江順大橋大體積承臺施工溫度控制與監測

張志艮

（中鐵大橋局集團 第二工程有限公司，江蘇 南京210015）

1 工程概況

江順大橋位于廣東省江門市，是廣佛江快速通道重點控制工程，主塔基礎采用鉆孔樁+圓啞鈴型承臺基礎。主墩樁基礎為28根樁徑3m的鉆孔灌注樁，承臺平面尺寸為73.052m×24.5m，厚6.5m。承臺頂、底標高分別為+4.8m，-1.7m。四周設防撞V形橡膠護弦。承臺設計為C40號混凝土，單個承臺混凝土方量為10205m3。擬分(2.5m+4.0m)兩次澆筑，單次澆筑承臺混凝土體積達4474.4m3。該橋墩的承臺具有超長和超厚的特點，并且鋼筋密集，施工場地狹窄，施工難度很大。承臺上接4.5米的V型塔座，對承臺的施工質量要求非常高。

2 承臺混凝土施工溫控計算主要依據

在大體積混凝土施工過程中，要有效控制混凝土內部溫度，必須對混凝土澆筑及養護過程中的溫度變化進行計算，計算前要對混凝土內部變化規律及對造成大體積混凝土開裂的主要因素有所了解。

混凝土的內部溫度取決于它本身貯存的熱能。在一般情況下，澆筑后混凝土的溫度與外界環境有溫差存在，新澆筑混凝土與周圍環境之間產生熱能交換，混凝土溫度是入倉溫度、水泥水化熱引起的絕熱溫度與混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加，其變化規律是由低到高，又由高到低。造成大體積混凝土開裂的主要因素是混凝土與外界環境的溫差。溫差越大，混凝土的溫度變形越大，溫度變形引起的溫度應力也就越大。當新澆砼與外界氣溫存在較大溫差，產生的溫度應力超過此時砼的抗拉強度時，就會造成砼表層開裂，如不加以控制，裂縫就會向深層發展。

基于以上原因，施工前對大體積承臺砼進行了溫控計算，以下是溫控計算的主要依據。

（1）承臺混凝土擬分2層澆筑，層厚分別為2.5m和4m。

（2）砼膠凝材料擬選用江門海螺水泥廠生產的P·O42.5普通硅酸鹽水泥摻Ⅱ級粉煤灰及外加劑。

（3）根據施工工期安排，計劃施工時間為2012年7～8月，參考江門以前氣象資料，氣溫約為25～32℃，天氣炎熱，澆筑溫度較難控制。并將進入臺風季節，風力較大，易帶走混凝土表面的水分，造成塑性開裂，混凝土表面保溫保濕養護尤為重要。澆筑溫度按32℃考慮。

（4）層間澆筑間歇時間為15天。

2.1 Z3#墩承臺仿真計算

主塔承臺為圓端啞鈴型，平面尺寸為73.052m×24.5m×6.5m，分兩層澆筑(2.5m+4.0m)。根據結構對稱性，取承臺混凝土1/4進行溫度應力計算，計算模型網格剖分圖見圖1。

圖1 主塔承臺1/4塊有限元剖分圖（附帶封底混凝土約束）

2.2 計算結果（計算過程略）

主塔承臺施工時間為八月底和九月中旬，砼澆筑溫度按不超過30℃計算。在以上設定條件下，承臺第一層內部最高溫度計算值為64.8℃，第二層內部最高溫度計算值為72.6℃，溫峰出現時間約為澆筑后第2～3天。承臺內部最高溫度包絡圖見圖2；承臺溫度應力場分布見圖3，應力計算結果見表1。

圖2 承臺最高溫度包絡圖（單位：℃）

圖3 主塔承臺溫度應力場分布圖（單位：0.01MPa）

表1 承臺混凝土溫度應力場計算結果

從圖2可以看出：承臺底層和頂層混凝土內部溫度較高、散熱較慢，應合理排布承臺中間部位冷卻水管，加強內部通水冷卻，并注意表面保溫。

從圖3及表1承臺各齡期溫度應力計算結果可知，承臺早期抗裂安全系數較小，需特別注意保溫養護，同時采取“內散外保”的措施減小砼內表溫差，減小開裂風險；根據計算結果，承臺后期安全系數富裕量不大，應關注天氣變化及時采取應對措施，避免氣溫驟降引起混凝土內表溫差擴大，而導致混凝土裂縫產生。

通過計算，制定了承臺砼施工溫控標準：

①控制砼澆筑溫度；

②盡量降低砼的溫升、延緩最高溫度出現時間；

③控制降溫速率；

④降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間的差值。

溫度控制的方法和制度需根據氣溫、混凝土配合比、結構尺寸、約束情況等具體條件確定。根據本工程的實際情況，對主塔承臺混凝土制定溫控標準見表2。

表2 承臺溫控標準

3 現場溫度控制措施

在混凝土施工中，將從混凝土的原材料選擇、配合比設計以及混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗到通水、養護、保溫等全過程進行控制，具體措施如下：

