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本文作者：王淳作者單位：鐵四院（湖北）工程監(jiān)理咨詢有限公司

1工程概況

寧安鐵路安慶長(zhǎng)江大橋?yàn)橹骺?80m的雙塔鋼桁梁斜拉橋，主塔承臺(tái)直徑51m，頂標(biāo)高-6.0m，底標(biāo)高-14.0m，厚8.0m，施工時(shí)分兩層澆筑，澆筑高度分別為3.0m和5.0m。承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，封底混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下C30。承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)方量16342.6m3，承臺(tái)基礎(chǔ)采用37根3.4/3.0m變直徑鉆孔灌注樁，樁基呈梅花形布置。采用雙壁鋼套箱圍堰方法施工承臺(tái)，承臺(tái)與圍堰間的間隙0.5m，圍堰封底混凝土頂標(biāo)高-17.8m，封底混凝土頂面與承臺(tái)底間有3.8m空間，承臺(tái)與圍堰、封底混凝土相對(duì)位置關(guān)系如下圖1所示。主塔承臺(tái)為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于水泥水化過程中產(chǎn)生的水化熱，使?jié)仓蟪跗诨炷羶?nèi)部溫度急劇上升，引起混凝土膨脹變形，而此時(shí)混凝土的彈性模量很小，因此，升溫引起受基礎(chǔ)約束的膨脹變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小。隨著溫度逐漸降低混凝土產(chǎn)生收縮變形，但此時(shí)混凝土彈性模量較大，降溫引起的變形受基礎(chǔ)約束會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的危害。此外，在混凝土內(nèi)部溫度較高時(shí)，外部環(huán)境溫度較低或氣溫驟降期間，內(nèi)表溫差過大在混凝土表面也會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)表面裂縫。為保證混凝土施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生溫度裂縫，確保大橋的使用壽命和運(yùn)行安全，應(yīng)對(duì)主塔承臺(tái)大體積混凝土進(jìn)行承臺(tái)混凝土配合比設(shè)計(jì)，制定承臺(tái)不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，并制定相應(yīng)的溫控措施。

2承臺(tái)混凝土配合比

2.1配合比設(shè)計(jì)原則

改善混凝土材料本身抗裂性能首先研究混凝土各組分對(duì)抗裂性能的影響，通過對(duì)混凝土各組分的品質(zhì)與質(zhì)量選擇，最佳摻量、最佳組合、最佳配合比等參數(shù)的確定，達(dá)到提高混凝土材料自身抗裂能力和變形性能的目的。同時(shí)提出以抗裂為核心，全面改善混凝土各種物理力學(xué)性能的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以適應(yīng)承臺(tái)大體積混凝土的溫控要求。為使大體積混凝土具有良好的抗侵蝕性、體積穩(wěn)定性和抗裂性能，混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則如下：（1）水泥選用礦渣硅酸鹽水泥，該類型水泥具有水化熱低后期強(qiáng)度增長(zhǎng)高的特點(diǎn)，有利于大體積混凝土溫控。（2）選用堅(jiān)固耐久、級(jí)配、粒形良好的潔凈骨料，選用級(jí)配優(yōu)良碎石。（3）為減少混凝土單位用水量，降低混凝土水化熱，在試驗(yàn)論證的基礎(chǔ)上，采用了I級(jí)粉煤灰，混凝土單位用水量要少10kg/m3左右，可大大節(jié)約膠凝材料用量。

2.2原材料選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，通過試驗(yàn)比選，因地制宜地選擇承臺(tái)混凝土原材料。（1）水泥：采用華新水泥廠生產(chǎn)的礦渣硅酸鹽P.O42.5水泥。（2）粉煤灰：采用銅陵I級(jí)粉煤灰。（3）細(xì)集料：采用江西贛江中砂。（4）粗集料：采用和縣生產(chǎn)5～16mm和16～31.5mm連續(xù)級(jí)配。（5）外加劑：采用武漢格瑞林聚羧系高效減水劑。（6）水：長(zhǎng)江江水。

