蒙華鐵路25標(biāo)一工區(qū)華容河特大橋44#、45#主墩承臺大體積混凝土溫控技術(shù)總結(jié)（分析）

王廣生 錢 偉

中交三航局第三工程有限公司

蒙華鐵路25標(biāo)一工區(qū)華容河特大橋44#、45#主墩承臺大體積混凝土溫控技術(shù)總結(jié)（分析）

王廣生 錢 偉

中交三航局第三工程有限公司

本文結(jié)合蒙華鐵路25標(biāo)一工區(qū)華容河特大橋44#、45#主墩承臺混凝土澆筑的施工實例對大體積混凝土澆筑的溫度控制進(jìn)行了具體分析，砼內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，并提出相應(yīng)的控制措施，來保證施工的質(zhì)量。

華容河特大橋；承臺大體積砼；溫控

1 前言

華容河特大橋跨越華容河及兩側(cè)堤壩，96m主跨跨越華容河河道，64m邊跨跨越兩側(cè)堤壩。根據(jù)設(shè)計圖紙，44#、45#主墩承臺長18.5m，寬13.5m，高3.5m的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼設(shè)計標(biāo)號為C30，砼方量為874.1m3。該承臺屬大體積砼，為避免承臺砼受溫度影響而產(chǎn)生有害裂縫，保證承臺砼的施工質(zhì)量，施工過程需要重點關(guān)注砼內(nèi)部的溫升、最高溫度峰值、峰值出現(xiàn)時間，溫度回落趨勢。為確保施工質(zhì)量和了解溫控效果，掌握溫控信息，便于第一時間調(diào)整溫控措施，做到信息化施工，在大體積砼從原材料、澆筑過程和澆筑之后必須進(jìn)行溫度監(jiān)控，保證結(jié)構(gòu)安全和正常使用。為此，我們委托中交三航設(shè)計研究院對華容河主墩承臺砼施工進(jìn)行了內(nèi)部溫度場及仿真應(yīng)力場計算，并根據(jù)計算結(jié)果確定了承臺砼不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)制定出了現(xiàn)場溫控措施。

2 溫控計算

承臺砼在硬化過程中，由于水化熱的作用，其內(nèi)部溫度變化歷經(jīng)了升溫階段、降溫階段、穩(wěn)定階段三個階段。與此同時砼的體積亦隨著溫度的變化而產(chǎn)生伸縮，若砼體積變化受到約束，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如果該應(yīng)力超過其同期砼的劈裂抗拉強度，砼就會出現(xiàn)溫度裂縫。因此大體積砼必須采用溫控防裂措施，而溫控計算則是防裂措施的基礎(chǔ)。

2.1 溫度場主要特征

砼澆筑后一般在3天后即達(dá)到溫度峰值，溫峰持續(xù)8-10h后溫度開始下降，初期降溫速度較快，后期降溫速率逐漸減慢，至15-20天后降溫平緩，溫度趨于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。砼內(nèi)部最高溫度約為61℃。

2.2 力場主要特征

砼應(yīng)力計算顯示，砼應(yīng)力最大值出現(xiàn)在底部。表1砼最大溫度主拉應(yīng)力（Mpa）

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果，承臺砼早期（14天左右）最大溫度應(yīng)力為1.1Mpa，而此時C30砼劈裂抗拉強度1.5Mpa～2.0Mpa，抗裂安全系數(shù)K≥1.4，后期也有1.5以上的抗裂安全系數(shù)，不會產(chǎn)生有害溫度裂縫。

2.4 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)計算結(jié)果得出為保證承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫，本工程采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：

(1)混凝土入模溫度不低于5℃，不大于30℃；

(2)混凝土內(nèi)部最高溫度不大于70℃；

(3)混凝土內(nèi)表溫差不大于25℃；

(4)表層混凝土溫度與環(huán)境溫差（表面蓄水）不大于25℃；(5)混凝土塊體降溫速率不大于2℃/d。

3 現(xiàn)場溫控措施

3.1 優(yōu)化砼配合比，控制砼水化熱的溫度

在保證砼強度、和易性及坍落度要求的前提下，宜采取改善集料級配、提高摻合料和粗集料的含量、降低水膠比等措施，減少單方砼的水泥用量；選擇優(yōu)良的砼外加劑，節(jié)約水泥用量，是降低大體積砼水化熱溫升的重要環(huán)節(jié)，因此必須進(jìn)行砼配合比優(yōu)化設(shè)計。

