增長(zhǎng)，這是由于承臺(tái)第一層的上部混凝土?xí)绊懴虏炕炷辽?，接合面處溫度?huì)出現(xiàn)一定的反彈；(2）分塊分層與分塊不分層相比，最大內(nèi)表溫差有27.6%的最大減小幅度，承臺(tái)溫度應(yīng)力減少1倍有余，塔座及塔身第一節(jié)、承臺(tái)后澆帶溫度應(yīng)力基本相同。從上述結(jié)果來(lái)看，分層施工還可大幅度減少內(nèi)表溫差與溫度應(yīng)力。4施工技術(shù)的關(guān)鍵15號(hào)承臺(tái)采用分層分塊的施工方案，分5次澆筑完成，澆筑總方量為1992.8m具體施工工藝流程如圖5所示。4.1微膨脹混凝土澆筑如圖6所示，承臺(tái)分層分塊澆筑，承臺(tái)中間預(yù)留后澆帶。后澆帶調(diào)平層作為排水溝推后施工，施工后澆帶時(shí)，澆筑微膨脹混凝土。待15號(hào)墩承臺(tái)第二層混凝土施工完成后，塔座與塔柱第一節(jié)鋼筋利用預(yù)埋勁性骨架和預(yù)埋鋼筋進(jìn)行安裝，塔座與承臺(tái)鋼筋整體同步綁扎（如圖7所示）。其中，塔柱預(yù)埋鋼筋起點(diǎn)標(biāo)高為+4.0m，塔座預(yù)埋入承臺(tái)鋼筋長(zhǎng)度為2m，起點(diǎn)標(biāo)高為+2.0m。4.2模板支架安裝如圖8所示，15號(hào)墩承臺(tái)中央設(shè)置4m后澆帶，進(jìn)行分塊澆筑時(shí)，后澆帶采用免拆除的封口網(wǎng)模板。在混凝土澆筑后，無(wú)需拆除模板，只需移開(kāi)支架，省時(shí)省工，加快施工進(jìn)度。封口網(wǎng)模板背部采用型鋼支架支撐，支架由L90cm×8cm的角鋼與L75cm×8cm的角鋼焊接而成。在支架兩側(cè)每隔1.125m高焊接2×[50cm槽鋼。6片封口模板長(zhǎng)17m，寬1.125m，通過(guò)直徑12mm的鋼筋并排焊于槽鋼上。支架底部采用輔助助浮支架。4.3冷卻水管系統(tǒng)設(shè)計(jì)承臺(tái)冷卻管采用導(dǎo)熱性好且剛度相對(duì)較大的DN40和DN50型鍍鋅鋼管。彎管部分采用冷彎工藝預(yù)處理，彎頭與鋼管采用車(chē)絲接頭形式，連接方便不易漏水。澆筑過(guò)程中開(kāi)啟冷卻管，水管懸空部分需焊接豎立筋對(duì)其進(jìn)行固定。施工操作如圖9所示。冷卻水管的出水口和進(jìn)水口集中布置、統(tǒng)一管理，并標(biāo)識(shí)清楚，冷卻水管由離心泵供水。為了保證冷卻水管在完成使命后不給承臺(tái)、塔座或墩身鋼筋形成銹蝕通道，承臺(tái)、塔座、塔柱及墩身采用導(dǎo)熱性好且強(qiáng)度較高的鍍鋅管，溫控完成后采用與結(jié)構(gòu)物同強(qiáng)度等級(jí)的水泥漿封堵。15號(hào)墩承臺(tái)共布置8層冷卻管，總長(zhǎng)12230m，水管水平間距為80cm，垂直管間距為80cm。第一層水管距離承臺(tái)底面50cm，第五層水管距離承臺(tái)頂面50cm，