西北地区高性能混凝土施工技术应用

　　摘要：低温、极旱、大风、昼夜温差大是西北地区的环境特点，混凝土施工难免产生裂缝，该桥通过一系列施工措施，在很大程度上减小或者避免了裂纹。

　　关键词：西北；混凝土；施工

　　一、工程施工情况

　　㈠工程概况

　　桥梁起讫里程为DK831+500.13～DK836+711.89，全长5211.76m，孔跨结构型式为2（41-32m+3-24m+4-32m+1-24m+111-32m）简支箱梁，钻孔桩基础1311根/37740m3，墩台身161个/41881m3，32m箱梁156孔，24m箱梁4孔。

　　㈡环境特征

　　◇极端最低气温-41.5℃，处于严寒地区；

　　◇日照强烈、昼夜温差较大，最大年气温差高达82℃；

　　◇极端干旱，年平均降水量不到70mm，年平均蒸发量超过2653mm，蒸发量是降水量的38倍，年平均相对湿度低于10%；

　　◇最大风速大于30m/s。处于严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱等恶劣自然气候条件下。

　　㈢施工节点

　　桩基：2010年6月26日～2010年12月28日；

　　承台：2010年8月15日～2011年5月15日；

　　墩台身：2010年8月24日～2011年6月2日；

　　垫石：2011年3月5日～2011年6月20日。

　　㈣工程质量

　　1.全桥桩基共1311根。根据第三方检测结果，其中Ⅰ类桩1295根，Ⅱ类桩16根。

　　2.全桥已到龄期的混凝土强度采用统计法综合评定均满足设计要求；混凝土电通量等指标均满足高性能混凝土耐久性指标要求；结构外形尺寸偏差符合验标要求。

　　3.按照《******有限公司混凝土质量控制指导性意见》，对墩身混凝土结构物质量进行A、B、C三类等级评定，其中A类墩78个，B类墩81个，C类墩0个。B类墩缺陷主要体现在色差、错台和裂纹三个方面。

　　4.全桥161个墩台，存有裂纹的部位共计29处，且大部分集中在去年10月份施工的墩身上。裂纹宽度大都小于0.2mm。裂纹表现形式主要是墩身下部泄水槽处混凝土收缩应力裂纹（13处）、墩身圆端型部位干缩裂纹（6处）、迎风面不规则裂纹（10处）。今年采用透水模板布施工的桥墩目前很少发现裂纹。

　　二、我们的主要做法

　　当地特殊的环境特征给高性能混凝土墩身施工带来前所未有的难度和挑战，如何控制全桥混凝土裂缝的产生是摆在我们面前的重大难题。在实践中，我们主要从混凝土原材料质量控制、施工过程控制、后期养生及采用新工艺、新材料等多种途径进行裂缝控制。

　　㈠原材料质量控制

　　◇水泥

　　袋装水泥存放上盖下垫，防止受潮结块；散装水泥入罐温度控制在45℃以下。

　　◇细骨料

　　采用中粗河砂、含泥量、细度模数2.6～3.0之间

　　◇粗骨料

　　含泥量、颗粒级配和紧密空隙率<40%

　　◇减水剂

　　和现场水泥相容性好（坍落度经时损失、含固量、减水率）

　　◇粉煤灰

　　现场控制重点主要是细度和需水量比，做到车车必检。

　　㈡混凝土配合比控制

　　1.设计理念

　　◇按大体积混凝土进行配合比设计；

　　◇采用低水胶比、低用水量、低水泥用量的原则；

　　◇最大限量掺用优质粉煤灰（目前西北地区粉煤灰质量不稳定，掺量不超过35%）、少掺或不掺磨细矿渣粉；

　　◇满足泵送条件下，坍落度控制在120～160mm之间，砂率不大于40%，碎石用量不少于1050kg/m3。

　　◇混凝土发粘加引气剂。

　　2.现场配合比调整

　　◇在新规范允许的范围内适时调整，确保混凝土匀质性达标。

　　◇满足现场坍落度要求，坍落度随墩身施工高度的增加而减小。

　　㈢施工过程控制

　　1.脱模剂使用

　　为保证砼外观质量，在施工过程中模板脱模剂主要采用了普通柴机油、模板漆及用于干旱大风地区的透水模板布。从使用效果分析，透水模板布提高了混凝土的表面强度，减少了裂纹产生。

