大體積承臺溫度裂縫控制施工

祝啟峰

摘要：大體積混凝土往往出現裂紋，本文主要介紹黃大鐵路黃河特大橋119#墩大體積混凝土承臺施工過程中所采取的溫度控制措施，并通過實測數據、新型工藝的使用，拆模后得到了較理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大體積混凝土的溫度裂縫的產生。

Abstract： Cracks often appear on mass concrete . This paper mainly introduces the temperature control measures in the construction of the 119 # pier yellow big railway 119 # pier of the bulky concrete cap of Haungda Railway Yellow River grand bridge. Through the measured data and the use of new technology， the ideal effect is obtained after form removal. The measures taken are effective， and the temperature cracks of mass concrete are controlled.

關鍵詞：大體積；混凝土；溫度裂縫控制

Key words： mass；concrete；temperature crack control

中圖分類號：U445.57 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0138-04

0 引言

由于水泥具有水化熱的性質，混凝土在澆筑后的降溫期階段，容易產生溫度裂縫。本文介紹的大體積混凝土承臺施工過程中所采取的溫度控制措施，通過實測數據、新型工藝的使用，拆模后得到了較理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大體積混凝土的溫度裂縫的產生。

1 工程概況

東營黃大鐵路黃河特大橋主橋設計為：一聯120+4×180+120m連續鋼桁梁橋。全線均為鉆孔灌注樁基礎，樁基承臺，墩身采用圓端型實體橋墩，上部結構為下承式鋼桁梁。主橋119號墩承臺位于黃河岸灘上，其下布設了20根直徑1.8m，長度為75m的鉆孔灌注樁。結構尺寸為22m（橫橋向）×17.25m（順橋向）×3.6m（厚度），混凝土等級為C35。

根據設計要求，整個承臺一次性澆筑，混凝土澆筑量為1366m3。

利津在大地構造單元上屬華北臺地內的遼冀向斜中的濟陽坳陷，南以齊河～廣饒大斷裂為界，北有臨邑～東營斷裂、陵縣～慶云～渤海農場等斷裂，斷裂主要構造先為北東至北北東，從濱州至黃河入海段，其次一級構造單元可分為：濱縣凸起，東營凹陷，陳家莊凸起。

橋址范圍內地形平緩開闊，根據鉆探揭示地表以下80m范圍內，地層以粉質黏土、粉土為主，沒有良好的天然基礎持力層，基礎類型采用鉆孔灌注樁比較適宜，樁尖持力層宜在第四層上更新統海陸交互沉積（Q3mc）或第五層中更新統海陸交互沉積（Q2mc）的粉質粘土、粉土、粉細砂層中。

2 大體積混凝土承臺溫度裂縫理論分析及溫控標準

2.1 溫度裂縫理論分析

水泥在使用過程中會發生水化反應，產生水化熱，混凝土在澆筑后先升溫，再降溫，最后溫度會維持在一個相對穩定的狀態。水泥升溫時發生水化反應，所產生的水化熱聚集在混凝土內部不易揮發，形成溫度差。混凝土在內外溫差的作用下，內部會產生壓應力，外部產生拉應力。如果外部拉應力大于相應齡期的容許拉應力，就會使混凝土表面開裂。混凝土降溫時，新澆筑的混凝土受到封底混凝土、內部鋼筋以及樁頭約束而無法自由伸縮，此時的彈性模量相對較低。當降溫幅度超過混凝土的承受力時，混凝土內部就會出現溫度拉應力，如果這個拉應力大于相應齡期的容許拉應力，混凝土表面就會形成溫度裂縫，只有嚴格控制降溫梯度，才能防止溫度裂縫形成。通過模型分析，經過130H的養護，達到最大絕熱溫升47℃，最大應力為1.4MPa，滿足混凝土抗拉強度設計值。分析如圖1所示。

