濟南黃河特大橋大體積混凝土施工技術

■ 王增社 但唐進

1 工程概況

京滬高速鐵路濟南黃河特大橋位于濟南市區西外環邊，主橋橋墩處于黃河主河道里，主橋設計為京滬高速鐵路二車道和太青鐵路二車道。橋墩承臺為長方體，承臺平面尺寸為34 m×13 m，高度為5 m，承臺需要混凝土量為2 210 m3。混凝土用量大，若大體積承臺施工和養護不當，會造成承臺混凝土內外溫差過高，產生溫度裂縫，易引起質量事故。

2 施工準備工作

大體積混凝土施工技術要求較高，特別在施工中要防止混凝土因水泥水化熱引起的溫差產生溫度應力裂縫。因此需要從材料選擇、技術措施等有關環節做好充分準備，才能保證大體積混凝土順利施工。

2.1 材料選擇

2.1.1 水泥

普通水泥水化熱較高，特別是應用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發，混凝土芯部溫度過高，與混凝土表面產生較大溫差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。當表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產生溫度裂縫。因此，確定采用水化熱較低的硅酸鹽水泥，標號為P·O42.5，并通過摻加合適的外加劑改善混凝土性能，提高混凝土的抗滲能力。水泥的各項檢測指標見表1。

2.1.2 細骨料

采用中砂，平均粒徑大于0.5 mm，含泥量不大于5%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少約10%的用水量，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。中砂的各項檢測指標見表2。

2.1.3 粗骨料

采用碎石，粒徑5～31.5 mm，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，同時可以減少用水量及水泥用量，減少水泥水化熱，降低混凝土溫升。碎石的各項檢測指標見表3。

表1 水泥的各項檢測指標

2.1.4 摻合料

按照規范要求，采用硅酸鹽水泥拌制大體積粉煤灰混凝土時，其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%。粉煤灰對水化熱、改善混凝土和易性有利，但摻加粉煤灰的混凝土早期極限抗拉值均有所降低，對混凝土抗滲抗裂不利，因此粉煤灰的摻量控制在10%以內。粉煤灰的各項檢測指標見表4，礦渣粉各項檢測指標見表5。

2.1.5 外加劑

減水劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，可提高混凝土的抗裂性。同時減水劑的運用，能改善混凝土的和易性，方便施工。減水劑的各項檢測指標見表6。

2.2 混凝土配合比

大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應盡量提高礦物摻合料及集料的含量，降低每立方混凝土的水泥用量。在施工條件許可范圍內，盡可能降低用水量，從而減少水灰比，減少水泥總發熱量，以降低混凝土芯部的最高溫度。

在膠凝材料漿體組成一定時，集料體積含量越大，混凝土的收縮值越小。集料體積在68%～70%范圍內變化時，對收縮的影響最敏感。從減少混凝土收縮的角度看，集料體積含量大于70%時，最為有利。適當的砂率對混凝土裂縫控制有積極作用。混凝土的干縮隨砂率的增大而增大。過高的砂率使結構表層容易產生較厚的砂漿層，對混凝土的裂縫控制不利。

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干縮。通過多次混凝土試配，確定水膠比為0.38。

混凝土含氣量為5.9%，未出現泌水現象。混凝土摻合料參量較大，初始混凝土前期水化發熱量較小，有利于控制混凝土養護溫度，避免出現混凝土溫度裂縫。

3 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，同時在承臺混凝土芯部預理水管，通過冷卻水，降低混凝土芯部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行，可有效控制因混凝土內外溫差引起的結構物開裂。冷卻水管可采用直徑25 mm的鋼管，按蛇形排列，水平管距1.5～3.0 m，通過立管相連接。通水流量根據混凝土內外溫差確定，一般流量為20 L/min。

3.1 混凝土澆筑

由于混凝土量龐大，必須在澆筑前準備充足的原材料，對攪拌設備和澆筑設備進行檢查，確保澆筑順利進行。

混凝土澆筑時應采用全面分層澆筑方法，即在第一層全面澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續澆筑，直至完工為止。這種方案適用于結構平面尺寸不太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

混凝土澆筑時在每臺泵車的出灰口處配置1～2臺振搗器。因為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臺振搗器主要負責下部斜坡流淌處振搗密實，另外2～4臺振搗器主要負責頂部混凝土振搗。

由于混凝土坍落度較大，會在表面鋼筋下部產生水分，或在表層鋼筋上部的混凝土產生細小裂縫。為了防止出現這種裂縫，在混凝土初凝前和預沉后采取二次抹面壓實措施。

表2 中砂的各項檢測指標

表3 碎石的各項檢測指標

表4 粉煤灰的各項檢測指標 %

表5 礦渣粉各項檢測指標 %

表6 減水劑各項檢測指標

現場按每澆筑100 m3制作1組試塊作為同條件下養護試件，同時記錄同條件養護溫度。

3.2 混凝土養護

混凝土澆筑時應設專人配合預埋測溫管。測溫線應按測溫平面布置圖進行預埋，預埋時測溫管與鋼筋綁扎牢固，以免位移或損壞。每組測溫線有3根測溫線，在線的上段用膠帶做上標記，便于區分深度。測溫線用塑料帶罩好，綁扎牢固，不允許測溫端頭受潮。測溫線位置用保護木框作為標志，便于保溫后查找。3個不同高度的測點分別距墊層0.4、0.5、0.5 m。

混凝土溫度由專門技術人員測量，并做好記錄。

混凝土澆筑后，根據混凝土芯部溫度，可以通過冷卻管對混凝土芯部進行降溫，將出水口的溫水用于混凝土表面的養護，并覆蓋一層塑料薄膜保溫。

新澆筑的混凝土水化速度較快，蓋上塑料薄膜后可進行保溫保養，防止混凝土表面因脫水而產生干縮裂縫，同時可避免草席因吸水受潮而降低保溫性能。

通過對混凝土芯部溫度、混凝土表層溫度和環境溫度數據的分析，得出混凝土在28 d養護期間內混凝土芯部溫度與混凝土表層溫度溫差<20 ℃（見圖1），混凝土表層溫度與環境溫差<20 ℃（見圖2），混凝土養護期間未出現溫差大于20 ℃情況。

通過冷卻管對混凝土芯部溫度的調節，可使混凝土能保證一定的溫度促進水泥水化反應，同時也控制了混凝土芯部溫度與混凝土表層溫度之差在控制的范圍之內，保證混凝土質量。

4 結論

澆筑完成的混凝土成品，顏色均勻，無蜂窩、麻面、狗洞等質量通病出現。現場制取混凝土抗壓試件強度合格。混凝土構件經現場超聲波-回彈法檢測強度合格，經仔細檢查確認混凝土無有害裂紋產生。因此，大體積混凝土必須做好澆筑與養護，避免出現溫度裂紋，造成混凝土結構不穩定。