3.1 材料選擇與混凝土的配合比設計

應綜合考慮混凝土絕熱溫升、收縮、強度、工作性等因素，優選絕熱溫升低、收縮低、抗拉強度高、施工性能好的配合比。

（1）水泥：混凝土水化熱主要來自水泥膠凝材料，應盡量選擇水化熱低的水泥。根據現場情況，采用江門海螺水泥廠生產的P·O42.5普通硅酸鹽水泥；

（2）粉煤灰：選用廣州恒達Ⅱ級粉煤灰，取代部分水泥，不僅能降低發熱量，而且可改善混凝土的和易性與可泵性。

（3）外加劑：摻用廣州西卡超緩凝性高性能減水劑HPWR-R，緩凝時間不小于20h，盡量削減溫升峰值。

（4）砂、碎石：改善骨料級配，盡可能選擇較大粒徑骨料。按現場條件，采用的粗骨料最大粒徑31.5mm，細骨料除控制其它質量指標外，盡可能選擇細度模數在2.5以上的中砂。

承臺設計標號為C40混凝土，采用“雙摻”技術以改善混凝土的性能。對于大體積混凝土而言，粉煤灰取代部分水泥，降低了混凝土的水化熱，可以有效的防止溫度裂縫。

配合比為：水泥：砂：碎石：水：減水劑：粉煤灰=1：2.32：3.79：0.514：0.0143：0.43；

每方混凝土用量：水泥：砂：碎石：水：減水劑：粉煤灰=298：692：1129：153：4.26：128。

配合比設計目標是：采用優質的原材料，在滿足強度要求和工作性能的前提下，配制出抗滲性能好、體積收縮小、絕熱溫升盡可能低的優質混凝土。在滿足施工的前提下，盡可能使用坍落度相對較低的混凝土，有利于減少混凝土用水量，減少干縮，提高抗開裂性能。

3.2 混凝土澆筑溫度的控制

控制混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多。

澆筑溫度主要受原材料溫度、氣溫等影響。在混凝土澆筑之前，通過測量水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度，估算澆筑溫度。另外，選擇合適的時間進行混凝土澆筑比較重要。主塔承臺施工時間為八月底和九月中旬，已經進入炎熱的夏季，，最高氣溫可達40℃。若不進行控制，混凝土澆筑溫度極有可能超過30℃。若澆筑溫度超出控制要求，則應采取相措施通過熱工計算和降低各原材料溫度來降低澆筑溫度，使其不超過30℃。

控制混凝土澆筑溫度的措施如下：

（1）水泥溫度控制低于60℃。避免使用剛出廠的新鮮水泥，提前到水泥廠家訂貨取樣封存，放置充分冷卻后使用，儲罐外采用噴淋降溫；實測水泥溫度為47℃

（2）控制骨料溫度低于30℃。粗細骨料堆場搭設遮陽棚，堆高并從底層取料；粗骨料在施工過程中應經常對碎石灑水降溫；經實測石子為25℃砂為28℃。

（3）拌和水溫控制低于15℃。根據室外溫度在水池內放人冰塊降低水池內水的溫度，經實測水溫為12℃。

（4）使用超緩凝減水劑，盡量推遲水化熱溫峰。

（5）利用溫度較低時段施工。

（6）減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升。在施工時加快運輸和澆筑速度，在混凝土輸送車外用帆布遮陽并經常灑水降溫。

（7）避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附近的局部氣溫不超過40℃，倉面降溫可采取噴霧或灑水措施。

3.3 冷卻水管的埋設及控制

根據混凝土內部溫度分布特征及控制最高溫度的要求，冷卻水管采用直徑為Φ42.4×3.2mm具有一定強度、導熱性能好的鋼管制作，90°彎頭采用彎管機冷彎而成，管與管之間緊密連接。

主塔承臺第一澆筑層共布設2層冷卻水管，第二澆筑層共布設4層冷卻水管，上下層交錯布置。水管水平管間距為100cm，層間距為85～100cm，與上、下表面、側面距離為65～100cm；單層12套水管，單根管長不超過200m。

水管使用及其控制：

1）采用深層江水做冷卻水?？刹捎梅炙鲗⒏鲗痈魈姿芗蟹殖?，分水器設置相應數量的獨立水閥以控制各套水管冷卻水流量。

2）冷卻水管使用前進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水。

3）對直管的焊接位置采取一定的保護措施，施工過程中嚴禁施工人員踩踏水管。

4）混凝土澆筑到冷卻水管標高后開始通水，通水時間根據測溫結果確定。

5）升溫時段通水流量應使流速達到0.65m/s以上，流量達25L/min以上，形成紊流；降溫時段，可通過水閥控制減緩通水，使流速減半，水流平緩，以層流狀態冷卻混凝土。