2.2 溫度控制標準

119號墩承臺混凝土入模時測得的溫度是25℃，綜合考慮混凝土入模溫度、水泥水化熱在混凝土內部的聚集程度、現場通水散熱情況及養護條件，結合相關規范要求，特制定了以下的混凝土溫度控制標準：①混凝土的入模溫度不宜超過28℃；②養護期間混凝土內部最高溫度不得超過65℃；③養護時混凝土內表溫差不得超過25℃，表面溫度與環境溫度相差不得超過20℃；④單根散熱管進水口和出水口溫差不得超過6℃；⑤拆模時混凝土內表溫差不得超過20℃；⑥混凝土的最大降溫速率不得超過2℃/d。

3 大體積混凝土承臺溫度控制措施

本橋位處水質具有較強腐蝕性，控制混凝土裂縫對結構的耐久性至關重要。本橋實體墩原設計中，只在表面設置一層小直徑護面鋼筋，且鋼筋保護層厚度大（凈保護層7cm）。根據以往工程實例，此類型實體墩身中容易出現裂縫及表面龜裂。

通過解析大體積混凝土裂縫成因，為了嚴格控制混凝土溫度，避免混凝土澆筑成形及養護時期產生溫度裂縫，本工程主要從水泥水化反應階段、混凝土入模、拆模及養護階段進行嚴格的溫度控制，全力確保承臺內外溫差不超過25℃，通過溫度控制確保混凝土成形良好。

3.1 混凝土的配合比設計

為了保證混凝土具有良好的泵送、防腐及抗凍性能，同時避免水泥水化熱大量聚集，在配比時用等比例的粉煤灰取代了同比例的水泥，同時按配比添加了高效緩凝減水劑，減少摻水量，控制水灰比，以確保混凝土具有良好的和易性，使混凝土溫度峰值出現的時間延后，從而提高相應齡期的容許拉應力。

精選原材料：水泥選用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用一級粉煤灰。

經過試配實驗，最終確定表1和表2所示的混凝土配比及性能指標。

墩身混凝土標號為C45，為了降低大體積墩身的水化熱，不斷優化配合比。在保證混凝土強度的條件下，降低水灰比、用等比例的粉煤灰替代相應比例的水泥、添加高效緩凝減水劑、提高混凝土和易性，并在施工中嚴格控制原材料的進場質量。實際采用的配合比見表3。

3.2 合理的布置散熱管以及測溫系統

3.2.1 散熱管的布置

冷卻管在一個承臺內安裝兩層，進出口設置在承臺中部，第一層冷卻管與第二層冷卻管交錯布置，冷卻管直徑采用？準60mm的鋼管，鋼管壁厚為1.5mm。冷卻管水平間距1m，豎向間距1.2m，距離承臺邊分別為75cm及50cm。進出口位置伸出承臺50cm，用作外接水管。冷卻管的安裝要求在同一水平面上，且安裝穩固，在混凝土澆筑過程中不會錯位移動，以保證冷卻管澆注過程中不破壞。冷卻管安裝完成后，需要進行通水試驗，冷卻管通水試驗時不得有漏水，若有漏水必須進行補焊至通水試驗不漏水為止。通水散熱完成后，對散熱管進行壓漿處理。

3.2.2 通水散熱的布置

在119#小里程基坑附近放置一個3m3水箱，利用潛水泵完成水循環，兩層降溫管分別用一個水泵循環。用塑料管連接進水口和出水口，在散熱管出水口安裝控制流量的閥門。在混凝土澆注到散熱管標高時通水12天以上，單根散熱管的流量至少達到1.5m3/h，以確保散熱良好。

3.3 鋼筋綁扎施工

綁扎鋼筋要嚴格按照圖紙進行鋼筋綁扎。鋼筋應使用合格材料，使用前按規定進行抽檢。鋼筋應平直、無局部彎折，表面應潔凈、無油漬、漆皮、鱗銹等污垢。鋼筋加工、焊接、安裝嚴格按設計及規范要求進行。

底部三層主筋為Φ25，N1長度2220m（包含兩頭17cm彎鉤），每層115根；N2長度1745cm（包含兩頭17cm彎鉤），每層147根。主筋間距為15cm一道，兩層鋼筋間豎向間距20cm。

