大跨度大跨度连续刚构钢箱梁斜拉桥大跨度大跨度现浇异形混凝土承台施工技术

大跨度大跨度连续刚构钢箱梁斜拉桥大跨度大跨度现浇异形混凝土承台施工技术

混凝土大体积结构具有结构厚、体积大、钢筋致密、混凝土用量大、施工条件复杂、施工技术要求高等特征。针对大体积现浇混凝土承台的施工及温控措施，魏胜新等本文以武穴长江大桥为例，针对大体积哑铃形承台施工，结合数值计算辅助进行水化热分析，采取合理的分层分块施工方法和温控手段，降低承台及塔座、塔柱核心段的开裂风险，对类似大体积现浇异形混凝土承台施工具有借鉴意义。1混合梁斜拉桥施工武穴长江公路大桥是《国家公路网规划（2013年～2030年）》中国道G220线东营至深圳公路跨越长江的关键性控制工程。桥梁全长2051.5m，跨江主桥全长1403m，采用双塔双索面单侧钢箱混合梁斜拉桥。如图1、图2所示，15号墩承台为哑铃形承台，承台尺寸58.8m×28.8m×7m,3m+4m分层施工，封底混凝土厚5m。由于哑铃形围堰两端的约束，承台系梁部分承受比较大的拉应力。为了解决系梁拉应力比较大的问题，15号承台采取分层分块浇筑（2层5块）措施。由于承台中塔柱预埋钢筋自标高+0m开始，为便于预埋钢筋的安装和定位，承台于高度方向分层设置为3m+4m，长度方向分块（上游27.4m+下游27.4m+4m后浇带），浇筑方量为1927.7m2施工条件和参数2.1份的气温数据根据施工安排，15号墩承台于7月和8月内施工。因此，收集了近几年（2011年～2017年）7月和8月份的气温数据（见表2），便于现场根据温度进行调整和安排。从统计数据情况看，一年中最高气温出现在7月中旬至8月中旬时间段内，最高气温为38℃±2℃，最低气温为19℃左右，平均温度为26℃左右。进行承台大体积混凝土施工前按照最不利工况考虑，取高温平均值作为依据温度进行大体积混凝土温控验算，并采取对应温控措施。2.2高效缓凝减水剂的制备混凝土浇筑的温热表现依赖于材料参数的正确选择。大体积混凝土主要考虑良好的抗裂性能、低热和高强等3个方面的要求。应尽量采用矿渣水泥、火山灰水泥等低、中热水泥，水泥碱含量不大于0.6%；采用组分均匀和各项性能稳定的Ⅱ级及Ⅱ级以上优质的粉煤灰掺合料，粉煤灰烧失量不大于8%，需水量比应小于100%；骨料应尽量选择强度高、级配好、热膨胀系数低、吸水率低、没有碱活性的优质骨料；掺加适量高效缓凝减水剂，减水剂的减水率应大于20%。根据规范要求及上述原则，经项目部试验优化后的混凝土配比如表3所示。3外水位标高较大工况采用MIDAS/FEA软件进行有限元温控计算。由于承台施工时间为7月、8月，桥址处长江水位接近汛期水位，此时围堰外水位标高接近最大设防水位，按照最不利工况考虑，此时围堰抗浮系较小。为了增加围堰抗浮系数，降低围堰上浮的风险，考虑两种施工方案：一种是分上、下游两块一次浇筑7m高；另一种是分上、下游两块分两层浇筑，即按照“分块不分层”和“分块分层”进行考虑。根据这两种施工方案分别进行承台大体积混凝土温控计算，其中分块分层的分层高度按照3m+4m进行计算。3.1台、塔座、塔柱底部冷却应力场承台的温控计算采用MIDAS中的水化热分析模块进行，根据结构对称性，取单幅承台、塔座、塔柱底部、后浇带混凝土1/2进行温度应力计算，计算模型如图3所示。对无冷管和有冷管两种工况进行对比分析发现，增加冷却水管后，承台及墩柱的降温效果明显。各施工阶段最高温度计算见表4。具体温度计算结果和应力计算结果见表5、表6。3.2单元的微分方案的温度计算承台分块分层方案的计算模型如图4所示。对无冷管和有冷管两种工况进行对比分析，各施工阶段最高温度计算结果见表7。3.3混凝土结构温度应力系数具体温度计算结果和应力计算结果见表8、表9。从有管冷与无管冷方案结果对比中可以看出：(1）增加冷却水管后，各层降温明显，混凝土内部最高温度均低于65℃，最大内表温差均不大于25℃；(2）增加冷却水管后，温度应力下降明显，自始至终没有出现温度应力超标的情况，有效降低了温度应力引起的开裂风险；(3）设置管冷后，各层混凝土的温度应力安全系数均大于1.4。从分块不分层与分块分层方案结果对比中可以看出：(1）分块分层与分块不分层相比，结构的最高温、最低温均有增长，这是由于承台第一层的上部混凝土会影响下部混凝土散热，接合面处温度会出现一定的反弹；(2）分块分层与分块不分层相比，最大内表温差有27.6%的最大减小幅度，承台温度应力减少1倍有余，塔座及塔身第一节、承台后浇带温度应力基本相同。从上述结果来看，分层施工还可大幅度减少内表温差与温度应力。4施工技术的关键15号承台采用分层分块的施工方案，分5次浇筑完成，浇筑总方量为1992.8m具体施工工艺流程如图5所示。4.1微膨胀混凝土浇筑如图6所示，承台分层分块浇筑，承台中间预留后浇带。后浇带调平层作为排水沟推后施工，施工后浇带时，浇筑微膨胀混凝土。待15号墩承台第二层混凝土施工完成后，塔座与塔柱第一节钢筋利用预埋劲性骨架和预埋钢筋进行安装，塔座与承台钢筋整体同步绑扎（如图7所示）。其中，塔柱预埋钢筋起点标高为+4.0m，塔座预埋入承台钢筋长度为2m，起点标高为+2.0m。4.2模板支架安装如图8所示，15号墩承台中央设置4m后浇带，进行分块浇筑时，后浇带采用免拆除的封口网模板。在混凝土浇筑后，无需拆除模板，只需移开支架，省时省工，加快施工进度。封口网模板背部采用型钢支架支撑，支架由L90cm×8cm的角钢与L75cm×8cm的角钢焊接而成。在支架两侧每隔1.125m高焊接2×[50cm槽钢。6片封口模板长17m，宽1.125m，通过直径12mm的钢筋并排焊于槽钢上。支架底部采用辅助助浮支架。4.3冷却水管系统设计承台冷却管采用导热性好且刚度相对较大的DN40和DN50型镀锌钢管。弯管部分采用冷弯工艺预处理，弯头与钢管采用车丝接头形式，连接方便不易漏水。浇筑过程中开启冷却管，水管悬空部分需焊接竖立筋对其进行固定。施工操作如图9所示。冷却水管的出水口和进水口集中布置、统一管理，并标识清楚，冷却水管由离心泵供水。为了保证冷却水管在完成使命后不给承台、塔座或墩身钢筋形成锈蚀通道，承台、塔座、塔柱及墩身采用导热性好且强度较高的镀锌管，温控完成后采用与结构物同强度等级的水泥浆封堵。15号墩承台共布置8层冷却管，总长12230m，水管水平间距为80cm，垂直管间距为80cm。第一层水管距离承台底面50cm，第五层水管距离承台顶面50cm，