2.3配合比優(yōu)化

在保證混凝土施工性能的前提下采取以下措施優(yōu)化配合比：（1）降低混凝土單位用水量。（2）進(jìn)一步提高粉煤灰摻量，從而降低混凝土中的水泥用量，承臺(tái)粉煤灰摻量占膠凝材料40%。（3）調(diào)整混凝土砂率為最佳狀態(tài)。最終確定承臺(tái)混凝土配合比見表1。

3溫度控制措施

在主墩承臺(tái)大體積混凝土施工中，從混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑到通水、保溫、養(yǎng)護(hù)整個(gè)過程實(shí)施全程有效監(jiān)控，特別對(duì)分層、混凝土澆筑溫度、通水冷卻和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保混凝土施工質(zhì)量。

3.1溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

溫度控制的方法需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內(nèi)部溫度、結(jié)構(gòu)尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。按照《大體積混凝土施工規(guī)范》中的要求，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，制定如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：（1）盡量降低混凝土溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時(shí)間，混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值≤45℃。（2）降低混凝土中心和表面之間溫差，混凝土澆筑塊體的里表溫差≤25℃。（3）降低降溫速率。（4）降低新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間溫差。

3.2澆筑過程中控制

混凝土出攪拌機(jī)后，經(jīng)泵管輸送、平倉、振搗等過程后5～10cm處的溫度為混凝土澆筑溫度。在每次開盤之前，通過測(cè)水泥、粉煤灰、砂、石水的溫度，估算出出機(jī)溫度，并依據(jù)出機(jī)溫度估計(jì)澆筑溫度。在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，盡量降低混凝土的澆筑溫度。

3.3通水冷卻

根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，確定冷卻管的埋設(shè)、形狀和方式，在主墩承臺(tái)混凝土中埋設(shè)冷卻水管，冷卻水管采用32mm的薄壁鋼管，其水平間距為1.0m，冷卻水管距混凝土表面大于0.9m，每根冷卻水管長(zhǎng)度不超過200m，冷卻水管進(jìn)出水口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。在主墩承臺(tái)混凝土中沿厚度方向共埋設(shè)7層冷卻水管，第一層埋設(shè)3層冷卻水管，第二層埋設(shè)4層冷卻水管，高度方向等間距布置，上下層冷卻管布置成橫縱向交錯(cuò)布設(shè)，安裝時(shí)要與鋼筋骨架或支撐桁架固定牢靠。冷卻水為長(zhǎng)江江水，冷卻水管布置見圖2。冷卻水管使用及其控制要求：（1）冷卻水管使用前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水。（2）混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后即開始通水，通水時(shí)根據(jù)出水口水溫確定輸水量。（3）待主通水冷卻全部結(jié)束后，即采用同標(biāo)號(hào)水泥漿或砂漿灌漿封孔。為保證冷卻水的初期降溫效果，應(yīng)專人負(fù)責(zé)，優(yōu)化冷卻水管的管路布置，合理選擇水泵，并配備檢修人員,準(zhǔn)備了備用水泵,若管路出現(xiàn)故障及時(shí)排除,保證冷卻系統(tǒng)正常工作。施工時(shí)，操作人員應(yīng)聽從指揮，及時(shí)開啟和關(guān)閉閥門。

3.4保溫及養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)包括溫度和濕度兩個(gè)方面。結(jié)構(gòu)表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)。因?yàn)樗嘀挥兴揭欢ǔ潭炔拍苄纬捎欣诨炷翉?qiáng)度和耐久性的微觀結(jié)構(gòu)。目前普遍存在的問題是濕養(yǎng)護(hù)不足，對(duì)混凝土質(zhì)量影響很大。濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間從混凝土澆筑完畢至下層混凝土澆筑。為減小主墩承臺(tái)混凝土內(nèi)表溫差，現(xiàn)場(chǎng)重視承臺(tái)砼的保溫措施，當(dāng)承臺(tái)砼澆筑完待終凝時(shí)，在承臺(tái)頂面覆蓋一層粗工布保溫，采用蓄水保溫養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土強(qiáng)度正常增長(zhǎng)及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中施工單位重視混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。當(dāng)承臺(tái)表面采取灑水養(yǎng)護(hù)，采用冷卻水出水注入承臺(tái)頂面蓄水養(yǎng)護(hù)，做到即保濕又保溫，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

