龍潭長江大橋南主墩承臺溫控技術研究

張 艷

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

龍潭長江大橋主橋為單跨1 560 m鋼箱梁懸索橋，南主塔為大直徑群樁基礎，承臺結構為啞鈴型，平面尺寸78.95 m×40.5 m，厚6.0 m，承臺底標高-2.0 m，頂標高+4.0 m，上下游承臺之間用系梁聯成整體，設計采用C40混凝土，共16 232 m3。

承臺基坑采用鋼板樁圍堰結構進行支護，設置兩層支撐體系。考慮圍堰設計情況，承臺澆筑分兩層進行，第一層澆筑厚度2.0 m，第二層澆筑厚度4.0 m，由于南主墩承臺為特大型大體積混凝土構件，溫控防裂要求很高，施工中如何避免或控制有害裂縫發生是質量控制的關鍵。

2 溫控標準及溫控措施

2.1 溫控標準

溫度裂縫形成的原因是混凝土結構內外溫差過大或外界氣溫變化較大，熱脹冷縮引起混凝土體積變化，混凝土變形受自身或外部約束，局部拉應力過大，超出其抗拉強度時導致結構開裂。

根據主墩承臺結構特點，采用MIDAS軟件建立南主墩承臺有限元模型，對承臺混凝土進行溫度和應力仿真計算。溫控計算考慮承臺混凝土的物理熱學性能參數、分層澆筑厚度、澆筑溫度、澆筑間隔、環境溫度變化、混凝土徐變及外部約束等因素。南主墩承臺施工溫控標準如下，見表1。

表1 南主墩承臺施工溫控標準

2.2 溫控措施

南主墩承臺混凝土產生裂縫的因素主要來自兩個方面：一是自身水化熱引起的溫度應力變化；二是承臺受鉆孔樁基礎約束，及上下兩層混凝土之間施工齡期差異導致的收縮徐變不同。為達到溫控標準要求，主要從以下幾個方面采取措施來保證溫控指標的實現。

(1)對混凝土配合比進行優化。選用中低熱水泥，盡量減少水泥用量，適當增加粉煤灰等礦物摻合料摻量，摻加優質緩凝高效減水劑，降低水化熱，延長混凝土初凝時間，從而降低溫升峰值和延緩溫峰到達時間；選用優質骨料，低熱膨脹系數、低吸水率的骨料體積穩定性好，可減小混凝土的收縮變形；在滿足施工的情況下，使用坍落度較低的混凝土，有利于減少用水量，減少干縮，提高抗開裂性能。

(2)控制混凝土澆筑的入模溫度。混凝土澆筑溫度對混凝土內部最高溫度和溫峰到達時間都有很大影響，相同配比的混凝土，澆筑溫度低的溫峰值要比澆筑溫度高的小很多。南主塔承臺施工在冬季，環境溫度-7～15 ℃，正常情況下對水泥、粉煤灰、碎石、砂等原材料覆蓋保溫即可滿足≥5 ℃且≤28 ℃澆筑溫度的要求。遇到低溫寒潮天氣，采用攪拌用水加熱的方法來保證混凝土的澆筑溫度。

(3)在承臺內部安裝冷卻水管，并對混凝土進行保溫養護，通過內降外保，降低內表溫差。大體積混凝土澆筑過程中，前期水化熱會使混凝土溫度快速上升，在承臺內部安裝冷卻水管，通過冷卻水循環，直接帶走混凝土內部溫度，從而降低升溫速率和溫度峰值；后期溫度峰值過后，混凝土逐漸降溫，此時需要加強保溫覆蓋養護，減緩表面溫度散失，避免降溫速率過快。南主墩承臺分層分塊澆筑，施工時除控制混凝土內表溫差外，還應注意降低新老混凝土之間、混凝土表面和外界環境溫度之間的溫差。

(4)優化施工方案，減小承臺結構受鉆孔樁基礎的約束作用，嚴格控制上下兩層混凝土之間的施工齡期差。考慮到承臺受群樁基礎約束，混凝土收縮徐變時易產生裂縫，在中間系梁部位設置2 m后澆帶，將承臺分成上下游兩層共4塊區域進行澆筑，后澆帶在塔座混凝土澆筑完成后、下橫梁施工前用微膨脹混凝土一次性澆筑成型。此外，盡量縮短上下兩層混凝土之間的齡期差，避免出現收縮裂縫，兩層混凝土之間的澆筑間隔控制不超過20 d。

3 現場溫控措施實施

3.1 配合比優化

(1)采用P·O 42.5句容水泥，在膠材總量確定的前提下，增加Ⅰ級粉煤灰摻量，略降低礦粉摻量，礦物摻合料總摻量不超過45%。

(2)選用產地江西的碎石和中砂，碎石要求級配良好、線脹系數小、吸水率低、體積穩定性好。

(3)選用蘇博特聚羧酸類高性能緩凝減水劑。優質的聚羧酸類緩凝高效減水劑具有緩凝、減水、引氣的效果，能夠延緩溫峰時間，減少水化熱總量，并顯著增加混凝土的和易性、可泵性。

