杨秀刚

贵州路桥集团有限公司 贵州 贵阳 550000

1 问题的提出

乌江大桥是贵州省湄潭至石阡高速公路上跨越乌江河谷上的一座大型桥梁，主跨为单跨680米钢桁加劲梁悬索桥。乌江大桥锚碇均为重力式锚碇，锚碇主要分支墩基础、锚块、散索鞍支墩、前锚室和锚固系统五块，锚碇横桥向宽度40m，顺桥向长度46.5m。左右幅锚块间、支墩基础间、锚块与支墩基础间均设置 2m 宽后浇段，锚碇锚块、散索鞍支墩基础采用C30混凝土，前锚室及散索鞍支墩采用C40混凝土，锚碇施工大体积混凝土总方量为38580.7m3，其中C30混凝土为35478 m3，C40混凝土为3102.7 m3。锚碇混凝土浇筑完成后混凝土内部温度分布规律一般为基础中心温度最高，并向表面依次降低，并且从基础中心向表面温度梯度越来越大，常采用平面分区和竖向分层相结合的浇筑方式进行施工，由于混凝土的浇筑方量大，水化热问题突出，常采用低水化热水泥，降低胶凝材料中的水泥用量，加大粉煤灰掺合比例、降低混凝土入模温度、加强后期养生管理等方法来防止混凝土开裂。本文通过对乌江大桥锚碇分层浇筑施工层高分析，建立不同层高的水化热分析模型，确定合理的层高，达到既可预防温度裂缝，保证工程质量，又能缩短工期，节省施工成本的目的。本文将混凝土一次性浇筑层高分别设计为2m、3m，从技术可行性、工期、经济性等方面分析采用不同层高浇筑混凝土对工程施工的影响。

2 锚碇施工分层浇筑设计

2.1 锚碇不同层高浇筑温控建模对比分析

考虑锚碇大体积混凝土结构具有对称性，采用Midas/FEA建立锚碇基础1/4模型以便查看内部温度和应力分布，单元采用8个节点空间等参单元，通过映射网格划分的方式均匀的划分单元，避免相邻单元之间大小不均匀变化而出现突变，锚碇基础1/4模型总共划分为46384个节点，11398个单元。建立2m和3m的计算模型如图1所示，经初步计算分析，确定内部管冷模型如图2所示。

图1 锚碇支墩基础模型

图2 内部管冷模型

利用有限元软件分析锚碇混凝土浇筑层高2m与3m时，均能实现温度控制在规范要求范围内，不同之处主要体现在管径大小的选择、管冷的布置和水的流速控制等。浇筑层高2m时冷却水管管径采用Φ40，壁厚2.0mm，纵横向每1m布置一层，布置两个进水管，两个出水管。浇筑层高3m时冷却水管管径采用Φ48，壁厚2.5mm，冷却水管为三个进水管，三个出水管，即组成3个回路管冷单元，管冷铅垂方向间距分配从底面往上为0.6：0.9：0.9：0.6，水平间距控制在1m。为了更加合理有效的控制混凝土内外温差，在混凝土浇筑完成后不但需准确地进行温度监测，而且应精心地组织施工养护，增强保温保湿养护，在高温期进一步加强混凝土表面保持湿润的养护措施。

2.2 锚碇不同层高一次性浇筑温度场和应力场分析

通过有限元程序分析得到锚碇浇筑层分别取2m和3m时温度场和应力场分布结果，取锚碇第二浇筑层进行结果对比。第二浇筑层最高温度等值线对比图如图3所示，最大应力场分布对比图如图4所示，一般情况下，混凝土浇筑完成第72h后混凝土内部温度达到最大，选取这时的温度等值线和应力云图进行对比分析。

