人行天橋承臺大體積混凝土施工技術

邊洪彪，張永潭，馬夢濤

（中建鋼構有限公司，廣東深圳518040）

1 工程概況

西青區津淶道王臺-鄧店人行過街天橋位于天津市西青區津淶公路與現狀王臺路交口以西公交站旁，天橋主體采用鋼桁架形式，跨度66m。本工程主橋墩下為10根鉆孔灌注樁+承臺基礎，承臺設計尺寸為14.4m×5.4m×3.0m。面筋自重較大，鋼筋形式的馬凳承載力無法滿足施工安全性要求。

2 支撐體系設計與計算

2.1 支撐體系設計

本工程型鋼支撐架立柱采用10工字鋼制作，按間距2 000mm×2 000mm設置；主受力橫梁采用10號槽鋼制作，設置位置分別對應于底板內的各層鋼筋，設置方向垂直于各層鋼筋的下部鋼筋方向。次受力橫梁及斜撐為鋼筋的下部鋼筋方向，次受力橫梁及斜撐為5號角鋼，斜撐水平方向按“隔二布一”的方式布置，嚴禁在上層鋼筋網片上不均勻堆載鋼筋及其他材料，對載重量不應超過150kg/m2。型鋼支撐馬凳布置如圖1，2所示。

圖1 型鋼支撐馬凳立面

2.2 支撐體系計算

參數取值如下：施工設備荷載標準值為1.400kN/m；施工人員荷載標準值為1.400kN/m。橫梁采用10號槽鋼，橫梁截面抵抗矩W=39.7cm3；橫梁鋼材彈性模量E=2.05×105N/mm2；橫梁截面慣性矩I=198.3cm4。立柱采用10號工字鋼，立柱高度h=2.8m，立柱間距l=2m，鋼材強度設計值f=205N/mm2，立柱截面抵抗矩W=49cm3。

1）支架橫梁計算

均布荷載值計算跨中荷載簡圖及支座簡圖如圖3，4所示。由此可得：靜荷載計算值q1=0.840kN/m，活荷載計算值q2=3.920kN/m。

圖2 型鋼支撐馬凳平面

圖3 跨中簡圖

圖4 支座簡圖

2）強度計算

跨中最大彎矩計算公式為：M1max=0.08q1l2+0.1q2l2，由此可得跨中最大彎矩M1max=1.837kN·m。支座最大彎矩計算公式為：M2max=-0.1q1l2-0.117q2l2，由此可得支座最大彎矩M2＝-2.171kN·m。強度σ＝54.674N/mm2。強度滿足要求。

3）撓度計算

計算公式如下：Vmax=0.677q1l4/100EI+0.990q2l4/100EI，式中，靜荷載標準值q1=2.100kN/m，活荷載標準值q2=1.400kN/m，三跨連續梁均布荷載作用下的最大撓度Vmax=1.105mm，滿足要求。

4）支架立柱計算

經計算得到Nmax=11.26kN，σ=54.273N/mm2；立桿的穩定性驗算σ<［f］，鋼筋支架計算滿足要求。

3 大體積混凝土熱工計算

3.1 配合比

本工程基礎底板采用混凝土60d強度作為混凝土配合比設計、混凝土強度評定及工程驗收依據。混凝土配合比及有關數據如表1所示。

表1 混凝土配合比及有關數據

3.2 分析計算

根據GB 50496—2018《大體積混凝土施工標準》，通過溫度控制，確保澆筑后的混凝土溫差（中心溫度和表面溫度）不超過25℃，根據經驗，在養護階段一般3d內部溫度最高。

3.2.1 計算絕熱溫升

式中，T(t)為齡期為t時，混凝土的絕熱溫升（℃）；mc為每立方米混凝土的膠凝材料用量（kg/m3），取224kg/m3；Q為膠凝材料水化熱總量，取315kJ/kg；C為混凝土的比熱容，可取0.92～1.00kJ/（kg·℃），此處取0.96kJ/（kg·℃）；ρ為混凝土質量密度，取2 400kg/m3；m為查表取0.340；t為齡期（d）；基本上等于1。

通過以上數據可得，混凝土最終絕熱升溫T(t)=57.7℃。

3.2.2 混凝土中心最高溫度

根據施工安排，混凝土施工時間處于5月中旬。根據歷年溫度測量數據顯示，混凝土澆筑當月平均氣溫為18℃，則混凝土入模溫度按最不利取18℃。

根據大體積混凝土施工經驗，不同齡期混凝土的中心溫度，3d混凝土中心溫度最高，故用3d溫度進行計算。混凝土中心最高溫度計算：

Tmax=To+T(t)·ξ

式中，Tmax為混凝土中心最高溫度；To為混凝土入模溫度，取18℃；T(t)為在t齡期時混凝土最大的最大絕熱升溫，取57.7℃；ξ為取1.0；則Tmax為75.7℃。

混凝土表面溫度指混凝土表面下50mm處的混凝土溫度。混凝土表面溫度計算：

Tb(t)=Ta+4h’（H-h’）（Tmax-Ta）/H2

式中，Ta為大氣的平均溫度；H為混凝土的計算厚度（m），H=h+2h’，h’為混凝土的虛擬厚度（m），h’=Kλ/β，取11.15，λ為混凝土導熱系數，取2.33，β為保溫材料的導熱系數取0.14W/（m·K）；K為計算折減系數，取0.67；βq為空氣層傳熱系數，取23W/（m·K）；Tmax為混凝土中心最高溫度。由此可得：Tb(t)=56.9℃。

混凝土中心溫度與表面溫度溫差計算：ΔT＝Tmax－Tb(t)＝75.7-56.9=18.8℃，Tb(t)-Ta=56.9-18=38.9℃≥20.0℃，所以混凝土表面需進行保溫覆蓋。

故依據GB 50164—2011《混凝土質量控制標準》，本工程大體積混凝土養護采用塑料薄膜加2層阻燃草簾被進行養護，可滿足規范要求，現場根據需要配備充足的保溫覆蓋材料，當混凝土表面溫度與大氣溫度差小于20℃時方可撤除草簾。

3.2.3 混凝土測溫

1）混凝土體里表溫差、降溫速率及環境溫度的監測，在混凝土澆筑后，不應少于4次/d；入模溫度測量，每臺班不應少于2次/d。

2）沿混凝土厚度方向，布置表層、底層和中心溫度測點，本工程布置18個測點，如圖5所示。

圖5 承臺測溫點平面布置

3）混凝土采用電子測溫儀測溫。

4）當混凝土內外溫差大于25℃、降溫速率大于2.0℃/d、澆筑體表面與大氣溫差大于20℃時應對混凝土加強保溫措施，增加阻燃草簾的覆蓋層數。

4 結語

大體積混凝土施工應注意馬凳選型和混凝土水化熱控制。經過比選，基礎高度超過2m宜選用型鋼馬凳，水化熱控制首先要進行準確的水化熱計算，同時實時監測混凝土澆筑過程中及澆筑后的溫度變化。