頂層鋼筋一層Φ16，N3長度1732.8m（包含兩頭10.9cm彎鉤），共115根；N4長度2207.8cm（包含兩頭10.9cm彎鉤），147根，主筋間距為15cm一道。

四周鋼筋為Φ12，豎筋N6長度362.4cm（包含兩頭8.2cm彎鉤）間距15cm一道，共516根；圈筋N5長度2202.4m（包含兩頭8.2cm彎鉤），共36根，間距17cm一道，N7長度1727.4cm（包含兩頭8.2cm彎鉤），共36根。

加臺頂層鋼筋Φ20，N1長度1511cm，間距12cm，共計132根，N2長度2211cm，間距12cm，共計74根；四周圈筋Φ12，N3長度1602.4cm，間距12cm，共計36根，N4長度902.4cm，間距12cm，共計36根。

鋼筋綁扎順序：底部第一層鋼筋綁扎加固、底部第二層鋼筋綁扎加固、底部第三層鋼筋綁扎加固、四周鋼筋綁扎加固、頂層鋼筋綁扎加固、加臺鋼筋綁扎及墩身預埋筋綁扎加固。首先用墨線承臺進行測量放樣，確定承臺輪廓線，在輪廓線上標出縱橫鋼筋的安裝位置，一次綁扎到位。綁扎好第一層鋼筋網后，將砼墊塊按梅花形墊在鋼筋網底部（每平方至少墊4塊）。接著綁扎第二層鋼筋網片，綁扎好后，也是按梅花形在一、二層網片之間焊一長？準16的支撐鋼筋（每100cm焊一個），支撐鋼筋焊接成馬蹬形式，在中間位置橫向焊接一根鋼筋，連接馬蹬兩根鋼筋，使之撐起一、二層鋼筋網片，在綁扎上層鋼筋時人員在其上面行走鋼筋不變形即可。側面每隔1m于主筋外側梅花形安裝混凝土墊塊，以保證澆注混凝土時鋼筋保護層厚度。要保證每層鋼筋網片綁扎的順直度、間距、保護層及同一截面焊接接頭等項目確保合格。

3.4 模板施工

采用定型鋼模板施作承臺，通過“內拉外撐”加固模板。在鋼筋網上布置拉筋（每1m布置一道），拉筋引出模板外用螺栓加固。外部頂撐在模板1.5m高度內布置兩道，梅花形設置間距，每0.8m布置一道。此外，模板四周用鋼管連接加固，再用20cm×15cm方木支頂于基坑壁，以免在澆筑時模板變形。

模板采用平面模板1000*1000（108塊）、平面模板1000*600 （74塊）、平面模板1000*1500 （76塊）、平面模板500*3000 （8塊）、平面模板500*600（8塊）、平面模板250*3600 （2塊）。

清理模板表面后刷上脫模劑，用橡膠條填補模板縫，防止漏漿。鋼筋綁扎以及模板安裝完畢，經過專業監理工程師驗收合格后方可進行下一步承臺混凝土澆注施工。

3.5 混凝土施工

根據《鐵路混凝土施工驗收補充標準》澆筑混凝土，在澆筑過程中應密切關注以下幾個細節：

3.5.1 合理安排澆筑時間

設立氣象監測站，實時監測和預報氣象變化，不在雨天或大風天施工。施作承臺時，宜在一天中溫度最低的時段開工，以降低混凝土入模溫度。

3.5.2 降低混凝土入模溫度

混凝土入模時，應該嚴格控制混凝土的溫度。工地中堆放砂石料場地應設置遮陽棚，用井水拌料，并且在混凝土入模時對泵送管道灑水降溫，以降低混凝土入模溫度。

3.5.3 合理安排澆筑順序，以確保砼成形密實且均勻

先澆注承臺墩身預埋鋼筋處，以該處為基準逐步向兩側分層澆筑，每層澆筑厚為30cm。澆注的同時，用6條插入式振動棒11s～16s的頻率同步振搗。振動棒不得貼近側模，距離太近會擾動模板，因此振搗棒與側模的間距至少10cm。另外，由于泵送砼因水膠較大，澆筑時可能產生泌水，為了不影響澆筑進度和澆筑質量，應盡快將其清理干凈。建議在模板兩側分別開一小孔，出現沁水現象時及時打開小孔排除浮漿，排干凈后及時堵塞，以免其干擾澆筑作業。

