大體積混凝土溫控技術在大橋墩身施工中的應用

通州建總集團有限公司 南通 226301

1 概述

崇啟大橋南引橋長為2.2 km（起訖樁號K32+150～K34+350），為長50 m預應力混凝土連續箱梁段，橋墩基礎采用了鋼管樁基礎，承臺采用圓形分離式承臺，墩身采用矩形倒圓角花瓶形結構，墩身高度為13.49～32.70 m，墩身底標高+2.0 m，墩身采用C45高性能海工混凝土。

本工程46#～48#墩身為實心墩，其余為空心墩，空心墩最下面4 m段為實心結構。墩身底部長5.5 m、寬2.5 m或3 m，擬定的單節最大澆筑高度為6 m，為大體積混凝土施工，必須采取合理的施工措施，確保墩身混凝土的施工質量。

2 大體積混凝土的施工特點

現在的建筑規模越來越大，結構越來越復雜。一些大型基礎工程，如高層建筑中的基礎部分，混凝土厚度都在1 m以上，混凝土總量大，工程條件復雜，施工技術要求高。

大體積混凝土在凝結硬化過程中，由于混凝土中水泥的水化反應會放出熱量，使混凝土結構溫度不斷上升，特別是其內部溫度上升幅度較其表層溫度上升幅度要大得多[1-4]。另一方面，在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，由于一般大體積混凝土結構都比較厚，表面系數相對較小，所以水化反應產生的熱量在結構內部不易散失，內部降溫速度又比其表層慢得多，混凝土內部的熱量無法及時散發出去，造成內外溫差過大[5,6]。溫差過大會在混凝土內產生溫度應力，當溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，混凝土就會出現裂縫，裂縫可能在混凝土表面，也可能在內部，甚至出現嚴重危害結構的貫通裂縫。

3 溫控技術在墩身中的應用

3.1 墩身溫度分析

上海港灣院對墩身混凝土進行了溫度應力分析，以施工溫度30 °C建立數模。圖1是橋墩澆注后混凝土溫度隨時間變化曲線，圖2是澆注后3 d時橋墩混凝土溫度分布圖。

圖1 橋墩溫度——時間曲線

由圖中可以看出，混凝土3 d左右溫度將會達到峰值，若施工溫度在30 °C，混凝土內部最高溫度在64 °C左右，表層溫度在27 °C左右。

圖2 澆注3 d橋墩混凝土溫度分布

3.2 溫度監控

3.2.1 墩身溫度監控的標準

（a）墩身混凝土內外溫差小于25 K。

（b）拆模時混凝土芯部與表層、表層與環境之間的溫差不得大于15 K。

3.2.2 溫度監控措施

為了掌握混凝土內外溫差，指導混凝土溫度控制，必須對墩身內部的溫度變化進行實時監測。

施工中使用便攜式數字溫度計進行溫度監測，在墩身混凝土中預埋TP-01熱電偶探針。每根測溫線一端是探針，一端是插頭。

探針按照施工方案布置，立面布5 個。測溫線插頭留在外面，用塑料袋罩好，避免受潮，保持清潔。在測溫線插頭上標好字母記號，以便于區分深度。圖3為測溫點。

圖3 溫度測點布置

3.2.3 溫度監控要求

（a）一般在混凝土澆注完畢，初凝后開始測溫。每次測溫都要記錄墩身溫度和環境溫度。

（b）測溫工作應連續進行，4 d內每3 h測一次，5～7 d每4 h測一次，8～14 d每6 h測一次。

（c）測溫數據應認真仔細記錄分析，及時整理，以便及時調整混凝土的溫控措施。

3.2.4 實測溫度分析

在正式施工水上墩身前，首先進行了陸上試驗墩的澆筑和測溫，試驗墩的施工完全模擬水上墩身施工工況，測溫數據見圖4。

圖4 實際溫度變化折線

從上圖可以發現實際施工中，墩身內部及表層溫度比理論計算都要高5～6 K，降溫速度沒有理論上的快。所以我們在水上墩身施工中根據實際收集的測溫數據，及時進行了冷卻水管循環通水降溫，并實時調整水流速度，確?；炷羶韧鉁夭钚∮?5 K，并嚴格控制降溫速率。