图3 锚碇第2浇筑层最高温度等值线对比图

图4 锚碇第2浇筑层最大应力分布对比图

分析图3～图4可知，一次性浇筑层高为2m，72h时第2浇筑层内部最高温度为56.4℃，最大拉应力为0.70MPa，一次性浇筑层高为3m，72h时第2浇筑层内部最高温度较前者略有增大，为59.3℃，最大拉应力也相应增大到1.07MPa。浇筑层高为2m、3m时内部最高温度均小于规范允许值75℃，最大拉应力也小于C30抗拉强度设计值1.43MPa，表明结构安全。在降温阶段，由于降温速率须控制在2℃/d，故浇筑层高为3m时降温冷却时间即内部温度场达到稳定均匀较层高2m延后一天，约在浇筑完成后第七天内部温度场趋于稳定均匀。

2.3 锚碇不同层高一次性浇筑配合比设计

由于锚碇浇筑3m混凝土方量相对增加了1/3，混凝土水化热反应引起的温度也会有明显的提高，故原有配合比材料需重新选择，采用C30微膨胀聚丙烯合成纤维抗渗混凝土。经反复试配，浇筑层为2m的配合比如下表1所示，浇筑层为3m的配合比如下表2所示。选择微膨胀聚丙烯合成纤维抗渗混凝土，其原因是聚丙烯合成纤维可以明显改善混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度，可有效地提高了混凝土的抗裂性能，但施工成本提高。

表1 锚碇C30砼每立方米材料用量表/ kg/m3

表2 C30微膨胀聚丙烯合成纤维抗渗混凝土配合比/ kg/m3

2.4 锚碇不同层高一次性浇筑工期分析

采用2m层高一次性浇筑混凝土，施工工艺成熟，施工过程保温措施要求较低，工期相对较长。采用3m层高一次性浇筑混凝土，混凝土凿毛时间可以节省1/3，混凝土养生、模板施工和冷却水管布置等时间延长，水化热完全反应需要的时间延长1天，但总体统计分析可节省工期约1/4，而且可根据实际施工时节，有对针对性的避开夏季高温天气施工，降低对混凝土的养生要求，降低混凝土开裂的风险。例如，乌江大桥锚碇基础和锚碇锚块高度分别为13m和33.5m，采用2m施工时总工期约为180天，采用3m施工时总工期约为140天，可节省工期约40天。

3 经济性分析

采用2m层高一次性浇筑混凝土，水泥用量减少，混凝土单价相对较低，施工模板容易操作，冷却水管和接头用量相对较少，混凝土养生时间较短，但增加了混凝土凿毛工作量。采用3m层高一次性浇筑混凝土时，采用聚丙烯合成纤维抗渗混凝土，单价相对较高，模板施工难度增大，冷却水管和接头用量增多，但总体工期可节省1/4，总体经济性需综合分析确定，施工时可以根据工程实际合理选择。当然，采用3m层高一次性浇筑锚碇时，尽可能的降低入模温度，尽量能避免高温施工，亦可引进大体积混凝土智能温控水冷却系统，以便及时有效的控制冷却水的流速和进出水温差，相比人工调节更加精确和方便，避免传统施工中靠施工经验来调节冷却水的流速和进水温度，可大大降低温度控制的难度和混凝土开裂的风险，但会额外增加施工成本。

4 结论

以乌江大桥锚碇施工为工程背景，从技术可行性、工期、经济性等方面分析采用不同层高浇筑混凝土对工程施工的影响，得出如下结论：

1）采用2m、3m不同层高一次性浇筑混凝土，方案总体均可行，只要适当控制配合比设计，优化布置好水冷系统，合理有效的控制混凝土内外温差，加强养生管理，施工期水化热温度场和应力场可控，不会出现裂缝。

2）从工期和经济指标分析，2m层高浇筑混凝土，施工工艺成熟，工期相对较长。浇筑3m由于凿毛时间缩短、一次性浇筑混凝土方量相对较多，总工期相对缩短约1/4，但混凝土材料选用标准提高、冷却水管材料和布置投入相对较多，对进出水温度控制的要求更高，养生手段更严，模板的施工和组拼难度增大，总体经济性需综合分析确定，施工时可以根据工程实际合理选择。