3.5.4 嚴格控制混凝土澆筑的結束時間

由于承臺面積較大，需要一定的時間進行表面收光。如果在氣溫較高的正午時段結束澆筑，會導致混凝土表面的水分快速散失，嚴重時會導致表面開裂。因此，宜在16：00以后完成混凝土的澆筑工作。

3.6 混凝土的養護措施

養護的重點在于混凝土的保溫和保濕。保溫的措施是在混凝土澆筑成形后用毛氈或土工布覆蓋保溫，以防混凝土因表面溫度快速下降形成溫差裂縫。保濕的措施是對混凝土表面適量灑水，以防表面水分快速散失形成收縮裂縫。

3.7 嚴格控制拆模時間

拆模過早或過晚都不利于混凝土成形。拆模時，首先測量外界氣溫和混凝土的內部溫度，根據內外溫差確定何時拆模。所以說，天氣變化對于拆模影響是巨大的。一般情況下，內外溫差超過20℃時不宜拆模，大風天氣也嚴禁拆模。將模板拆除后，應盡快回填土進行養護（通常是一天內完成），以防基礎混凝土表面長時間暴露形成溫縮裂縫。

4 溫控結果分析

4.1 溫度場分析

為了監控承臺內部溫度，需要在承臺的1/4的范圍內布設測溫點，測溫點采用測溫繩預埋在承臺內部，與鋼筋綁扎固定，橫橋向間距3.5m布置，順橋向間距2.5m布置，對角線間距4m布置，豎向長度按照1m、2m、3m間隔布置，共布置9組27條測溫線。然后利用儀器測溫，并且在養護期間進行不間斷的測量混凝土的內部溫度，以便控制通水的水流量。

采集數據主要包括不同施工時段的入模溫度、每條測溫線處混凝土不同齡期的溫度、毛氈內的溫度、外界氣溫、散熱管進出水處的溫度。

圖2反映了同一豎直面上不同高度溫度場的分布特點，圖3反映了布置在承臺對角線上豎直距離均為1.8m的溫度-時間曲線。

4.2 保溫效果分析

根據毛氈內外溫度的測量結果（如表4所示）得知，混凝土表面覆蓋毛氈后，表面溫度在8℃左右，毛氈起到了很好的保溫作用。

4.3 冷卻水管的降溫效果

為了達到控制內外溫差的目的，冷卻水管中使用的水是溫水，按照一定的時間頻率測量進出水口的溫度，測得了散熱管的降溫數據（詳見表5），發現散熱管起到了很好的降溫作用。

5 結語

根據測量收集的數據整體解析混凝土的溫度變化情況：混凝土入模18h內溫度快速上升到10.6℃左右，48h后達到峰值63.2℃，隨后溫度以1.8℃/d逐步下降，10d后溫度相對穩定。從開始澆筑到拆模，共通水散熱13d，拆模時外界氣溫24℃，承臺混凝土表面溫度31.08℃，中心處最高溫度為40℃，內外溫差未超過20℃，符合要求。

東營黃大鐵路黃河特大橋119號墩大體積承臺混凝土澆筑歷時11h，澆筑混凝土1366m3。通水散熱14d后拆模觀察，表面平整光潔，未出現開裂現象，施工措施卓有成效。

①完善的方案，充足的原材料，合理的人員配置和機械配置是完成混凝土澆筑的基本條件。

②大體積混凝土的施工必須從原材料、混凝土的配合比開始控制。

③合理的布置降溫系統，嚴格的施工控制和完善的養護措施是大體積混凝土工程施工成功的關鍵。

參考文獻：

[1]張明爽編.混凝土工程施工技術[M].山西科學技術出版社.

[2]GB50666-2011，混凝土結構工程施工規范[S].

[3]王進編.鐵路工程施工[M].中國鐵道出版社.

[4]TB10002.5-2005，鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].