斜拉橋大體積混凝土承臺溫控措施研究

薛新峰 周 莉

(1.天津城建集團有限公司工程總承包公司，天津 300010;2.天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

1 概述

橋梁承臺、墩柱等大體積混凝土結構，由于水泥水化熱導致混凝土因變形過大出現溫度裂縫。國內外大量的理論研究和工程實踐都表明，澆筑大體積混凝土結構容易產生溫度裂縫，在施工過程中應加強溫度監測，并將其有害程度控制在允許范圍內。該斜拉橋為獨塔斜拉橋，主墩布置在河中心。主橋采用兩跨方式跨越河道，跨徑布置為2×118 m，主跨全長236 m。橋梁主墩和承臺均位于薊運河河道中，為減小施工開挖難度，承臺底位于現狀河床底。主墩基礎采用大型群樁基礎，樁基礎采用直徑為1.5 m的鉆孔灌注樁，54根。在考慮水流、受力、施工等因素后，承臺中線與橋梁中線相垂直，并設置圓形抹角以適應水流流向，減小阻水。相應的承臺體積也較大。主墩承臺采用順水流方向為弧形承臺，尺寸為21.25 m ×36.25 m，弧形半徑為 16.927 m，承臺厚4 m，見圖1。由于橋塔預埋鋼絞線在承臺混凝土中通過，故承臺混凝土強度等級考慮為C40。混凝土標號越高，水化熱越大，收縮變形也大，易開裂。本文結合該工程所采用的大體積承臺混凝土基礎，探討大體積混凝土的裂縫成因及其相應的溫控措施。

圖1 基礎布置圖

2 溫度裂縫產生基本機理

2.1 水化熱影響因素

水泥水化熱Q(t)是齡期t的函數。通常用指數式計算:

其中，Q(t)為在齡期t時的累積水化熱，kJ/kg;Q0為t→∞時的最終水化熱;t為齡期，d;m為常數，主要根據水泥型號、混凝土塊體表面狀況及澆筑溫度取值。

2.2 影響原因分析

根據文獻［1］的研究，在采取冷卻管進行冷卻施工時，冷卻管的間距影響最大，其次是冷卻水的溫度，管徑的大小影響最小。因此在布置冷卻管時，應匹配好管徑與管距的關系。

3 溫控措施

3.1 選料與配合比

混凝土成分和優化配合比是大體積混凝土溫控的有效方法。應選擇水化熱低、泵送性能好、坍落度低、穩定性好、抗裂性能好的混凝土成分材料。混凝土配料時，粗骨料應選用連續級配，細骨料宜采用中砂。外加劑宜采用緩凝劑、減水劑，摻合料宜用粉煤灰、礦渣粉等。

3.2 降低澆筑溫度

控制混凝土的入倉溫度是溫控措施的重要手段。降低澆筑溫度的措施包括:1)選擇合理的澆筑時間;2)堆高骨料，地籠廊道取料，在骨料堆上搭設涼棚等;3)加冰攪拌混凝土，但要注意使所有的冰都融化;4)在模板和混凝土外表面遮陰，避免陽光直射，用水養護。

3.3 埋設冷卻管

埋設冷卻管是最直接的減小大體積混凝土塊體溫度應力的措施。冷卻管應合理匹配管徑和管距的關系。水管系統的設計要避免在模板安裝與拆除過程中影響水管的冷卻活動。安裝后必須保證管道暢通、接頭可靠不漏水。并通過管道試水檢驗，防止混凝土澆筑過程中出現管道漏水現象(見圖2，圖3)。

圖2 冷卻管立面布置圖

圖3 冷卻管平面布置圖

3.4 混凝土養護

混凝土養護包括保溫養護和保濕養護兩個方面。當混凝土澆筑完成，初凝后立即覆蓋塑料薄膜土工布進行保溫養護，并灑水保持表面濕潤，以降低混凝土內部溫度與表層混凝土溫度的溫差。水化熱釋放溫度升高時，應加強散熱措施。當混凝土處于降溫階段時，則要保溫覆蓋以減少內表溫差。在達到養護齡期后，可繼續保留保濕養護覆蓋物數天，讓混凝土表面緩慢干燥，有利于減少混凝土表面開裂。