3.3 冷卻水管

該技術利用預埋在墩身中的冷卻水管的通水循環作用，帶走墩身混凝土內部的水化熱量。

循環冷卻用水采用淡水，由于大橋所在區域屬于長江入海口，所以循環用淡水全部從陸上運至設置在承臺上的水箱內。利用增壓水泵將水從水箱內抽出后注入進水口，出水口出來的水經過軟管重新流入水箱內，從而完成一次循環。

3.3.1 冷卻水管的布置

依據以往經驗，墩身中設置2 排冷卻水管，立式布置，上下距混凝土表面均為500 mm，水管豎向間距為750～1 000 mm。冷卻水管布置如圖5所示。

圖5 冷卻水管布置

3.3.2 冷卻水管安裝

冷卻水管采用Φ32 mm、壁厚2 mm的薄壁鍍鋅鐵管。冷卻水管轉角處采用直角PVC彎頭連接，薄壁鍍鋅鐵管與直角PVC彎頭之間用強力膠粘結牢固。利用墩身中的原有鋼筋，將冷卻水管固定在相應的輔助拉筋上，用鐵絲扎牢并焊死。

3.3.3 施工注意點

（a）冷卻水管安裝要牢固，在混凝土澆筑過程中應避免受到振動棒的振擊，否則會造成冷卻水管位置偏移及弄破水管而導致漏水。

（b）在安裝水管和綁扎鋼筋的過程中，要加強對水管的保護意識。因為冷卻水管壁較薄，受到碰撞和擠壓后極易被碰彎、壓扁、弄破等。

（c）在澆筑混凝土前要進行水管的通水試驗，確保冷卻水管能正常循環通水。

（d）根據溫度監控結果適時調整冷卻水的流量，出水口流量10～20 L/min，使進、出水溫差不大于10 K。冷卻水與混凝土之間的溫差不大于22 K。嚴格控制降溫速率，防止因降溫過快產生裂縫。

（e）冷卻水管使用完畢后進行壓漿處理。先用空壓機將殘留在管道內的水份徹底清除，再用水泥灌漿料注入管道中，直至將管道壓滿。

3.4 雙高摻技術

墩身混凝土為C45高性能海工混凝土，水泥采用的是P.O 42.5水泥。由于硅酸鹽水泥水化熱較高，為減少大體積混凝土水化反應產生的熱量，采用雙高摻技術，即增大混凝土中粉煤灰和高效減水劑的摻量，以降低水泥用量，優化混凝土配合比，達到減小混凝土水化熱量的目的（表1）。

表1 墩身混凝土采用的配合比

3.5 澆筑溫度的控制

降低混凝土的澆筑溫度有利于減小混凝土內部溫度值，減小裂縫產生的機率。相同的混凝土結構，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多。特別是在夏季施工時，應盡量降低混凝土的入模溫度，可采取如下措施降低混凝土的澆筑溫度：

（a）水泥使用前應充分冷卻。

（b）在混凝土攪拌船的骨料倉上搭設遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋骨料。

（c）避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，控制入模前的模板與鋼筋溫度等。合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。

（d）當氣溫高于入倉溫度時，應加快運輸和入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升?；炷凛斔凸芡庥貌荽陉?，并經常灑水。

（e）混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應對模板及混凝土表面進行冷卻，如灑水降溫、避免暴曬等。

（f）使用攪拌船底倉的低溫淡水作為攪拌用水。

4 結語

大體積混凝土由于內外溫差較大，易產生裂縫，這是施工的難點。本工程施工中采用優化高性能混凝土配合比、預埋冷卻水管、對混凝土溫度實時監測、降低混凝土的入模溫度、合理安排拆模時間、在拆模后及時進行養護等一系列溫控措施，墩身混凝土的溫升和溫差都得到了有效的控制，對降低有害于混凝土結構裂縫的產生起到了積極的作用，確保了墩身的施工質量。