浅析广东佛山平胜大桥大跨径自锚式悬索桥锚块混凝土裂缝控制技术

1、.浅析广东佛山平胜大桥大跨径自锚式悬索桥锚块混凝土裂缝控制技术 摘要： 自锚式悬索桥梁自平衡受力体系中锚区混凝土的整体性是整桥受力体系的关键之一，本文通过对该桥锚区混凝土裂纹控制经验描述，进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害性较大的裂缝，并提出了可行性的预防措施。 关键词：自锚式悬索桥锚块混凝土；温度裂缝；混凝土配方；温升；热散；工艺控制；摸索 一、前言 高标号大体积混凝土的工程条件比较复杂，施工情况各异，再加上市场上原材料的材性差别也较大。平胜大桥大跨径自锚式悬索桥锚块混凝土，其构造尺寸设计及结构受力更为特殊。索股锚固体是一个预应力钢筋混凝土实体，它直接承受主缆的巨大拉力

2、，它具有体积大、强度高的特点，属于特殊混凝土工程。锚块作为桥梁重要受力构体，其混凝土工艺性能及成品性能在施工中是一项重大课题，其中，解决该结构混凝土水化热裂纹控制问题是施工的关键。本人根据实际工作情况，结合参与该结构施工的施工体验、启发、总结，试对佛山平胜大桥锚块混凝土施工中的几项关键技术控制进行浅析。 二、工程简介 广东佛山平胜大桥的主桥是独塔单跨四索面混合梁自锚式悬索桥，主跨350m，是当时世界上最大跨度的自锚式悬索桥，是佛山市“一环”城市快速干线最大的控制工程。自锚式悬索桥在形式上与地锚式悬索桥相似，但其受力和施工方法却有很大的不同，现成可借鉴的经验不多，在设计和施工中有许多问题需要攻关

3、，主缆锚固处高标号大体积混凝土不开裂是本桥施工是否成功的关键之一。两岸锚跨混凝土方量分别为8181m3、6017m3，构造物高出地面十多米，其防开裂控制技术也是本文所要分析的核心问题。锚区与桥梁结构关系可见图1所示。 常规大体积混凝土工程受外荷载引起裂缝的可能性很少，而平胜大桥锚区则例外，成桥及运营阶段锚区都在承担巨大外力，这就要求施工中有切实可行的措施来保证锚体混凝土不开裂，尽量减少表面裂纹，拒绝深度开裂或贯穿性裂纹。 三、锚块混凝土施工的关键技术控制 3.1混凝土配方设计 （1）锚区C50混凝土配合比原材选用原则按以下几条控制： a、选用低水化热品牌水泥； b、尽量减少水泥用量； c、掺入

4、适量优质矿渣、粉煤灰代替水泥用量以降低水化热； d、选用缓凝高效减水剂有效延缓水化热峰值出现。 （2）锚区高性能大体积混凝土配合比，见表1： 锚区混凝土每方材料用量表 （单位：kg） 表 1 3.1.1水泥品种选择和用量控制 （1）水化热数值： 通过试验数据，对几种品牌水泥的比选后，选用了广东省水化热最低的珠江粤秀牌P.42.5R水泥，其3d及7d水化热分别为236kJ/kg、243kJ/kg，比其它优质品牌同等级水泥约低1030kJ/kg。 （2）绝对温升及混凝土内部最高温度计算 计算珠江粤秀牌P.42.5R水泥绝对温升： Tmax= (W×Q)/(C×) = (337&

5、#215;236) / (0.96×2500) = 33.1（°C） 公式中：Tmax绝对温升(°C)；W水泥用量(kg/m3)；Q水泥水化热(kJ/kg)；C混凝土比热，取0.96kJ/(kg°C)；混凝土单位体积重量(kg/m3) 计算混凝土水化热7天内最高温度： Tmax =Tmax×+=33.1×0.9+28=57.8（°C） 公式中：Tmax 混凝土最高温度(°C)；散热影响系数，经验最小值取0.9；入模温度(°C) 按高强混凝土结构技术规程（CECS104:99）的规定，混凝土内部温度不宜高于

6、75°C，计算结果远低于规定值，满足锚区C50高性能混凝土施工要求。 （3）水泥用量 减少水泥用量的前提是可泵性及满足配合比设计强度要求。平胜大桥锚区中锚导管、钢筋、预应力管道密集，要求设计坍落度控制为（220±20）mm，按自流平混凝土设计。减少水泥用量引起的坍落度损失由高效减水剂及优质粉煤灰、矿渣掺量来补偿。而坍落度及强度是通过试配试验数据来考核。现场坍落度实测值为230245mm，减去施工坍落度损失约520mm，符合本结构自流平混凝土坍落度设计值，满足泵送要求。从混凝土抗压强度标准养护：（20±2）°C，大于90%湿度统计来看，28d强度都超过设计

7、强度，并有一定的富余值。有关资料显示：水泥用量每增减10kg，温度亦相应升降1°C，该配合比水泥用量比桥规最高值要求减少了163kg/m3，理论最高温度也随之降低16.3°C。 3.1.2外加剂和矿物掺合料选用 （1）外加剂 大体积混凝土所用的外加剂一般宜缓凝剂和减水剂并用或采用缓凝型减水剂。因为缓凝剂可使水泥的水化热释放速度减慢，有利于热量的消散，能使混凝土内部的温升有所降低，这对于避免产生温度裂纹是有利的。另外，掺入一定量的高效缓凝减水剂能使混凝土的和易性有明显的改善，若不减少拌合水，坍落度可提高100mm左右，混凝土28d强度可提高10%20%；若保持强度不变，可节约

