蒙内铁路桥大体积混凝土施工技术

徐锋，江民明，尉德新，尤浩，李沛，曹忠露

蒙内铁路桥大体积混凝土施工技术

徐锋1，江民明2，尉德新1，尤浩1，李沛3，曹忠露3

（1.中交第一航务工程局有限公司，天津300461；2.中国路桥工程有限责任公司，北京100011；3.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222）

蒙内铁路桥梁长度占线路总长度的6.3%，为解决蒙内铁路墩身大体积混凝土温度裂缝的问题，开展二标段某试验墩的温控试验。从原材料选择、配合比优化、混凝土生产运输、浇筑养护、温度监控等方面，研究和总结一套适用于本标段的大体积混凝土的施工控制技术，并提出了具体的温控指标。文章提出的施工技术，是对蒙内铁路桥梁墩身大体积混凝土施工技术的有益补充，可为非洲地区高温干燥环境条件下的其他类似工程提供相应的参考。关键词：蒙内铁路；桥墩；大体积混凝土；温控指标

0 引言

新建蒙巴萨—内罗毕铁路位于肯尼亚境内，是连接港口城市蒙巴萨和首都内罗毕的标轨铁路，主线线路长472.253 km，共设梁式特大、大、中桥梁72座，计29 623.8延米，桥梁长度占线路总长度的6.3%。铁路沿线属于热带草原气候，年均气温18耀30益，平均最高气温24耀36益，日照时间长，紫外线很强。同时，该地区旱季长，空气非常干燥，早晚温差大[1-3]。相关资料表明，气候条件对大体积混凝土温度应力影响显著，其独特的环境条件将给该工程中的铁路桥台、墩身等大体积混凝土开裂控制带来极大挑战。

为解决施工过程中的墩身开裂问题，从原材料选择、配合比优化、混凝土生产运输、浇筑养护、温度监控等方面，论述了蒙内铁路二标墩身大体积混凝土的施工控制技术。

1 质量控制方法

1.1 混凝土原材料选取

1）尽量选择水化热较低、凝结时间长的水泥，水泥质量应稳定。2）保证混凝土工作性和强度的情况下，适量掺入粉煤灰取代部分水泥。3）鉴于肯尼亚当地天然河砂偏细，在河砂中掺入30%机制砂混合使用，增大砂的细度模数。4）选用5～31.5 mm连续级配碎石。5）选用聚羧酸高性能减水剂，实现较小水胶比下，延迟水泥热峰值的出现时间。

1.2 配合比优化

1）优化的主要目的是降低水化热，为此，在保证混凝土工作性和强度的前提下，粉煤灰掺量逸30%。2）在保证混凝土和易性的情况下尽量降低砂率。3）延长混凝土凝结时间大于12 h，延缓并削弱混凝土水化热产生的温度峰值。

1.3 混凝土生产

1）大体积混凝土在施工前，应提前一天通知现场技术员、试验室、物资部、拌合站、工区长或工区主管，确认开盘时间、混凝土方量、混凝土标号、混凝土运输车辆数量、运输线路、前后场相关人员、总体调度人等。

2）试验室在开盘前，对所有原材料进行温度和含水量检测，确保浇筑混凝土入模温度臆30益，并根据原材料的含水量调整施工配合比。

3）采用新抽井水对搅拌机和罐车进行洗涮，降低搅拌机和罐车的温度。在罐车装混凝土之前应对罐车倒转20 s，清空罐里所有污水。

4）混凝土生产过程中，应按规定频率对混凝土进行抽查，避免因局部材料性质的波动，影响整车混凝土的性能，并进行坍落度、扩展度及温度等混凝土性能指标测试，及时记录，发现问题及时上报和处理。

1.4 混凝土运输

1）必须清楚拌合站与施工工点的距离，确保混凝土在规定时间内送达施工工点，混凝土出站后，操作手或站长应第一时间电话通知现场技术员，以便现场提前组织施工，并跟踪反馈。

2）混凝土在运输途中，应安全行驶，到达现场时，应检查混凝土实际工作状态，当坍落度有损失，不能满足泵送条件时，可以将随车的减水剂从下料口加入罐内，并快速反转罐体，进行混凝土二次搅拌，不允许向罐内随意加水。

3）罐车出站后，不得在中途无故停留，应保持储藏罐匀速转动（2耀4 r/min），到达现场对已到混凝土性能确认无误后，要求罐车司机高速旋转20耀30 s后再给泵车喂料。

4）罐车应设有淋水或包裹布被，减少罐车在运输过程中或等待过程中环境对混凝土的影响。

1.5 混凝土施工

1）肯尼亚地处热带，白天气温较高，大体积混凝土主要在晚上和清晨浇筑，时间控制在晚上8点至次日上午8点之间。2）采取遮阳棚或喷水控制砂、碎石等原材料的温度。3）拌合用水尽量采用地下水，蓄水池应搭设遮阴棚，避免日光照射。4）为使混凝土水化热尽快散失，采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑。

