濟南黃河特大橋大體積承臺混凝土施工控制

■ 景兆德 但唐進 古燕

京滬高速鐵路濟南黃河特大橋位于濟南市區西外環，主橋橋墩位于黃河主河道內，其設計為京滬高速鐵路和太青客運專線四線共建。主橋大體積承臺4個，橋墩承臺為長方體，承臺平面尺寸為42.5 m×23.3 m，承臺高度為6 m。承臺混凝土量為6 000 m3，如施工和養護不當將造成承臺混凝土內外溫差很高，產生溫度裂縫，引起質量事故。

1 機理分析

大體積承臺混凝土用量大，結構橫截面面積大，水化熱不能及時釋放，易造成混凝土芯部溫度過高。當混凝土芯部溫度與表面溫差過大時，混凝土內部形成裂縫。裂縫是因混凝土干縮、溫縮變形受到約束作用引起的約束拉伸開裂。混凝土隨溫度、濕度變化產生脹縮變形，收縮變形受約束作用產生拉應變和拉應力，拉應變或拉應力超過混凝土承耐能力即產生裂紋。混凝土結構在施工期及以后使用中，因溫度、濕度變化并由此引發收縮變形很常見，而收縮變形受外部、內部約束作用在所難免。混凝土抗拉伸能力很弱，因此容易出現收縮裂縫。水泥水化熱大，混凝土放熱，其內部溫度變化使濕度也產生變化。若混凝土芯部溫度與表面溫度控制不當將出現干縮、溫縮變形，產生裂縫。有些混凝土裂縫是“表面性”的，對工程結構的承載能力或使用功能暫無任何影響，但不能保證混凝土的耐久性；有些裂縫具有“結構性”，使表面結構力學性能、使用功能或工程整體性能受到某種損害，個別裂縫將會對混凝土結構造成破壞，導致工程結構滲水、溶蝕或誘發鋼筋銹蝕，損壞結構使用功能或降低工程耐久性。混凝土裂縫是影響工程質量的重要因素之一，必須控制好大體積承臺混凝土的施工準備、澆筑和養護過程，確保工程質量。

2 大體積承臺混凝土施工

混凝土水化熱是因其內部膠凝材料水化化學反應產生的熱量，其中水泥放熱量最大。因此，混凝土配比在保證其強度等性能指標前提下，降低水泥用量可從根本上降低混凝土芯部溫度，讓混凝土以較低的溫度入模。混凝土養護期間，通過混凝土內部預埋的冷卻管，利用循環水降低混凝土芯部溫度。因此，混凝土配比、混凝土生產和養護施工是大體積承臺混凝土質量控制的3個重要環節，其中養護施工尤為重要。

2.1 前期混凝土配合比

大體積承臺混凝土在保證其強度和坍落度的前提下，應盡量提高礦物摻和料和集料含量，降低每立方米混凝土的水泥用量。在施工許可條件內，應盡可能降低用水量，減小水灰比，減少水泥總發熱量，降低混凝土芯部溫度。摻入礦物摻和料可提高混凝土的抗滲性，延長使用壽命。

膠凝材料漿體組成中，集料含量越大，混凝土收縮值越小。集料體積在68%～70%時，對收縮的影響最敏感。從減少混凝土收縮角度看，集料體積大于70%時最有利。適當的砂率對控制混凝土裂縫有積極作用，混凝土的收縮隨砂率的增大而增大，過高的砂率使混凝土結構表層產生較厚的砂漿層，不利于控制混凝土裂縫。

采用最佳粗集料級配，避免使用粒徑分布集中、中間粒級顆粒少的粗集料。采用少量小粒級石子調整級配，使其級配曲線接近級配要求下限，且含有一定量的2.5～10 mm集料時，可在一定程度上減少混凝土的收縮。同時選用合適的減水劑，減少混凝土用水量，在保證混凝土流動性的前提下，可以減少水泥用量。減水劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，提高混凝土的抗裂性。減水劑的運用可改善混凝土的和易性，方便施工。

通過多次混凝土試配，確定水膠比為0.38。混凝土原材料用量見表1，混凝土性能見表2。

混凝土含氣量為5.1%，未出現泌水現象。混凝土摻合料摻量較大，初始混凝土前期水化發熱量較小，有利于混凝土養護溫度的控制，避免出現混凝土溫度裂縫。

2.2 大體積混凝土施工

根據設計要求，承臺分2次澆筑，每層澆筑2 m。承臺混凝土芯部預理水管，通過循環冷卻水降低混凝土芯部溫度。冷卻在混凝土澆筑完成后進行，可有效控制因混凝土內外溫差引起的結構物開裂。

