杭州湾跨海大桥工程大体积海工耐久性混凝土裂缝控制措施

 

　　关键词：杭州湾跨海大桥；海工耐久性混凝土；裂缝控制；混凝土套箱

 

　　杭州湾大桥规模宏伟为世界瞩目，质量要求高，设计基准期100年，作为大桥基础的承台工程，其施工质量将直接影响大桥的使用寿命，承台混凝土采用海工耐久性混凝土，且为大体积混凝土，承台裂缝控制是技术质量工作的大课题，本工程为了消除和控制承台裂缝，我们主要从以下几个方面采取综合技术措施，取得了良好的效果。

　　本工程采用海工耐久混凝土，承台处于水位变动区，混凝土设计强度等级C40，氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s，混凝土中要求掺加阻锈剂；墩身处于浪溅区，混凝土强度等级C40，氯离子扩散系数≤1.5×10-12m2/s.

　　（1）原材料的选用。根据《杭州湾跨海大桥专用技术规范》要求，我们通过参考有关资料、向专家咨询、对该地区各种原材料的产量、技术指标调研以及对初步拟定配合比试配，初步确定了采用的原材料。本工程采用甲供安徽宁国海螺牌P.Ⅱ42.5水泥，粗集料采用宁波北仑青峙石场5～25mm连续级配碎石，细集料采用闽江中砂，通过混凝土的试拌和对混凝土性能进行比对，减水剂采用上海麦斯特（羧酸类减水剂，减水率≥25%），阻锈剂采用山西凯翕克生产的亚硝酸钙，矿粉采用上海宝田和安徽朱家桥S95矿粉，粉煤灰采用镇江谏壁电厂一级粉煤灰。

　　（2）混凝土配合比的设计。为了消除和控制混凝土温度裂缝，对减少混凝土的水化热作了深入研究，进行了一系列的试验。

　　我们通过对不同原材料、不同配合比进行比对，选择水化热引起的温度峰值较小的配合比，进而控制套箱裂缝的开展。并决定在保证满足混凝土强度、氯离子扩散系数要求的前提下，在原胶凝材料中掺入粉煤灰，同时适当减少胶凝材料中水泥用量，以达到有效减少混凝土水化热的目的。

　　通过反复试验，将胶凝材料用量由原来的435kg调整到405kg，实际大量使用的优化后的混凝土配合比见表1

　　在实际施工中，还根据不同季节的特点对配合比进行适当的调整。混凝土配合比的优化，粉煤灰的掺入和胶凝材料用量的降低，对于大体积混凝土裂缝的控制起到了重要的作用。

　　采用混凝土套箱工艺进行承台施工，为防止混凝土套箱在浇注承台混凝土后出现裂缝，提高混凝土套箱的质量，增强其自身的抗裂能力也是一个重要的环节。我们重点从以下几个方面入手加强对混凝土套箱预制质量的控制。

　　（1）控制套箱混凝土浇注质量，特别是对套箱顶部高性能混凝土浮浆的处理，加强二次振捣。

　　（2）加强对套箱的养护，混凝土套箱拆模前对顶部进行蓄水养护，拆模后进行不间断洒水养护，防止出现干湿循环现象，养护时间不少于14天。

　　（3）加强对套箱内壁的凿毛处理，特别是加强对预留槽口的凿毛，以保证新老混凝土结合良好。

　　（4）加强对在套箱内壁预埋铁件上焊接钢结构的控制，焊接时间控制在套箱满足养护期之后进行，焊接时不得在同一位置连续进行焊接作业，避免因焊接使预埋铁件局部温度过高而对套箱局部混凝土产生不利影响。

　　（5）混凝土套箱顶部预留槽口，使新老混凝土施工缝从结构上加强抗渗透能力。

　　（6）调整套箱配筋，增加环向钢筋数量，将原环向钢筋Φ25＠150调整为Φ20＠75，配筋率增加了28%，提高套箱抗竖向裂缝的能力。

　　（7）严格控制套箱钢筋保护层厚度。据有关资料介绍，钢筋控制混凝土裂缝出现的影响范围为钢筋直径的6倍，调整后的套箱配筋为Φ20，保护层75mm，钢筋间距75mm，施工中严格控制，保证钢筋帮扎质量。　　

　　（1）加强养护。考虑到海工耐久性混凝土胶凝材料掺入大量的矿粉、粉煤灰后，水化时间较长，又采用了减水率高达25%～30%的高效减水剂，混凝土本身水灰比较小，为了满足混凝土二次水化的要求，必须加强混凝土的养护，加强混凝土开始养护时间的控制。通过绝热升温实验得知，混凝土浇注24小时左右，混凝土温度达到峰值，在此时期内混凝土温度上升较快，混凝土初凝后对底层混凝土进行蓄水养护，顶层混凝土采用土工布覆盖，蓄水进行养护，养护时间不少于14天。

　　（2）循环水降温。为降低混凝土内部因水化热引起内部温度升高，降低混凝土内外温差，采取了冷却循环水降温措施。承台混凝土是分两层浇筑的，第一层混凝土厚1.3m埋设一层循环水管，第二层混凝土厚度1.7m埋设两层循环水管，循环水管间距90cm，层距75cm，循环水管采用Φ33.5mm薄壁钢管。混凝土终凝前即开始进行通水降温，循环水降温时间不少于7天，循环水每隔12小时调整一次通水方向，便于混凝土内部水化热均匀散发。

　　为提高冷却水循环降温的效果，将循环水管直径由33.5mm改为48mm，同时对循环水管的布置方式进行调整，使上层水管至混凝土表面的距离调整为50cm，水管间距由90cm向中心逐渐调整为60cm布置，以增加混凝土中心区域循环水管布置的密度，进而加强混凝土内部温度的散发。

　　（3）混凝土冷水拌和。在“永和”号混凝土拌和船上安装了冷水机组，冷水机组可以将拌和用水温度降低20℃，船舱内的拌和用水通过冷水机组降温后储存到水罐内，混凝土拌和采用冷水拌和，降低混凝土的出机温度和入模温度，在施工过程中对混凝土的入模温度进行测定，使入模温度控制在28℃以下。

　　（4）承台结构混凝土分两次进行浇注。承台结构直径12m，高3m，采用混凝土套箱工艺施工的承台，结构混凝土分两次进行浇注，第一次浇注1.3m，第二次浇注1.7m，从而减少了混凝土一次浇注的体积，有利于混凝土水化热温度梯度和峰值的降低。

　　（5）保证混凝土的浇筑质量。混凝土浇注分层下灰，尽量减小分层厚度，适当延长混凝土的浇注时间，合理控制混凝土布料位置，由四周逐渐向中间下灰，混凝土分层振捣密实，保证混凝土的浇筑质量。

　　由于对承台大体积混凝土施工采取了一系列防治和控制裂缝的技术措施，随着施工工艺的不断改进和完善，承台混凝土的质量得到了保证，使混凝土套箱的裂缝得到了有效的控制，效果十分理想。采用混凝土套箱施工的承台，浇筑一步结构混凝土施工后，无裂缝出现，浇注二步结构混凝土后，只有少数承台，在套箱外侧表面顶部以下有少量长度10cm～30cm，宽度不大于0.1mm的竖向裂缝，属于无害裂缝范畴。