海鳴橋基礎大體積混凝土施工方案

文｜廣東省建筑工程機械施工有限公司 林順添

圖1 海鳴橋

一、工程概況

海鳴橋為預應力連續梁結構，全橋分兩幅布置，共左右兩聯。主梁為變高度等寬預應力混凝土連續梁。跨度分布為：31.5+65+31.5=128m。墩身為薄壁墩結構，基礎采用擴大基礎。見圖1。

0號、3號橋臺為分離式，采用二級承臺擴大基礎。第一級基礎為矩形基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為21.365m（橫向）×4.3m（縱向），厚度為1.5m。第二級基礎為矩形基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為22.365m（橫向）×6.3m（縱向），厚度為1.5m。

1號、2號橋墩為分離式，采用二級擴大基礎。第一級基礎為矩形基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為18.865m（橫向）×5.0m（縱向），厚度為1.5m。第二級基礎為矩形基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為20.865m（橫向）×8.0m（縱向），厚度為2.2m。

拱肋基礎為一級矩形擴大基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為12.0m（橫向）×14.5m（縱向），厚度為4.0m。

二、大體積混凝土裂縫出現的原因分析

大體積混凝土施工，是一種較為特殊的施工工藝，在堵多原因的綜合作用下，導致混凝土出裂縫，水泥水化熱則是混凝土裂縫產生的主要因素。混凝土在入模成型之后，由于水泥水化作用，使混凝土溫度迅速升高，根據熱脹冷縮原理，升溫后的混凝土體積膨脹。混凝土表面與外界接觸面大，散熱速度快，因此混凝土澆筑初期內部溫度比表面溫度高得多，內部體積膨脹比表面體積膨脹大，所以混凝土表面形成拉應力，混凝土內部形成壓應力。當混凝土水化熱溫度消退后，由于混凝土表面施工保溫養護的原因，內部混凝土降溫速度比表面混凝土快，此階段混凝土表面形成壓應力，混凝土內部形成拉應力。混凝土的特性是抗壓強度高，而抗拉強度低，不足以承受由溫差產生的拉應力，因此出現裂縫。這種裂縫的嚴重程度與混凝土厚度相關，厚度越大，越容易產生裂縫。按照規范要求，大體積混凝土里表溫差不宜大于25℃。

三、擴大基礎大體積混凝土施工方案

根據《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）的定義，混凝土結構物實際最小尺寸不小于1m，稱為大體積混凝土。本工程拱肋基礎的厚度達到4m，為最不利情況，因此本文以拱肋基礎施工作為重點介紹。

拱肋基礎為一級擴大基礎。基礎為矩形基礎，C35混凝土，外輪廓平面尺寸為12.0m（橫向）×15.35m（縱向），厚度為 4.0m。

拱腳基礎計劃一次澆筑成型，采用內部鋪散熱管的方式降低混凝土內外溫差。本工以φ40mm普通鋼管作為散熱管道，分為上、中、下3層布置，散熱管層間間距為100cm，水平間距為80cm。用水泵向散熱管內注用冷卻水。散熱管道的布設方式，最終要經過熱工計算驗證其可行性。注水降溫工作結束后，散熱管道以注漿方式處理。

1、材料選擇

（1）水泥：采用低熱硅酸鹽水泥，標號為425#。

（2）粗集料：采用碎石，粒徑5-25mm，含泥量不大于1%。

（3）細集料：采用中砂，其細度模數大于2.3，含泥量不大于3%。

（4）粉煤灰：粉煤灰采用外摻法，配比摻入量在10%以內。

（5）外加劑：沒有具體要求，一般參照過去在其它工程上的使用經驗。

2、混凝土澆筑

（1）在整個平截面范圍內水平分層進行澆筑，每層厚度為30cm，并合理安排澆筑層次及順序，避免出現施工縫。

（2） 澆注砼時，砼垂直運輸至結構物處由高處卸落，卸落高度大于2米時，采用導管式滑槽送至砼澆筑面，以防砼發生離析。

（3） 控制砼入模質量，從生產、運輸至澆筑要求不間斷連續進行，對于因坍落度、離析及其他原因致使砼質量不合格，嚴禁入模。

（4）沿縱向從一端往另一端分層澆筑，每層厚度為30cm，澆筑上層混凝土的最佳時刻應在下層混凝土初凝前為宜。

（5） 采用插入式振搗器振搗，振搗器平移距離不大于振搗器作用范圍的1.5倍，并插入下層砼中5—10cm。

3、拆模及養護

混凝土澆筑完成后，即可向散熱管道內注入冷卻水進行降溫，表面混凝土初凝后，即可覆蓋麻袋并灑水養護；保溫保濕養護至少保持7天。當混凝土強度達到2.5MPa后，即可拆除側模。