6）待冷卻水管停止通水冷卻并養護完成后，先用空壓機將水管內殘余水壓出并吹干冷卻水管，然后用壓漿機向水管壓注水泥漿，以封閉管路，防止形成銹蝕通道。

3.4 內外溫差控制

對于大體積混凝土，由于水化放熱會使溫度持續升高，在升溫的一段時間內應加強內部散熱，如加大通水流量、降低通水溫度等。當混凝土處于降溫階段則要表面保溫覆蓋以減小降溫速率。除側壁采用鋼模板、透水模板布保溫保濕外，上表面待混凝土初凝后可采用覆蓋塑料薄膜并加蓋帆布或草袋進行保溫。混凝土保溫充分、時間足夠長，讓混凝土慢慢冷卻，直到溫差達到允許范圍，溫度應力會在混凝土內部分松馳，可有效控制有害裂縫的產生。

3.5 施工控制

影響混凝土開裂的因素很復雜，往往不是單一因素造成的?；炷潦┕さ母鱾€環節對于控制早期裂縫、減小后期開裂傾向、實現設計的混凝土結構耐久性是至關重要的。

3.5.1 澆筑和振搗

承臺平面面積較大，為使混凝土澆筑布料均勻，采用多點同時下料?；炷涟匆幎ê穸?、順序和方向澆筑，分層布料厚度不超過30cm。正確進行混凝土拌和物的振搗，振動棒垂直插入，快插慢拔，振搗深度超過每層的接觸面一定深度，保證下層在初凝前再進行一次振搗。振搗時插點均勻，成行或交錯式前進，以免過振或漏振，避免用振搗棒橫拖趕動混凝土拌和物，以免造成離下料口遠處砂漿過多而開裂。

3.5.2 養護

本承臺采用“內排、外?！钡拇胧┻M行控溫養護。“內排”是采用循環冷卻水管，盡快散發出混凝土內部熱量，降低混凝土內部溫度；“外?！笔遣扇⌒顭岜卮胧?，承臺分層面待混凝土初凝后采取鋪設濕麻袋保濕；承臺上表面永久暴露面待混凝土初凝后采用灑水并覆蓋一層塑料薄膜和一層土工布或濕麻袋進行保溫保濕。砼表面采取保溫措施，控制混凝土內外溫差，混凝土表面與空氣的溫差，避免出現貫穿裂縫和表面裂縫。

養護時間可根據溫度監測結果進行適當調整，保證混凝土內表溫差在控制范圍內。

4 現場監測

對大體積混凝土進行溫度計算，是從理論上掌握大體積混凝土內部溫度發展變化情況和溫度應力的發展變化情況，實際施工中將會存在一定的差異，主要原因是計算所取用的相關參數及計算模型與大體積混凝土實際施工狀態不可能完全一致，這就需要對施工過程進行監測，并將監測結果隨時與理論計算及其結果進行比較、分析，及時調整參數取值、修正計算模型并采取相應的溫控措施，只有這樣才能保證計算、分析結果的準確性及可靠性，并依據計算、分析結果完善溫控措施，確保溫度應力不超過混凝土的抗拉強度，避免出現溫度裂縫。

溫度監測過程中要求如下：

（1）澆筑塊溫度場測量：澆筑塊混凝土澆筑過程中，每2h測量一次溫度；澆筑塊混凝土澆筑完畢后至水化熱升溫階段，每2h測量一次；水化熱降溫階段第一周，每4h測量一次，一周后每天選取氣溫典型變化時段進行測量，每天測量2～4次。

（2）大氣溫度測量：與混凝土溫度同步觀測。

（3）通水冷卻過程溫度測量與澆筑塊溫度場測量過程同步進行。

（4）承臺混凝土全部澆筑完畢后，根據溫度場及應力場的預測計算結果，結合與監測結果的對比分析，確定終止測量時間。

5 現場監測的應對措施

如果現場監測溫度超出溫控標準，可分別采取下列應對措施：

1）最高溫度偏高，可采取加大冷卻水通水流量、降低冷卻水溫度的措施，但注意控制冷卻水溫度在比混凝土中心溫度低10～25℃之間。

2）內外溫差偏高，可以加大通水流量以加強內部降溫，增加保溫層厚度以加強外部保溫，做到外保內散。

3）澆筑溫度超過控制范圍，可采取將砂石料灑水、遮陽通風降溫，拌合水加冰冷卻，水泥存放散熱等措施以降低出機溫度，將輸送泵管覆蓋麻袋灑水以降低輸送摩擦熱。

6 結語

江順大橋主塔承臺施工，在總包部、試驗、施工、監理各部門的緊密協作下取得了較好的溫控效果，說明嚴格執行溫度控制措施，使得大體積承臺既未出現貫穿裂紋，又未出現外溫差裂紋，達到了設計和規范要求，所制訂的溫控措施是成功的。

通過江順大橋Z3承臺的施工，對超長、超厚大體積混凝土可事先根據施工方法與工藝進行理論計算，預測各階段的溫度差和溫度應力，以進一步指導施工，以便有效地防止溫度裂縫的產生，保證施工質量。在具體施工過程中也積累了不少施工經驗，掌握了大量溫控觀測數據對其它類似工程有一定的參考價值和指導意義為今后大體積砼的施工積累了寶貴的經驗。