　　◇柴机油脱模剂。优点：价格便宜、操作方便；缺点：易被风沙污染而易出现色差。

　　◇模板漆脱模剂。优点：具有优异的防腐、防锈功能，可延长模板使用寿命。成型的混凝土平整光滑，颜色一致。缺点：易粘于混凝土表面，操作较麻烦。

　　◇透水模板布。优点：有效消除混凝土表面的气泡、砂斑、砂线、裂纹等混凝土质量通病，使混凝土形成致密表面，提高混凝土表面早期强度，改善了混凝土的外观质量，同时还具有保水作用，为混凝土早期养护发挥了蓄水池作用，减少细微裂缝的产生。缺点：成本较高，曲线段粘贴模板布较困难，粘贴不牢固易产生混凝土局部凹陷，影响外观质量。

　　2.混凝土施工

　　(1)拌合站原材料：分级运输、分级储存、分级计量；

　　(2)拌合站计量系统：周期检定，按频次自校；

　　(3)混凝土搅拌；

　　◇搅拌时间控制在150秒。

　　◇炎热季节采用低温水或尽可能安排在每天较低温度时间段搅拌混凝土措施，以降低混凝土拌合物的温度。

　　(4)混凝土运输

　　◇缩短运输时间，避免混凝土坍落度损失过大；

　　◇对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻（冬季）。

　　◇严禁在运输混凝土过程中向混凝土内加水。

　　(5)混凝土入模

　　◇在满足泵送工艺要求的前提下，泵送混凝土随浇筑层高度增大，坍落度随之减小。

　　◇混凝土浇筑高度超过2米时，使用串筒下料；保证串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不超过1m。

　　◇混凝土入模温度控制在10～25℃。

　　(6)混凝土浇筑

　　◇浇筑前以技术交底形式明确浇筑顺序，分区、分段定人定岗，对称入模浇筑混凝土。

　　◇混凝土浇筑分层厚度控制在300mm左右。

　　(7)混凝土振捣

　　◇混凝土振捣密实标志是混凝土表面不再显著下沉；气泡不持续涌出；泛浆、表面平坦。每点振捣时间一般控制在20s左右。

　　◇采用人工铲对钢筋密集、保护层厚度较小的部位进行专门铲实，确保模板边角的混凝土外观质量。

　　◇表层混凝土振捣完成后初次修整、抹平，二次压光；抹面时严禁洒水。

　　3.混凝土温度控制

　　根据前期施工墩身出现裂纹情况进行分析，温度应力是墩身裂纹的重要因素之一。为此，我部在38#墩身浇筑前设置了六个检测点，采用国内先进的无线传输测温设备对墩身内部及表面温度进行检测，布点高约在墩高三分之二处。

　　(1)数据分析

　　38#墩身浇筑开始时间2011年4月17号12：10，结束时间4月17号18：00。浇筑过程中对混凝土温度进行了严格的检测。混凝土出机温度为19℃，入模温度为22℃。根据测试数据显示分析如下：

　　◇墩身混凝土芯部温度T1在混凝土浇筑42小时即可达到峰值57.7℃。芯部温度T1与T3温差为32℃；与T4温差为29℃；与T5温差为25℃；与T6温差为19℃。

　　◇受外界环境影响，外侧部位温度也随之变化。因昼夜温差，外侧温度最低时间段为5：00～8：00。大气环境最低温度为8℃时，与墩身外侧温度最高温差为32℃（T6）。大气环境最高气温为22℃，与墩身外侧温度最高温差为18℃（T6）。