四、混凝土的溫控計算

1、基本參數

（1）混凝土配合比

水泥：水：砂：石：外加劑=1：0.44：2.08 ：2.75 ：0.007。

材料：每立方混凝土含P.LH42.5水泥386Kg，西江砂801Kg，4.75-31.5mm連續級配碎石1063Kg，FDN-2緩凝效減水劑2.7Kg，拌合水170 Kg。

（2）氣象資料

工程地點位于珠海市橫琴島，周邊地形空曠，近海。施工季節在春節，環境平均溫度約為20℃，風力3～4級，潮濕多雨。

（3）混凝土拌和方式

采用自動配料機送料，拌和站集中拌和，混凝土攪拌車運輸至施工現場。

（4）計算參數取值

單位水泥用量C=386Kg/立方米；水化熱Q=375J/ Kg，混凝土比熱c=0.97J/ Kg℃，混凝土密度=2400 Kg/立方米。

水的特性參數：水的比熱c水=4.2103J/Kg℃；水的密度ρ水=1.0103Kg/立方米；冷卻管的直徑D=40mm。

2、混凝土最高水化熱溫度及3d、7d的水化熱絕熱溫度

最高水化熱絕熱升溫：

3、混凝土各齡期收縮變形值計算

查《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）表B.2.1得：

3d的收縮變形值：

7d的收縮變形值：

4、混凝土各齡期收縮變形換算成當量溫差

5、混凝土各齡期內外溫差計算

設入模溫度：T0=20℃，混凝土表面溫度Tf=23℃。

3d齡期

7d齡期

經過以上熱工計算，可知混凝土里表溫差最大值為30.3℃，大于規范中關于大體積混凝土里表溫差為不宜超過25℃的規定；因此，本工程采用在混凝土中埋設散熱管理、注入冷卻水的方式降低混凝土的里表溫差。

6、散熱管道布置及混凝土的降溫計算

混凝土內部鋪設的散熱管道，使用φ40mm普通鋼管，上、中、下分3層布置，豎向間距為100cm，水平間距為80cm。冷卻水使用水泵強制循環水。鋼管的平面布置圖如圖2。

水的特性參數：水的比熱c水=4.2×103J/ Kg℃；水的密度水=1.0×103Kg/m3；冷卻管的直徑D=40mm。

拱腳基礎混凝土的體積（除去冷卻管后）：

承臺混凝土由于冷卻管作用的降溫計算：

式中：

v水—冷卻管中水的流速

t—冷卻管通水時間

ρ水—水的密度

? △T水—進出水口處的溫差

C水—水的比熱

V砼—混凝土的體積

? ρ砼—混凝土的密度

c砼—混凝土的比熱

3d齡期：

圖2

冷卻管通水時間：持續通水（按t=1d計算），出水管和進水管的溫差：△T=4℃

預埋冷卻管后各齡期混凝土內外溫差值：

3d齡期：

△T=20.2-5/1.5=16.9℃ （安全系數為1.5）

7d齡期：

△T=30.3-9/1.5=24.3℃ （安全系數為1.5）

澆注大體積混凝土過程中，水泥會在水化過程內部產生大量的熱量使其內部溫度升高，當內外溫度相差過大時就容易出現溫度裂縫，在混凝土中埋設冷卻管是降低混凝土內外溫差行之有效的方法。計算表明，混凝土中埋設冷卻管后內外溫差均小于25℃，滿足《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204-2002）中的規定。

五、結語

本方案經過驗算以后，符合相關規范的要求；在施工過程中，嚴格把關，并嚴密監控各項施工數據，特別是混凝土溫度及冷卻水溫度。各項數據均在規范限值范圍內，本工程在驗工驗收過程中，100%一次性通過驗收，表明該方案效果顯注。本文結海鳴橋工程，對大體積混凝土施工技術進行介紹，可供類似項目施工參考。