大跨度拱橋主墩承臺一次性澆筑的溫控措施

王英嬌 魏海龍 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概況

四川省瀘州市合江長江公路大橋21#主墩承臺采用分幅結構，承臺寬11.25m，長30m，高4.5m，采用C30混凝土，總方量為3696.8m3，上下游承臺間設置連接撐梁，形成框架承臺結構體系，承臺下共設24根直徑2.5m的樁基，具體結構如圖1所示。承臺位于長江江灘內，頂標高為+208.0m，底標高為+203.5m，墊層厚30cm。正常情況下，豐水期長江水位標高在210～216m之間變化，極端情況時，水位超過+220m；枯水期長江水位在206.5～208m之間變化。21#主墩施工節點目標要求墩身在汛期到來前，超過洪水位，為節省工期，承臺采用一次性澆筑完成。

2.原材及配合比

從經濟性角度考慮，承臺施工所用混凝土原材均為當地地材，選用的各項原材料技術指標如下：

（1）水泥：選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；

（2）細集料：采用機制砂與河砂的混合砂，孔隙率46.2%，泥塊含量0.2%，石粉含量5.1%，壓碎值17.0；

（3）粗集料：采用礫石，空隙率為41.8%，壓碎值為12.5%，針片狀顆粒含量7.1%，含泥量0.6%；

表1 混凝土配合比

（4）礦物摻合料：為降低大體積混凝土水化熱絕熱溫升和增加混凝土的抗裂性能，采用粉煤灰（Ⅱ級）和礦粉（S75級）代替部分水泥；

（5）外加劑：選用宜賓杰特曼生產的JTM-4高性能減水劑，減水率為31%、泌水率為42%、含氣量為4.1%；

（6）拌合用水：拌合用水采用井水，PH值為7.1。

為有效降低混凝土的絕熱溫升，在配合比的選擇上，盡量降低水泥用量，采用粉煤灰、礦粉代替，既保證混凝土的強度，又滿足可泵性、擴展性、坍落度及抗裂性等指標。混凝土的配合比見表1，其中水灰比為0.407，砂率45%，坍落度為185mm，標準養護條件下，7d齡期抗壓強度30.9MPa，28d抗壓強度為39.4MPa。

3.溫度控制措施

3.1 降低澆筑溫度

澆筑溫度的控制，主要從受環境影響最為敏感的原材料的溫度進行控制。承臺澆筑日期在5月中旬進行，正常情況下，橋址處氣溫保持在28℃以下，故澆筑時，未采取制冷水、加冰塊等特殊的降溫方法。降低澆筑溫度主要措施有：（1）水泥使用溫度≤60℃，采用提前入罐，自然冷卻的方法控制；（2）避免骨料受陽光直射，棚內存料。

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3.2 控制內部溫度

減小混凝土內外溫差對控制混凝土裂縫具有非常明顯的作用，一般可采用降低澆筑溫度、延長混凝土初凝時間、分層澆筑及埋設冷卻管通水冷卻四種方法。承臺施工主要采用了摻入外加劑調節初凝時間和埋設冷卻水管通水冷卻兩種措施降低內部最高溫度。

根據承臺混凝土方量和澆筑能力，判斷澆筑持續時間約為36h，施工時，通過調節混凝土外加劑組分，適當增加緩凝劑，混凝土的初凝時間調節至20～23h左右。

通水冷卻是澆筑后控制混凝土內部溫度的常用方法，其效果的影響因素主要有布置間距、入水口溫度、通水流量等。承臺施工冷卻水管設置的參數如下：

（1）材料采用φ42×4mm黑鐵管，為方便操作，采用相鄰兩層平行布置的方式；

（2）冷卻水管水平方向和豎直方向布置間距均為0.8m，單根冷卻管長度為250m，進出水口之間設置水箱形成閉合循環系統；

（3）管內通水流量為3m3/h，流速為92cm/s（管內臨界流速為29.5cm/s），相鄰兩層管內水流方向相反；

（4）入水口水溫與混凝土內部溫度之差不超過20℃，溫升階段，入水口水溫應在上述范圍內，盡量降低入水口水溫，確保溫降效果，溫降階段，循環水自然循環冷卻，防止降溫過快。