3.1.1 砼原材料選擇及質(zhì)量要求

a.水泥：采用臨湘海螺水泥廠生產(chǎn)的425普通硅酸鹽水泥。水泥在攪拌站的入機溫度不得超過60℃，應(yīng)對水泥品種、物理力學(xué)性能、散裝的倉號、出廠日期進(jìn)行檢查，并對其強度、安定性、比表面積、凝結(jié)時間、水化熱等性能指標(biāo)及其他必要的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，合格后方可使用。

b.粉煤灰：采用岳陽華能電廠的Ⅱ級粉煤灰。其質(zhì)量應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的有關(guān)規(guī)定。

c.砂：采用汨羅江云田產(chǎn)中砂。細(xì)度模數(shù)為2.8，屬Ⅱ區(qū)中砂范圍，含泥量≤3%，中砂料源穩(wěn)定，進(jìn)場檢驗合格后方可使用。

d.石：采用宜昌鴻濤石場石灰?guī)r碎石。石子顆粒粒徑范圍為5mm～25mm，其組成粒徑分別以5mm～10mm、10mm～20mm及20mm～25mm按照2:5:3的比例進(jìn)行拌合，料源穩(wěn)定。石子必須分批檢驗嚴(yán)格控制其含泥量不不大于1%，合格后才能使用，其他指標(biāo)必須符合規(guī)范要求。

e.外加劑：采用浙江五龍ZWL-A-IX。外加劑進(jìn)場檢驗合格后方可使用，外加劑采用電子稱重，定期對稱量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。

f.水：拌和用水必須通過嚴(yán)格檢驗并符合有關(guān)規(guī)范規(guī)定要求方可使用，本項目采用飲用水。

3.1.2 大體積砼配合比設(shè)計

砼應(yīng)具有良好的和易性。初始坍落度應(yīng)控制在16-18cm，初凝時間應(yīng)大于10h。施工擬采用配合比如下：

水泥：粉煤灰：細(xì)骨料：粗骨料：減水劑：水=1:0.43:3.21:4.25:0.014:0.62

部位 承 臺砼標(biāo)號C30水泥(kg/m3)252粉煤灰(kg/m3)108細(xì)骨料(kg/m3)808粗骨料(kg/m3)1071 ZWLA-IX(kg/m3)3.6水(kg/m3)155坍落度(cm)20抗壓強度(Mpa)7d 2428 d 38

3.1.3 砼施工的控制要點

a.砼制備前，首先請計量部門對各種計量器具進(jìn)行標(biāo)定，使計量誤差控制在規(guī)范范圍內(nèi)，施工時嚴(yán)格控制砼質(zhì)量，使其和易性及可泵性滿足施工要求。在出料口進(jìn)行坍落度檢測，合格后方可使用，嚴(yán)禁使用坍落度過大或過小的砼。對現(xiàn)場粗、細(xì)骨料的含水率加大檢測頻率，根據(jù)每天早中晚的氣候變化及時調(diào)整施工用水量，確保砼的施工質(zhì)量。

b.砼澆筑前應(yīng)對模板、鋼筋、預(yù)埋件及冷卻水管等進(jìn)行檢查，同時應(yīng)清理倉內(nèi)的碎渣異物等，驗收合格后方可開始砼澆筑。

c.為防止砼離析，當(dāng)砼自由落差高度超過2m時，應(yīng)設(shè)置串筒或溜槽等措施，在串筒或溜槽出料口下方，砼堆積高度不應(yīng)超過1m，超過1m的要及時攤平，分層振搗。

d.砼澆筑層厚宜為300mm～500mm的厚度，采取整體分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，應(yīng)縮短澆筑時間，并在前層砼初凝前將次層砼澆筑完畢。當(dāng)層間隔時間超過砼初凝時間時，層面應(yīng)按施工縫處理。