4 施工方案

4.1 施工流程

結合本工程具體情況，主墩承臺根據圍囹布置采用兩次澆筑方案，第一次澆筑2.05 m高度，第二次澆筑剩余1.95 m高度。在兩層承臺的施工之間在第一次澆筑的承臺頂部進行圍堰四周頂撐，卸除最下層圍囹并進行拆除，施工流程:測量放樣→封底找平→再測量放樣→鋼筋勁性骨架安裝→鋼絞線勁性骨架安裝→第一層承臺鋼筋綁扎及鋼絞線安裝→第一層承臺模板支立→第一層混凝土澆筑→第一層承臺頂支撐圍堰→拆除最下層圍囹→第二層承臺鋼筋綁扎→第二層承臺模板支立→第二層混凝土澆筑。

4.2 降溫措施

采用埋置冷卻管通循環水冷卻技術，以降低承臺新澆混凝土的內部溫升。混凝土外表面采取保溫措施，擬模板側面采用彩條布保溫，頂面采用一層塑料薄膜+土工布+彩條布保溫。

冷卻管采用φ48×3鋼管，熱傳導快，降溫效果好。冷卻管平面布置間距為1 m，每層承臺豎向中間布置一層管路擬采用回形方式，水平鋪設。每層冷卻管均設置2個進水口，2個出水口，且各層冷卻管各自獨立，增強降溫效果的同時便于根據每層的溫測數據，相應調整冷卻管內水流循環的速度，充分利用混凝土的自身溫度中間高四周低的特點，在循環過程中自動調節溫差，產生好的效果。冷卻水管安裝時，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠。

5 溫控監測

為檢驗溫控措施的效果，需采取適當的溫控監測措施，通過溫控監測還可以對溫控措施及時改進和調整。監測點的布置以真實地反映出混凝土澆筑體內最高溫升、最大應變、里表溫差、降溫速率及環境溫度為原則，選擇代表性強的部位，即分別在承臺每層按上部、中部、底部留設測溫孔(見圖4)。本工程共布設11個觀測點。在每個測溫點沿豎向預埋φ5 cm薄壁鋼管，施工時注意與冷卻管避開適量距離，并注意將鋼管下部封閉嚴密，上管口用膠帶紙密封好，高出承臺一定高度，防止混凝土漿灌入，測溫鋼管預埋時一定要與鋼筋固定牢固，防止振搗混凝土時移位，每個測溫孔預埋好以后均應進行編號，以便準確獲取數據。

圖4 測溫孔布置圖

混凝土入模溫度為11℃，混凝土澆筑時大氣溫度為6℃。混凝土采用棉被及帆布覆蓋的方法進行養護。共記錄了16 d的混凝土溫度變化的檢測數據，部分結果如圖5所示。

圖5 測溫孔溫度測試變化圖

監測發現混凝土結構內部的最高溫度，發生在澆筑后的最初3 d～5 d。混凝土澆筑前期溫度變化較大，隨著時間的推移，溫度變化差值逐漸縮小，溫度值慢慢趨于平穩。通過分析監測溫度發現，承臺內布置冷卻水管能夠降低承臺混凝土的最高溫度和內外部混凝土的溫差，從而顯著減少承臺表面裂縫數量和寬度。

6 結語

本文以薊運河斜拉橋為工程背景，分析了大體積混凝土承臺常見溫度裂縫產生的基本機理及影響因素，并總結了控制和減小溫度裂縫的施工工藝與溫控措施。

［1］華龍海，熊 剛，王艷寧，等.大體積混凝土裂縫成因分析及溫控措施［J］.城市道橋與防洪，2009(11)：35-37.

［2］霍凱成，史鳳香.巴東長江大橋承臺大體積混凝土溫度控制［J］.巖土力學，2002，23(S)：238-240.

［3］康省楨.承臺大體積混凝土水化熱分析與施工控制［J］.世界橋梁，2008(2)：42-44.

［4］李仲勤.墩臺大體積混凝土溫度應力分析與裂縫控制探討［J］.城市道橋與防洪，2009(3)：84-86.

［5］劉昌濟，王 斌，卜顯英.大體積混凝土裂縫原因分析與控制措施［J］.石家莊鐵道學院學報，2005，18(6)：54-57.