3.3 表面保溫

混凝土表面采取能夠減緩散熱的保溫措施，適當提高表面溫度，減小內外溫差，也利于降溫速率的控制。承臺澆筑后，先在表層覆蓋一層塑料薄膜，塑料薄膜上再覆蓋兩層土工布作為保溫材料。

3.4 水化熱分析

根據現場溫度監控記錄，混凝土內部出現最高溫度為73.1℃，出現時間為混凝土澆筑完成后29h。從整個溫度變化過程分析，溫度上升階段，分析計算的結果與實際觀測的結果基本相同；溫度下降階段，計算溫降速率為8℃/d，實際監控的溫降速率為4℃/d，其原因主要為溫降階段，循環水溫不再人工控制，實際循環水溫均高于40℃。

以下幾種因素可以幫助混凝土抗裂性能的提高：

（1）混凝土配合比中摻入了粉煤灰和礦粉，能夠有效提高混凝土的抗裂性能，具體摻量根據所用原材料試配，本項目所用摻量占膠凝材料23%；

（2）28d 混凝土強度為39.4MPa，現場同條件養護試塊中，最低強度為38.5MPa，實際的強度比設計強度高，抗裂性好；

（3）周邊設置設計鋼筋網片。

上述因素作為安全儲備，在進行混凝土的溫度應力分析時不予考慮，計算所得的混凝土抗裂性安全系數以不小于1進行控制。21#墩承臺拆模后，表面未發現裂縫，說明這樣考慮安全系數是足夠的。

3.5 溫度監控

工程實踐中，水化熱模擬分析計算的參數無法一一取得，在計算時，很多參數均依據規范取平均值或經驗參數，這就造成了計算結果的偏差，無法完全通過理論分析去判斷混凝土澆筑后的內外溫度的變化情況。為了檢查混凝土內部的溫度變化情況，動態調整和改進溫控措施，應進行溫控監測。

項目購置了TD-3 大體積混凝土測溫儀，其測溫范圍為-55℃～+125 ℃，測量精度為±0.3℃，分辨率為0.1℃。測溫點分上、中、下三層布置，布置時均布置在兩排冷卻管正中間，上、下層測溫點布置在承臺鋼筋內側。

溫升階段及初期溫將階段，混凝土內部溫度變化較快，也是防裂安全系數最低的時間段，觀測頻率較高；溫降階段穩定階段，逐漸降低觀測頻率。承臺施工的觀測頻率為：0～3d，每2h測一次；3～7d，每4～6h測一次；7d以后，每12h測一次。當混凝土內部最高溫度與環境最低溫度差值不超過25℃時，停止觀測。

4.施工組織措施

大體積混凝土從澆筑準備至澆筑后的溫度監控，持續時間較長，要切實保證施工質量，只重視原材料和溫度的控制是不夠的，過程中還應注意施工組織的保證。

（1）切實保證混凝土澆筑過程的連續進行，備料充足，配備足夠的罐車、泵車，提前檢驗攪拌機工作性能等；

（2）加強施工管理，混凝土布料均勻，振搗到位，縮短分層布料的相鄰兩層間的時間間隔，避免上層布料時，下層混凝土已初凝的情況出現；

（3）混凝土澆筑持續時間很長，應配備足夠的施工人員，輪班施工，換班時，做好工作交接；

（4）加強混凝土澆筑完成后的保溫、保濕養護。

5.結束語

合江長江公路大橋21#主墩承臺施工，在原材的選擇、澆筑溫度的控制、表面的保溫措施及內部降溫措施等施工控制方面均采用常規方案實施，簡單易行，經濟合理。承臺澆筑完成后，質量良好，無裂紋現象。一次性完成4.5m厚承臺的澆筑，相比于分次澆筑節省工期，為今后減少大體積混凝土澆筑層數、加快施工進度提供了可借鑒的經驗。