1.6 混凝土养护

1）混凝土浇筑施工结束后，及时整平抹面，用塑料薄膜或土工膜覆盖，减少水分蒸发，拆模后应及时洒水。2）混凝土外部土工布的层数应根据实际情况进行设置，以能够起到保温效果为宜。3）控制混凝土拆模时间，龄期达到4耀5 d，强度达到25 MPa后再拆模板。4）混凝土拆模时，应采取逐段拆模、边拆边盖、边拆边浇水养护工艺。

1.7 温度监控

GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》[4]规定：1）大体积混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度及温度应变的测试，在混凝土浇筑后，每昼夜不应少于4次；入模温度的测量，每台班不少于2次。2）大体积混凝土浇筑体内监测点的布置，应真实地反映混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度。3）测温元件应满足测试要求并有相应的保护措施。4）测试过程中宜及时描绘各点的温度变化曲线和断面的温度分布曲线。5）发现温控数值异常应及时报警。

2 试验墩温控试验

2.1 工程概况

二标段某试验墩，墩高12.5 m，墩身形状为曲线锥墩（底部尺寸2.49 m伊4.49 m，顶部2.0 m伊4.0 m，高8.5 m），环境等级T2（室外环境），墩身混凝土强度设计等级C35，方量约96 m3（见图1）。

2.2 原材料及配合比

水泥：选用Bamburi牌P.O 42.5低碱水泥，比表面积332 m2/g、标准稠度26.9%、初凝145 min、终凝245 min、安定性合格。

粉煤灰：选用INDIA，型号F-60，细度8.8%、需水量比93%、烧失量0.72%。

细集料：选用VOI河砂和DK65TARU机制砂的混合砂，混合砂细度模数2.5；河砂：含泥量0.9%、泥块含量0.2%、云母含量0、轻物质含量0.1%、有机物含量颜色浅于标准值；机制砂：石粉含量4.7%、泥块含量0.2%、云母含量0、轻物质含量0、有机物含量颜色浅于标准值、压碎值20%。

图1 试验墩尺寸（m）Fig.1Test pier size（m）

粗集料：采用DK65 TARU碎石场5～31.5 mm的碎石；表观密度2 610 kg/m3、紧密密度1 600 kg/m3、含泥量0.2%、压碎值7%。

外加剂：外加剂采用上海三瑞聚羧酸减水剂。减水率31%、压力泌水率57%、含气量2.5%，7 d抗压强度比为166%，28 d抗压强度比为155%。

根据国内相关规范要求[4-6]，理论配合比和施工配合比见表1。

表1 墩身大体积混凝土配合比Table 1Mass concrete mix ratio of bridge pier

2.3 墩身测温元件埋设

图2 测温元件的布置图（cm）Fig.2Measuring point arrangement（cm）

测温元件埋设于距墩身底面垂直高度1.5 m（第1层）和5.0 m（第2层）两处，每层设置5个测温点监测混凝土内部的温度变化，平面布置及测点编号见图2。混凝土浇筑完毕后，立即开始各点的温度测量，频率为1次/（2 h）。

2.4 墩身混凝土浇筑

混凝土拌和严格按施工配合比执行。混凝土浇筑前，应将基础混凝土表面浮浆凿除，并冲洗干净。检查模板、钢筋及预埋件的拼装搭接是否符合规范要求。混凝土浇筑时，控制下料口与浇筑面的落差不大于2 m，分层浇筑的，每层混凝土不应超过50 cm，便于气泡排出。振捣时以混凝土不再冒出气泡、表面泛浆，即可缓慢拔出振捣器。

2.5 养护与拆模

1）混凝土浇筑完毕、顶帽顶收面完成后，外露面覆盖塑料布、麻袋片、土工布保湿、保温养护。墩顶放置2个水桶，滴水养护。2）根据混凝土内、外温度监测数据，第二天下午开始，去掉水桶，仅留土工布进行带模包裹养护。3）待水化热峰值过后，强度达到25 MPa，且内外温差及表面与大气温差小于20益时，开始拆模。4）拆模从上到下进行，拆模后及时对局部气泡用调配的水泥浆进行封堵，并抹掉多余浆液。拆一节，装修一节，包裹一节。5）养护材料采用内塑料布+外土工布。塑料布紧贴墩身，搭接宽度不少于10 cm，用透明胶带缠紧；塑料布外用土工布包裹，土工布同样用透明胶带缠紧。6）墩身包裹完毕后，在墩顶放置2个水桶，桶底钻眼，水通过土工布渗至墩身周围，继续养护。