（1）冷卻管布設。冷卻水管采用直徑25 mm的鋼管，按蛇形排列，水平管距為1.0 m，分上、中、下3層，并通過立管連接。混凝土澆筑前進行冷卻管漏水試驗，確保冷卻管暢通、不漏水。提前對冷卻水進行沉淀處理，避免水中雜質堵塞冷卻管，影響水流量。水流量根據混凝土內外溫差確定，一般為20 L/min。

（2）測溫片布置。為真實體現混凝土溫度，并得到可靠數據，混凝土澆筑時應設專人預埋測溫管。測溫線應按測溫平面布置圖預埋，預埋時測溫管與鋼筋應綁扎牢固，避免產生位移或損壞。在每組測溫線中的3根線上部用膠帶進行標記，以利于區分深度。測溫線用塑料帶罩好，綁扎牢固，避免測溫端頭受潮。在測溫線位置用保護木框進行標志，便于查找。在承臺上布置9個測溫點，每個測溫點預埋4個測溫片，4個測溫片位置距承臺底部分別為50、130、210、290 mm。

表1 混凝土原材料用量 kg

表2 混凝土性能

（3）混凝土澆筑。混凝土用量龐大，原材料應準備充足，檢查攪拌設備和澆筑設備。對混凝土攪拌用水溫度進行測試，夏季施工利用井水攪拌或拌和水加冰進行降溫處理，保證混凝土較低的出倉溫度，并及時澆筑入模。冬季施工應對原材料與拌和水采取保暖加溫措施。混凝土澆筑采用分層澆筑方式，第一層澆筑完成后，在混凝土還未初凝時澆筑第二層，如此逐層連續澆筑。這種澆筑方式適用于平面尺寸不大的結構，澆筑從短邊開始，沿長邊推進，必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間澆筑。澆筑混凝土時，每臺泵車的出灰口處配置1～2臺振搗器，由于混凝土的坍落度較大，在1.5 m厚的底板內可斜向流淌1 m左右。2臺振搗器主要負責斜向流淌混凝土的振搗密實，另外2～4臺振搗器主要負責上部混凝土的振搗。由于混凝土坍落度較大，其表面鋼筋的下部出現水分，或鋼筋上部表層混凝土出現細小裂縫。為防止出現這種裂縫，混凝土初凝前和混凝土預沉后采取二次抹面壓實措施。現場每澆筑100 m3制作2組試塊，不足100 m3的制作2組養護試件，養護過程中應記錄同條件下的養護溫度。

（4）混凝土養護。溫度和濕度是保證混凝土強度的2個重要因素。溫度是保證混凝土強度的重要條件之一，濕度也不能忽視，其對低水灰比混凝土的影響大于對高水灰比混凝土的影響。因為低水灰比混凝土養護時，如果混凝土內部水泥水化消耗的水補充不及時，將出現自干燥收縮，導致外層混凝土產生內應力，使混凝土表面出現裂紋。混凝土初凝后應及時進行表面全部覆蓋養護。冷卻管冷卻水開始循環，利用循環水對混凝土表面澆水進行養護，每2～4 h澆水一次，遇到大風或酷熱天氣增加澆水次數。每2 h對混凝土芯部溫度、表面溫度、土工布養護溫度和循環水進出溫度進行測試，以便調整養護措施。當混凝土芯部溫度與表面溫度溫差過大時，加大循環水流量，以降低混凝土芯部溫度。

（5）測溫結果。濟南黃河特大橋主橋1#墩承臺第一次澆筑測溫結果為混凝土芯部最高溫度58 ℃，出現時間在澆筑完成約88 h，養護期間混凝土芯部溫度與表層溫度溫差為15 ℃。通過觀察，承臺混凝土表面未出現破壞性裂縫，混凝土質量優良。養護14 d混凝土芯部溫升見圖1，混凝土芯部與表層溫差分析見圖2。

3 結束語

在濟南黃河特大橋大體積承臺混凝土施工中，混凝土合理的配比、混凝土澆筑質量、大體積承臺混凝土養護是三大重要施工環節。控制好這三大施工環節，澆筑的混凝土結構表面無蜂窩、麻面和裂縫等。現場制取混凝土抗壓試件強度滿足設計要求，混凝土構件采用超聲波回彈法檢測，強度滿足設計要求，無有害裂紋。大體積承臺混凝土施工應選擇合理的施工工藝和混凝土養護，減少溫度裂紋產生。