8、水泥10%，从而降低水化热。所以，选用合适的外加剂对平胜大桥锚区高性能（高标号、低热量、自流平）混凝土施工配合比设计来说是很重要的一环。近年来，高效减水剂科学发展是飞快的，市面上品种也较多，在这方面，华南理工大学吴少梅教授给了我们很多专业理论意见，结合本工程特殊条件，并通过试验最终采用了具有减水、保塑、缓凝、泵送等复合功能的缓凝高效减水剂KJ-5RL。混凝土初凝时间控制在1216h，坍落度为（220±20）mm，从使用效果来看是成功的。 （2）掺合料 平胜大桥锚区混凝土配比选用粤和厂的优质级粉煤灰58kg/m3，同时掺入115kg/m3的矿渣，进一步降低水化热，提高混凝土和易性。 大

9、体积混凝土掺入各种矿物掺合料，不仅可以减少水泥用量，而且可以改善混凝土的工作性能，有利于施工操作；同时，可以延长混凝土的凝结时间，有利于热量的消散。因而也是一项控制温度裂纹的有效措施。有资料表明，粉煤灰取代20%水泥，可使7d水化热下降11%，取代30%水泥时下降25%。掺粉煤灰混凝土随龄期的温度变化可示于图2。 3.1.3集料的选择 集料占混凝土总质量比例是最大的，所以正确选用砂石集料对保证混凝土质量，节约水泥用量，降低水化热和降低工程成本都是非常重要的。平胜大桥锚区混凝土是特殊混凝土工程，配合比设计中每一环节都是关键，对于集料来说其级配和最大粒径就是关键一环。 （1）粗集料 高标号大体积混

10、凝土应优先选用自然连续级配的粗集料配制。连续级配具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量和较高的抗压强度等优点。而最大粒径的选择更为科学，因为我们的试验结果表明，采用540mm石子比采用520mm石子，每立方混凝土用水量可减少15kg左右，水泥用量可节约20kg，混凝土温升可降低2°C，但是，粒径增大容易引起离析现象，所以，粗集料选择应该有一个最佳的最大粒径。这个参数不仅与施工条件有关，而且与结构物的形状和配筋间距等有关，也就说条件允许下最大粒径可考虑大值。平胜大桥锚区结构尺寸复杂，钢筋及各种预埋件密集，综合考虑采用了525mm连续级配体积稳定的碎石。 （2）细集料 与粗骨料分析

11、道理相似，细骨料最佳细度模数宜在2.62.9之间，因为过细用水量和水泥用量增大，过粗时混凝土和易性变差。该数值范围内的优质中粗砂可显著降低混凝土的温升和减少混凝土的开裂。 （3）集料的质量要求 集料含泥量多少是影响混凝土质量的重要因素。集料含泥量过大，对混凝土的强度、干缩、徐变、抗渗、抗冻融、抗磨损及和易性都产生不良影响，尤其会增加混凝土的收缩，引起抗拉强度下降，对混凝土抗裂十分不利。因此本桥锚区混凝土用材必须通过专门、专业部门按要求检测，含泥量严格控制在1%以内。 3.2 施工工艺控制 3.2.1地基及支架承载力保证 锚跨部分混凝土体积大，单个锚区质量约为9000t，防止支架基础沉降过大及支

12、架变形引起混凝土外力开裂很重要。因此，施工中锚区部位采用钻孔灌注桩基础及满堂钢管支架现浇方案，从下至上，基础、支架、模板层层压实，尽量消除叠层的空隙造成的残余变形，并通过有效的预压方案计算弹性变形量，设置合理的变形预留量。 3.2.2合理分缝分块 从现有的施工技术水平出发，对锚区合理分缝分块不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围，而且也可以利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部温度，使结构起到调节温度变化的作用，确保混凝土有自由伸缩的余地，以达到释放温度应力的目的。 3.2.3控制混凝土出机温度和浇筑温度 为了降低混凝土总温升，减少锚区的内外温差，控制混凝土出机温度和浇筑温度同样重要。在实际施工

13、中，混凝土采用冷却拌合水，浇筑选择在晚上温低时段进行，混凝土砂、石料入仓前均需不断洒水降温，混凝土运输车的车鼓选用白色，利用反射原理减少热量吸收，混凝土采用汽车泵泵送减少输送管过长受阳光照射，以防引起混凝土升温等等，这些都是有效控制混凝土出机温度和浇筑温度的措施。 3.2.4预埋水管通冷却水 在混凝土内部预埋水管，通冷却水可降低混凝土内部最高温度。这种方法因具有实用性和灵活性，以及能控制整个结构物内部温度，所以受到广泛应用。平胜大桥两岸锚跨实体部分冷却水管采用蛇形布置，水管层、排间距合理分布，还进行了光通视检查、压水试验。施工中合理通水时间为混凝土初凝时间，通水流量按1.0m3/h，通水时间持

14、续7天，期间进行既定测温方案测温，通过混凝土内外温度检测数据指导外部保温措施与内部冷却措施。 3.2.5严格保温 大体积混凝土产生温度裂纹的一个重要原因是混凝土中产生了温度梯度，为了使混凝土内外温差降低，可采用混凝土表面保温措施。混凝土终凝以后表面一定的水层或含湿量不仅具有隔热效果，可以推迟混凝土内部水化热的散失，使混凝土具有较高的抵抗温度变形能力，而且有利于表面水泥的水化，增加表层混凝土的密实性，防止混凝土表面龟裂。锚区混凝土在浇筑完毕后，包裹塑料薄膜及覆盖湿润麻包袋进行保温保湿。 四、结语 引起混凝土结构物出现裂缝的原因非常复杂，在工程实践中采取了以上的措施后，可在一定程度上减少裂缝的发生，但仍不能完全杜绝裂缝的出现。无论采用