(4)混凝土的坍落度按照200±20 mm控制，標準溫度濕度環境下試拌初凝時間調整大于35 h。混凝土強度評定采用56 d強度。

3.2 澆筑溫度控制

根據南主墩承臺有限元模型計算結果，承臺混凝土的澆筑溫度必須控制在5～28 ℃范圍內，現場采取如下措施：

(1)澆筑前對原材料溫度進行測量，通過熱工計算進行估算，估算結果低于5 ℃時，可加熱攪拌用水，控制澆筑溫度。

(2)水泥礦粉溫度控制低于60 ℃，粉煤灰溫度控制低于40 ℃，對儲料罐進行包裹保溫。

(3)搭設保溫棚進行骨料保溫，棚內溫度保持5 ℃以上，骨料采取堆高和覆蓋措施，取料時從底層取料。

(4)選擇白天澆筑，避開夜間低溫寒潮時段。為防止混凝土運輸和澆筑過程中受凍或溫度損失過大，對運輸罐車和輸送泵管均進行包裹保溫。

3.3 冷卻水管安裝

冷卻水管采用Φ40×2.5 mm的黑鐵管，承臺第一層上、下游混凝土內各布設1層冷卻水管，承臺第二層混凝土內布設3層冷卻水管，水管豎向間距1.0 m，水平間距0.8 m，距混凝土表面及側面70～100 cm。冷卻水管每層12套，每套總長度不超過150 m。采用水箱蓄水循環冷卻，冷卻水管的進出水口集中布置并編號，方便管理。進水口設置兩個減壓閥以控制水流速率，外接水泵給水箱補水調節水溫，以便調整進水溫度與內部混凝土溫差在指標范圍內，同時起到控制升溫速率和降溫速率的作用。

承臺混凝土澆筑前對冷卻水管進行加壓通水試驗，檢驗冷卻水管是否運行正常，發現管道有漏水、阻水現象及時修補。進水溫度與內部混凝土溫差應控制在20 ℃以內，避免對內部混凝土冷激造成內部裂縫。不同時段對冷卻水的流速和溫度要求不同，南主墩承臺混凝土通水要求見表2。

表2 南主墩承臺混凝土通水要求

3.4 保溫養護

南主墩承臺在冬季施工，外界環境溫度很低，對混凝土開裂影響較大，升溫速率和降溫速率過快都會導致混凝土內表溫差過大，極端寒潮天氣甚至會影響混凝土正常凝結硬化，因此必須對混凝土進行保溫覆蓋養護。

承臺第一層混凝土結構內部鋼筋較密，且第一層處于圍堰內較低位置，起到了很好的避風效果，受晝夜氣溫變化影響較小，上表面主要采用覆蓋及溫水養護，側面在模板外側粘貼一層3 cm厚橡膠保溫棉并帶模養護。承臺第二層混凝土上表面采用覆蓋塑料薄膜+棉被保溫保濕，側面粘貼橡膠保溫棉與帶模養護。

4 測溫監控及數據分析

4.1 測溫監控

為了解承臺澆筑、養護過程中混凝土各部位溫度變化情況，及外界環境溫度、冷卻水溫度等，以便及時調整和優化溫控措施，需對承臺混凝土進行實時測溫監控。在滿足溫控要求的前提下，考慮經濟原則，選取承臺混凝土垂直中位面的1/4塊布置測溫元件。承臺第一層上、下游各布設1層共22個測點，測點距封底混凝土1.0 m；承臺第二層上、下游高度1.5 m與2.5 m處各布設2層共44個測點。

溫度監測工作在混凝土澆筑后立即進行，每1 h監測1次，連續不斷。承臺混凝土澆筑14 d后，根據監測結果，確定終止測量時間。南主墩承臺溫控監測數據見表3。

表3 南主墩承臺混凝土溫控監測數據匯總表

4.2 數據分析

由溫控監測數據可知，南主墩承臺各部位的澆筑溫度在15.3～18.6 ℃，內部最高溫度58.8 ℃，最大內表溫差24.3 ℃，各項指標均滿足溫控標準要求，進出水溫差也滿足通水要求≤10 ℃的標準。此外，由于采取了保溫覆蓋措施，承臺混凝土表面溫度變化不大，受晝夜溫差作用影響有輕微波動。現將南主墩承臺上游第一層混凝土施工監測數據繪制成歷時曲線圖進行分析，見圖1。

圖1 承臺上游第一層測點溫度特征值歷時曲線圖

如圖1，前期隨著承臺混凝土水化放熱，其表面溫度和芯部溫度同步上升，平均升溫速率在0.2～0.8 ℃/h，表面升溫速率要小于芯部升溫速率，內表溫差逐漸增大，60 h后混凝土內部升溫減緩，此時接近溫度峰值。在冷卻水影響下，芯部溫度達到溫峰值后開始緩慢降溫，平均降溫速率在1.6～2.0 ℃/d，此時，混凝土表面溫度和芯部溫度同步下降，但表面降溫速率大于芯部降溫速率，內表溫差呈繼續增長趨勢，持續通水冷卻并帶模養護，保證內表溫差≤25 ℃，控制降溫速率≤2.0 ℃/d，直至芯部溫度變化趨于穩定，滿足停水要求。

對南主墩承臺其他部位混凝土監測數據進一步分析表明，各區混凝土溫度特征曲線走勢基本一致，混凝土施工溫控指標均滿足標準要求。

5 結 語

龍潭長江大橋南主墩承臺溫控施工嚴格按溫控方案要求執行，低溫寒潮季節采取溫水拌和、罐車包裹等方式保證澆筑入模溫度；采用水箱蓄水循環冷卻，有效降低了進水溫度與混凝土芯部溫度差值，通水總體效果良好；在結構側面帶模加粘貼保溫棉養護起到了很好的防風保溫作用，有效降低了雨水、低溫等不利天氣影響。承臺施工完成后，混凝土沒有出現裂縫，這說明南主墩承臺施工溫控技術是科學有效的。