京福高速公路闸河特大桥方案研究

京福高速公路闸河特大桥方案研究

1蒸汽养护箱梁京福高速公路徐州支线西侧的门河特大桥全长680米，上部结构为23m使用预制混凝土的箱梁。共有30座箱梁，集中在预制装配区。根据总工期和施工计划,需安排进行冬季施工。徐州地区气候变化复杂,最冷月平均最低气温-10℃,日温差达11℃左右,为了满足施工要求,保证冬季施工质量,对箱梁预制采取了蒸汽养护的施工措施。30m预制箱梁梁高1.6m,箱梁顶面宽2.4m,采用C50高性能混凝土,每片箱梁总重达100t。C50高性能混凝土密实度高、抗渗性能好、耐久性强,但早期收缩大,控制措施不当,容易产生裂缝,所以在施工过程中要严格控制混凝土的入模温度、养生温度及养生湿度。2准备好在蒸汽维护之前1管道及管口的安装在预制厂区内合适位置设置一锅炉房,安装全自动蒸汽锅炉及其配套设备,锅炉型号按需求蒸汽量配置。铺设蒸汽管道到生产台座,主供热管采用ϕ50钢管,外包保温材料,在主管道与每个台座相对应的位置设置蒸汽管道出气口,安装专用的供气阀,以控制蒸汽的输送速度。针对每片梁,蒸汽管道分别安装在内模及外模支腿及箱梁顶板的养护支架上,蒸汽养护时通过排气软管与主管道的出气口相连送气,排气管采用ϕ40×10胶管,每隔2.0m开一3cm×3cm排气孔。具体布置方式如图1所示。2蒸养棚内温度控制考虑到场地有限、气候多风,如果采用整体式蒸养棚,不但抗风能力差,并且安放移位多有不便。因此现场采用了直接在箱梁顶面的养护支架上覆盖篷布的方式,并保证篷布各点都能架空,架空高度不得低于50cm,以确保蒸汽能够在蒸养棚内充分对流扩散,保证温度均衡。篷布周边严格密封,形成密闭气室。在箱梁两侧、顶面及箱梁内对应位置安放温度计,具体位置在梁体端部1m,10m,20m,29m处。随时掌握和调整蒸养棚内温度,以便将其控制在允许范围内。温度计悬挂要牢靠,并定期校正,其最大允许误差为±1℃。3搅拌和搅拌时混凝土入模温度冬季拌和混凝土时,需通过材料加热以达到较高的出盘温度,以适应运输浇筑等过程中的热量损失,达到要求的入模、养护温度。材料加热时,首先考虑对拌合用水的加热,不能满足要求时再对砂石料加热。根据现场实际,本方案采用对水加热到60℃～80℃,而其他材料,如碎石、砂、水泥、外加剂不加热只保温的措施。为了保证拌合用水温度,水池采取相应保温措施,并用通入蒸汽法升高水温。为了防止混凝土拌合料温度不均,需适当加长搅拌时间。混凝土的入模温度与模板的温度差值不宜过大,否则影响混凝土的外观质量。现场运输距离较短,所以实际中将混凝土的出炉温度控制在20℃以上,从而确保了混凝土入模温度在8℃以上。3蒸汽维护阶段的温度控制混凝土蒸汽养护一般分为预养、升温、恒温、降温四个阶段,混凝土的结构损伤及裂纹产生主要发生在升温期和降温期。3.1增加混凝土的预养能力预养阶段为箱梁成型后及蒸汽养护开始前所进行的养护期,通过预养可增加混凝土在升温期对结构破坏作用的抵抗能力。预养期长短取决于外界温度、恒温温度、混凝土性能及升温速度等因素,一般取6h～7h。预养温度为+5℃～+10℃之间。3.2升温速度和时间的控制若升温速度过快,由于石子与终凝后的水泥砂浆的热膨胀系数差别较大,会导致热应力的产生,当热拉应力和剪应力大于混凝土的抗拉抗剪强度时,就会出现裂纹,因此应控制升温速度小于10℃/h。考虑到混凝土的初始结构强度随温度的升高而不断增大,在实际中采用了分阶段升温方案。根据材料自身物性和养护条件,第一阶段升温速度控制在5℃/h,然后保温2h,这样可以提高混凝土的初始结构强度,以便提高混凝土在第二阶段升温时抵抗损伤的能力,最后以8℃/h的速度升温到恒温温度,升温时间控制在8h左右。升温过程中值班技术人员每小时观测并记录温度一次,当温差超出规定时,及时调整送气阀的送气量,以免升温过快,应力过大,造成梁体裂缝。3.3混凝土浇筑温度恒温阶段的主要物理参数是恒温温度和恒温时间。恒温温度主要与水泥品种及混凝土所需要的硬化速度有关,为避免养护温度与环境温度相差太大,使梁体对温度变化过于敏感,实际中将最大养护温度控制在40℃,箱梁内部温度不能超过55℃。恒温时间取决于混凝土标号、预养时间及恒温温度。现场实际中根据与梁体同条件养护的混凝土试件强度来确定,一般控制在55h左右。在混凝土强度达到要求后,即可开始降温。降温速度过快会导致梁内外温差过大,产生梁体裂缝。所以降温阶段要缓慢停气,均匀降温,根据混凝土自身特性及施工实际,要求降温速度不得大于5℃/h,降温时间为10h。降温开始时,先减少送气量,当箱梁内外温度与环境温差小于15℃时,停止送气。当箱梁内外温度与环境温差小于5℃时,方可拆除蒸养篷布。严禁在箱梁内外温度与环境温差超过10℃时或在大风、降雨等恶劣天气拆除篷布。值班技术人员在此阶段必须严格把关,不能心急。4梁体表面混凝土力在整个冬季施工阶段,因为初次实施蒸汽养护施工工艺,保温措施及温控标准都不完善,曾有三片箱梁出现过一定的梁体裂缝现象,现分析如下:1)因为施工队急于进行下道工序,现场施工技术人员把关不严,32号箱梁在尚未完全降温至与环境温差小于5℃时,就拆除了篷布,并在短时间内脱离了模板,使箱梁表面降温过快,造成箱梁内外温差过大,使梁体表面混凝土急剧收缩产生应力差而出现了裂纹。所以蒸汽养护的温度控制过程中一定要严格按照升降温标准进行,不可只以经验行事。2)经过以上32号梁的经验积累,在实际施工中,施工人员较注意降温速度的控制,降温控制掌握得较好。但在46号梁的施工过程中,梁体表面又出现较严重的裂纹现象。现场技术人员对蒸汽养护过程中的温度记录进行了详细检查,发现温控人员只注重了降温控制,而忽略了升温速度偏快对结构的损伤作用。在开始输送蒸汽时输气量太大,导致温度过高,热应力太大,从而产生了蒸养裂纹。所以在蒸汽养护过程中升温和降温阶段是最易出现裂纹的阶段,必须严格控制升温和降温速度。3)53号箱梁在蒸汽养护尚未结束时,遭遇大风天气,因蒸养篷布密封不严,被大风部分掀起,箱梁表面温度骤降,而箱梁内部混凝土温度仍然较高,造成箱梁表面混凝土急剧收缩产生应力差而出现裂纹。密封效果的好坏对温度控制影响很大,轻度密封不严会影响保温效果和测温准确程度,不利于蒸养的温度控制。严重密封不严会造成梁体表面产生温度差,可能导致出现裂纹。故在蒸养过程中要采取有效措施进行密封,保证密封效果和密封的牢固性。5蒸养密封措施总之,为了保证预制箱梁的蒸汽养