2.6 墩身混凝土温度

混凝土温度特征值温度历时曲线见图3。

图3 混凝土温度特征值历时曲线Fig.3Curve of concrete temperature characteristic

混凝土浇筑温度为24～27益，实测内部最高温度68.5益，出现在测温点被覆盖后的52 h，混凝土最大内表温差为28.4益。

混凝土内部温度和表面温度前期均呈上升趋势，但内部温度上升较快，表面温度上升较慢；在24 h后，混凝土表面温度开始下降，内部温度仍缓慢升高，导致混凝土内部内表温差呈逐渐增大趋势，最大内表温差为28.4益。

3 墩身混凝土温控要求

根据墩身温度测试结果，制定如下温控要求。1）温控指标要求

根据实际的测温情况并结合相关规范及当地气候、原材料特征，提出以下温控指标：浇筑温度臆30益；内部最高温度臆70益；内外温差臆25益；降温速率臆3.0益/d；拆模时外表温度不高于20益。

2）浇筑温度控制

混凝土控制胶凝材料温度臆30益，骨料温度臆28益，拌合水温度臆22益，基本可控制混凝土浇筑温度臆30益。在低温时段施工，降低混凝土在运输过程中所产生的温升。避免模板被太阳直晒，如果模板温度过高，需洒水降温。

3）内部最高温度控制

本地水泥熟料含量高，水化热大，使混凝土绝热温升偏高，可考虑使用粉煤灰与火山灰双掺或提高粉煤灰掺量来降低水化热。延长凝结时间，延迟并降低混凝土温峰，墩身混凝土凝结时间建议12 h以上。

4）内表温差、降温速率控制

钢模板导热系数大，表层混凝土降温过快，混凝土浇筑24 h后表层温度就开始下降，应及时覆盖土工布保温；取消浇筑后流水养护，避免表层混凝土降温过快。表层温度与气温差值臆20益可拆模，建议浇筑混凝土4 d后拆模，选择在高温时段拆模。拆模后应立即在混凝土表面喷水雾，避免刚拆模的混凝土因表面水分蒸发过快产生龟裂，并用塑料薄膜密封保湿养护，在外面包裹一层土工布保温，防止降温过快，至少养护14 d。

4 结语

蒙内铁路桥梁墩身的修建过程中，其所处的高温干旱环境极易引起大体积混凝土墩身的开裂问题。为确保桥梁墩身的施工质量，本文在现有施工经验的基础上，从现场原材料选择、配合比优化、混凝土生产运输、浇筑养护、温度监控等方面，总结论述了蒙内铁路桥梁大体积混凝土墩身的施工控制技术。现场工程实践表明，在高温干旱环境下，该施工控制技术可有效改善混凝土内部温度和内外温差，显著降低蒙内铁路桥梁大体积混凝土墩身的温度裂缝。

[1]王晓伟.肯尼亚蒙巴萨至内罗毕标轨铁路工程环境影响评价的研究[D].长沙：湖南大学，2016.

WANG Xiao-wei.Environmental impact assessment of Mombasa to Nairobi standard gauge railway project,Kenya[D].Changsha:Hunan University,2016.

[2]SADEK S,BEDRAN M,KAYSI I.GIS platform for multicriteria evaluation of route alignments[J].Journal of Transportation Engi原neering,1999,125(2):144-151.

[3]MILES S B,HO C L.Applications and issues of GIS as stool for civil engineering modeling[J].Journal of Computing in Civil Engi原neering,1999,13(3):144-152.

[4]GB 50496—2009，大体积混凝土施工规范[S]. GB 50496—2009,Code for construction of mass concrete[S].

[5]铁建设[2010]241号，铁路混凝土工程施工技术指南[S].

Railway Construction[2010]No.241,Technical guide for construc原tional of railway concrete engineering[S].

[6]GB 50666—2011，混凝土结构工程施工规范[S].

GB 50666—2011,Code for construction of concrete structures[S].

Construction techniques for mass concrete in Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway

XU Feng1,JIANG Min-ming2,WEI De-xin1,YOU Hao1,LI Pei3,CAO Zhong-lu3
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China; 2.China Road and Bridge Co.,Ltd.,Beijing 100011,China; 3.CCCC Tianjin Port Engineering Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

Relevant data indicate that the length of the bridge accounts for 6.3%of the total length of the Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway.In order to solve the temperature cracks of bridge pier mass concrete,we carried out the temperature control test of a test pier in section 2,studied and discussed a set of construction control technology for mass concrete in this section from the aspects of raw materials selection,mix proportion optimization,concrete production,transportation,placing, maintenance and temperature monitoring measures,and put forward specific temperature control indexes.The construction technique presented in this paper is a useful supplement to the mass concrete in the bridge pier of Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway.It could provide a reference for other similar engineering with high temperature and dry environment in Africa.

Mombasa-Nairobi Standard Gauge Railway;bridge pier;mass concrete;temperature control index

U445；TU528

B

2095-7874（2017）09-0074-04

10.7640/zggwjs201709016

2017-04-17

2017-07-07

徐锋（1976—），男，山东莱芜人，高级工程师，公路工程专业。E-mail：875958116@qq.com