　　◇受环境及风面影响在墩身外侧左右两边（T3、T4）受风面积较大，与外部环境接触较广，均低于墩身外侧中间两边（T5、T6）的温度。

　　◇阳光直射情况下向阳面温度均高于背阴面温度。T6温度均高于T5温度。受照射影响墩身左侧（T3）在一天内温度变化较明显，昼夜相差12℃。

　　(2)采取措施

　　◇根据温度检测结果，拆模最佳时间在浇筑混凝土72小时后进行，此时混凝土表面温度与外界温度差值小于20℃。

　　◇根据芯部温度T1与T3温差为32℃数据结果，一是拆模前采用复合土工膜对模板及墩身进行全包裹，保持混凝土芯部和表面温差相对稳定，以减小因温度应力引起混凝土表面裂纹产生。二是在后续混凝土施工过程中采取措施降低入模温度。

　　4.混凝土拆模和养护

　　◇注重保温和保湿两方面问题

　　◇大风或气温急剧变化时不拆模。在炎热和大风干燥季节，采取逐段拆模、边拆边覆盖的养生工艺。

　　◇冬期拆模后，立即对墩身进行三层包裹，内层采用塑料膜，中间层用塑料布，外层采用棉被包裹，利用混凝土水化热蓄热自体养护。

　　◇其它季节

　　拆模后，立即对墩身进行二层包裹，内层采用透水保湿的无纺布，外层采用防风保温的塑料布，在墩身顶面放置水桶，墩顶四周布置PVC滴水管滴灌。

　　㈣管理措施

　　1.架子队管理

　　******特大桥由桥梁架子队的一、二、四工班负责施工，下设相应九大员，全部由正式职工担任，作业人员配备作业要点卡片，随时熟悉、了解关键工序中作业要点。

　　2.技术管理及质量控制

　　架子队日常技术质量管理工作由工程部牵头，技术干部具体落实，质量控制方面由安质部组织，下设质检员跟班作业，配合技术干部做好重点工序的检查及管理工作。

　　3架子队作业人员培训

　　安质部配合成本部调查现场作业人员的具体分工，确认好人员工种后分工种培训，涉及特种作业的，严格考察业务水平及人员资质，及时组织培训，严格持证上岗制度；同时分工种进行逐级安全质量技术交底，提高作业人员的安全、质量意识及自我保护的防范意识。

　　4每月对架子队施工的墩身进行质量评定与奖罚措施。混凝土结构物按A、B、C三类等级进行评定奖惩。

　　三、施工总结

　　1.混凝土模板的材质和加工质量直接影响混凝土的外观质量。由于工期紧，模板加工质量一般。主要体现在模板接缝不严、模板变截面处弧形处理不当。导致混凝土错台相对较多，特别是墩身混凝土变截面处感观质量较差。在今后的施工中必须选用大厂家加工的模板，并及时派驻技术人员到厂家督造。

　　2.高性能混凝土配合比的优化工作至关重要。在保证混凝土设计耐久性的前提下，加大优质粉煤灰的掺量，可提高混凝土的可泵性能，降低水泥用量，以减小水化热、延缓混凝土放热高峰，减少混凝土表面裂缝产生。

　　3.高度重视西北干旱大风地区混凝土养护工作。施工过程中我们采取了“二布一膜”和“滴水渗灌”等养护措施，但混凝土表面还是出现了一些不同程度的裂纹。透水模板布的使用很好的解决了混凝土外观质量缺陷难题。透水模板布等新材料、新技术、新工艺如何使用和推广，值得今后在西北地区混凝土施工中思考。

　　4.尽可能缩短承台与墩身砼施工时间差可减少墩身泄水槽的收缩裂纹。从本桥墩身裂纹看，在桥墩中部出现的裂纹，大多是下宽上窄，从施工时间上看也是承台与墩身间隔时间较长。在今后的施工中缩短承台与墩身砼施工时间差必须引起我们的高度重视。

　　5.对实心墩大体积混凝土施工做好温度监控量测至关重要。通过对38#墩身混凝土温度进行了全过程细致检测，墩身混凝土芯部最高温度出现在混凝土浇筑42小时，如果选择该时间段拆模就增加了混凝土裂缝出现的风险。因此及时根据温度监控结果调整施工和养护措施十分关键。

　　文/秦再荣 昌荣俊