4現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)

4.1溫度測(cè)試內(nèi)容

主墩承臺(tái)砼采用拌和站集中拌和，泵送入模，插入式振搗器振搗。為做到信息化施工，真實(shí)反映砼的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效措施，在主墩承臺(tái)砼中布設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)。將傳感器固定在角鋼固定架上，傳感器與角鋼之間墊上隔熱材料，在混凝土澆筑前完成傳感器的鋪設(shè)工作，并將屏蔽信號(hào)電纜線連接到溫度巡檢儀，在澆筑過程中，混凝土及振搗器禁止直接沖擊或觸及傳感器及引出電纜。采用MIDAS/Civil建立承臺(tái)溫控計(jì)算模型，取1/4承臺(tái)進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分計(jì)算，得到混凝土溫度場(chǎng)特征，如圖3所示。由于承臺(tái)邊緣降溫較快，中部散熱慢，所以邊緣溫度較低，中心溫度最高?；炷翝仓螅话阍?天左右達(dá)到峰值，約1天后溫度開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至15～20天后降溫平緩。由于混凝土兩次澆筑，下層混凝土的溫度隨著上層混凝土的澆筑會(huì)出現(xiàn)一定程度的反彈。承臺(tái)混凝土中部溫度最高，周圍溫度較低，靠近邊緣部分混凝土溫度梯度最大。因此，測(cè)點(diǎn)采用圖4的布置方式，共在主墩承臺(tái)中布置64個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)（其中承臺(tái)第1層布置24個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，承臺(tái)第2層布置40個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)），沿承臺(tái)高度方向等間距布置，沿直徑方向采用中間疏邊緣密的方式，以期與承臺(tái)溫度特征相吻合，達(dá)到較好的數(shù)據(jù)采集效果。在檢測(cè)砼溫度變化的同時(shí)，還對(duì)氣溫、砼的出機(jī)溫度、入模溫度、澆筑溫度等均進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在砼澆筑后立即進(jìn)行，連續(xù)不斷。砼的溫度監(jiān)測(cè)，在升溫階段每隔0.5～1h巡回監(jiān)測(cè)各點(diǎn)溫度一次。到達(dá)峰值后每隔4h監(jiān)測(cè)一次，持續(xù)5天，之后轉(zhuǎn)為每天測(cè)2次，隨著砼溫度變化減小，逐漸延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間，直至溫度變化基本穩(wěn)定。

4.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本文重點(diǎn)對(duì)處在兩層混凝土中部的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即第一層混凝土的第2排測(cè)點(diǎn)和第二層混凝土的第5、6、7排測(cè)點(diǎn)，如表2所示。根據(jù)表2所示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可知：（1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值為76.5-35.4=41.1℃＜45℃。（2）混凝土澆筑塊體的里表溫差為21.2℃＜25℃。（3）主墩承臺(tái)混凝土中冷卻水管的進(jìn)、出水溫差為6.2℃～23.2℃起到了早期削峰及防止溫度回升的效果。根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化，有序地分層通水降溫，對(duì)減小混凝土內(nèi)表溫差起到了極為重要的作用。

5結(jié)語

大直徑承臺(tái)混凝土在施工期間，一方面由于水泥水化熱引起混凝土的前期溫度升高，產(chǎn)生各種溫差，從而在混凝土表面產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土裂縫；另一方面外界氣溫驟降引起了混凝土內(nèi)外溫差，也將使混凝土表面產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，形成表面裂縫并往往發(fā)展為貫穿性裂縫?；炷亮芽p將壞結(jié)構(gòu)的整體性，嚴(yán)重的影響工程安全。在橋梁工程中，由于水泥標(biāo)號(hào)高，水化熱大，出現(xiàn)裂縫仍然很普遍，因此在實(shí)際施工中因采取措施加以控制。本工程主墩承臺(tái)混凝土施工期的平均氣溫為22.2℃～37.5℃，屬夏季節(jié)，這樣的季節(jié)對(duì)大體積混凝土的溫控尤其重要，施工中根據(jù)溫控要求采取了嚴(yán)格的措施，實(shí)際控制效果較好，未產(chǎn)生溫度裂縫，可為相似工程提供參考。