大體積砼施工過程關鍵控制因素分析

南進江

（長沙理工大學，湖南長沙 410004）

大體積砼施工過程關鍵控制因素分析

南進江

（長沙理工大學，湖南長沙 410004）

對于大體積砼施工過程中極易產生溫度裂縫的問題，岳陽洞庭湖大橋君山岸重力式錨碇工程施工前根據其實際情況對大體積砼的溫度場和溫度應力發展規律進行預測，制訂合理的溫控方案，控制溫度應力在安全范圍內發展，避免因溫度應力產生溫度裂縫；施工過程中在砼內部預埋溫度傳感器對溫度場分布進行監測，通過對溫度場分布及施工各階段溫度的分析，分析大體積砼施工過程關鍵控制因素。

橋梁；錨碇；大體積砼；溫度控制；裂縫；控制因素

大體積砼施工過程中影響溫控結果的因素有很多，如水泥種類、砼配合比、現場砼坍落度、砼入模溫度、施工環境、覆蓋保溫措施、冷卻水管降溫措施、砼結構物的體表比及上下層砼的施工間隙期，探究其中關鍵因素可對日后的溫控起到指導作用。

1 工程概況

圖1 洞庭湖大橋橋型布置（單位：標高為m，其他為cm）

大岳（臨湘—岳陽）高速公路洞庭湖大橋是杭州至瑞麗國家高速公路在岳陽跨越洞庭湖的過江通道，是全線的控制性工程。如圖1所示，該橋主橋采用雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，主跨1 480 m（中國第三，世界第七），主纜跨徑組合為460 m+1 480 m+ 491 m，主梁跨徑組合為1 480 m+453.6 m，橋面寬度33.5 m。君山岸錨碇基礎采用地下連續墻，墻厚1.2 m，采用與錨體相匹配的葫蘆形，小圓半徑28 m、大圓半徑32 m，順橋向全長98 m，橫橋向最大寬度64 m。整個錨碇需澆筑230 000 m3砼。

地下連續墻內側設內襯支護，中間設置一道隔墻，由隔墻將基礎分隔成錨碇前、后倉兩部分。前、后倉基礎底部均設置砼墊層、底板，后倉設置實心填芯砼，前倉設置空倉隔倉、前倉頂板。錨體砼包括下錨塊、上錨塊、散索鞍支墩和前錨室（見圖2）。

錨塊分為上下兩塊，下錨塊高13.5 m，上錨塊高213.49m，累計26.99m。分層施工，下錨塊分4塊澆筑，上錨塊分左右幅分塊澆筑，中間預留2 m寬后澆帶，后澆帶用微膨脹砼澆筑。

圖2 洞庭湖大橋君山岸錨碇的構造

2 大體積砼施工關鍵控制因素

君山岸錨碇大體積砼施工中遵循“外保內降”的原則，施工前后主要控制以下四點：1）通過原材料選擇和配合比試驗，降低砼的絕熱溫升和最高溫度峰值；2）選擇適合施工季節的表面保溫措施，降低砼內外溫差，使砼內溫度場分布盡量均勻，減小溫度梯度；3）通過內部冷卻水循環系統削減砼內部溫度峰值，控制內部降溫速率，防止砼內部溫度收縮過快；4）控制上下層間溫差，盡量縮短層間齡期差，防止出現層間裂縫。

2.1 配合比控制

該工程原C35砼采用的P.O42.5普通硅酸鹽水泥的水化反應速度和實際強度增長較快，對砼早期抗裂不利。為減緩水泥的水化反應速度和砼早期強度增長速度，降低砼內部溫升值，減小早期拉應力，后續施工中使用P.LH42.5低熱硅酸鹽水泥，大大降低了砼的絕熱溫升，從根本上降低了砼開裂風險。不同水泥品種的水化熱檢測結果見表1。

通過選擇合適的減水劑或調整減水劑摻量合理延長砼拌和物的初凝時間，使實驗室試配初凝時間≥30 h、現場澆筑實際有效初凝時間≥25 h，以滿足現場砼澆筑施工時長。優選性能穩定、減水率高的聚羧酸高效減水劑，有效降低每方砼水泥用量，從而降低砼的水化熱溫升。同時在后期正式澆筑砼時將減水劑含固量控制在0.95S～1.05S（S為減水劑的含固量控制值）。

表1 水泥水化熱檢測結果

控制集料質量，其中：細骨料含泥量≤3.0%，細度模數≥2.5；粗骨料選用5～31.5 mm連續級配碎石，含泥量≤1.0%，并進行水洗。進行砼試拌，在總用水量中將實測粗骨料含水量扣除，確保實際水灰比的準確度。

最終設計的砼配合比見表2，部分現場溫度檢測結果見表3。

表2 錨碇砼配合比的改善及效果

2.2 表面保溫措施控制

該錨碇施工從12月份開始，此時環境溫度為一年之中最低時段之一，很大程度上降低了原材料的溫度，從而降低了砼的出機溫度，必須采取表面保溫措施，使頂面等效換熱系數達到20 kJ／（h·℃）、側面等效換熱系數達到15 kJ／（h·℃），保證砼內外溫差盡可能小、內部溫度場均勻分布。

同時根據砼表層拉應力計算公式［見式（1）］，在施工階段其他參數均已固定，控制內表溫差對控制砼表層拉應力最具實際效果。

式中：σs（t）為t時刻砼表層拉應力（MPa）；α為砼線脹系數（℃-1），可取1.0×10-5℃-1；E（t）為t 時刻砼彈性模量（MPa）；ΔTnb（t）為t時砼內表溫差（℃）；Kp為應力松弛系數，無試驗數據時取0.5。

另外，在錨碇施工過程中嚴格按照溫控情況采取覆蓋保溫措施，保證溫差在施工允許范圍內。砼內表溫差監測結果與計算結果對比見表4。

表4 砼內表溫差監測結果與計算結果對比℃

由表4可知：內部與頂面溫差和內部與側面溫差均小于計算所得內部與外表溫差，處于相對安全范圍，有效減小了砼因溫差而導致的開裂風險。

2.3 溫峰與收縮控制

在降溫階段，由于砼內部水化反應基本完成，砼內部溫度趨于穩定且較高，而砼表面因與大氣直接接觸一直處于散熱狀態，導致砼內表溫差較大，在砼內部產生較大壓應力，外表則呈現受拉狀態；另外，在砼降溫階段砼自身開始收縮，由于底部基礎約束導致底部砼產生拉應力；加上砼為抗壓設計，拉伸能力很小，溫峰越高對砼后期收縮越不利。因此，溫峰控制至關重要。由溫峰引起的內部拉應力按下式計算：

式中：σcmax為砼內部最大拉應力（MPa）；μ為砼泊松比，可取1／6；E0′為砼內部達到穩定溫度或穩定溫度齡期時砼彈性模量（MPa）；R為砼基礎約束系數；Tmax為溫峰（℃）；Tw為砼澆筑塊穩定溫度或準穩定溫度（℃）。

在砼入模溫度及水泥水化熱確定的情況下，通過預埋冷卻水管可起到削減溫峰的作用，在前期砼升溫階段適當增加冷卻水流量，盡可能多地帶走熱量，使溫峰下降，減少砼因溫峰過高造成內部拉應力過大和后期收縮過快引起的裂縫。

2.4 施工間隙期控制

在大體積砼降溫階段，由于自身的收縮受到下面基礎的約束，砼收縮過程中容易產生由下而上的貫穿裂縫。通過縮減層與層之間的施工間歇期可縮小上下層砼之間的彈性模量，減小上層砼收縮過程中因底部約束過大產生開裂的風險。

3 君山岸錨碇溫控分析

君山岸錨碇基礎大體積砼施工中采取的溫控措施主要包括：1）在砼澆筑前后對砼原材料溫度進行控制；2）做好出機溫度、入模溫度統計；3）采取覆蓋保溫措施及冷卻水溫控措施；4）降溫階段實施收縮控制。同時根據監測情況隨時調整溫控措施，確保大體積砼施工關鍵因素在可控范圍內。監測過程中如發現內部降溫過快（1 h超過0.1℃），則立即減小通水流量或循環通水，升高進水溫度；如發現內表溫差過大，表面降溫過快，則確認現場覆蓋情況是否到位并加以落實。某錨塊中心點的實測溫度變化見圖3，計算溫度變化見圖4。

圖3 某錨塊中心點的實測溫度變化曲線

圖4 某錨塊中心點的計算溫度變化曲線

由圖3、圖4可知：實際施工中，澆筑完成44 h后砼內部達到最高溫度47.6℃，之后進入降溫階段，溫升值19.6℃；計算得出最高溫度為49.6℃，在澆筑完49 h后到達，之后進入降溫階段，溫升值21.6℃。實測溫峰與計算溫峰相差2℃，溫升時長相差5 h。其原因為：1）適當加大前期通水流速，計算采用3 m3／h，實際過程中采用5 m3／h；2）由于施工時氣溫較高，升溫階段在冷卻水箱內適當加冰降低冷卻水溫度，導致前期升溫階段帶走的熱量大于計算值，造成溫峰降低；同時由于水泥水化反應放熱速率與冷卻水管散熱速率相近時達到溫峰，且前期散熱速率大于計算值，故到達溫峰的時間相對縮短。

如圖5所示，各齡期砼抗拉能力也大于砼內部產生的不利溫度應力。

通過針對各關鍵因素采取切實可行的控制措施，該工程在完成底板施工后，經各方驗收均未發現溫度裂縫。

4 結語

圖5 各齡期砼的容許拉應力和溫度應力

洞庭湖大橋君山岸錨碇大體積砼施工實踐表明，大體積砼施工過程中，通過及時優化砼配合比、嚴格落實表面保溫措施、做好“外保內降”措施、控制降溫速率以控制收縮、縮短上下層砼施工間歇期等，可避免大體積砼出現裂縫。

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1671-2668（2016）06-0221-04

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