e.砼澆筑時采用插入式振動棒振搗密實：其插入間距不應(yīng)超過振動棒作用半徑的1.5倍，與側(cè)模應(yīng)保持50mm～100mm距離，避開冷卻水管或監(jiān)控元件100mm左右，分層澆筑時應(yīng)插入下層砼面50mm～100mm。必須將每一部位的砼振搗密實，具體表現(xiàn)為砼面無明顯沉降，不再翻泡，表面平坦、泛漿。

f.在砼澆筑過程中，必須及時清除砼表面的泌水。

g.砼初凝前宜采用二次振搗工藝，即在砼澆筑后即將凝固前，在適當(dāng)?shù)臅r間和位置給予再次振搗，以排除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，增加砼的密實度，減少內(nèi)部微裂縫和改善砼強度，提高抗裂性。砼澆筑面應(yīng)及時進(jìn)行二次抹壓處理。

3.1.4 現(xiàn)場砼澆筑溫度的檢測

在砼拌合之前，工地試驗室要對水泥、砂、石、水等原材的溫度進(jìn)行量測，并記錄，必要時采取遮陽、加冰塊等降溫措施，降低并測量其出機溫度，嚴(yán)格控制砼的入模溫度，砼入模溫度不超過28℃。

本工程施工中采用泵送混凝土。

當(dāng)澆筑溫度超過20℃標(biāo)準(zhǔn)控制溫度時，砼澆筑宜選在晚間20時后開盤，并嚴(yán)格控制砼原材料的溫度，水泥要求水泥廠家出廠前放置到規(guī)定溫度；砂、石料要采取遮陽、降溫等措施；拌和用水宜采取加冰塊降溫措施，使水在池內(nèi)靜置12h～24h，以降低水的入模溫度。

3.2 埋設(shè)冷卻水管及其要求

混凝土放熱量較大，為降低混凝土開裂風(fēng)險，減小混凝土內(nèi)部溫度峰值和內(nèi)外溫差，在承臺內(nèi)部共計布設(shè)三層冷卻水管，循環(huán)冷卻水管采用Ф50mm的薄壁鋼管，層間距0.9m，水管水平間距1.0m，利用冷卻水的出水作為承臺上表面的蓄水養(yǎng)護，采取“外蓄內(nèi)散”的綜合措施對承臺大體積混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)控。

3.2.1 冷卻水管布設(shè)方案如下

a中心設(shè)置一個進(jìn)水口；

b每層設(shè)一個進(jìn)出水管路；

c采用5cm鋼管，冷卻水管的接頭做好密封處理，冷卻水管連接完畢后需要進(jìn)行壓水測試，確保管路不漏水；

d混凝土覆蓋到管開始通水；

e出水放到承臺上表面；

f表面蓄水20～30cm；

g施工結(jié)束后用不低于混凝土強度的水泥凈漿或砂漿對冷卻水管進(jìn)行灌漿處理；

圖1 承臺冷卻水管布置圖（單位:cm）

3.2.2 冷卻水管使用及其管理

a.當(dāng)砼澆筑標(biāo)高超過某一層冷卻水管后即開始通水，各層砼溫度峰值過后即停止通水，通水流量應(yīng)達(dá)到35L/min，通水時間根據(jù)測溫結(jié)果確定；

b.通水降溫時，進(jìn)出口水的溫度差值宜小于或等于10℃，且水溫與內(nèi)部砼的溫差宜不大于20℃；

c.利用冷卻水管排出的的降溫水在砼頂面蓄水保溫養(yǎng)護時，養(yǎng)護水溫度與砼表面溫度的差值應(yīng)不大于15℃。

為保證冷卻系統(tǒng)正常工作，項目部安排專人負(fù)責(zé)，根據(jù)中交三航設(shè)計院的設(shè)計要求，選擇相適應(yīng)的水泵，并備用1-2臺水泵，以確保的大體積砼溫控效果。

3.3 砼養(yǎng)護

砼的養(yǎng)護利于砼強度的增長，從而減少砼收縮裂縫起了重要的作用，因此在承臺頂面采用蓄水養(yǎng)護，側(cè)面下掛土工布，灑水養(yǎng)護，防止砼表面出現(xiàn)收縮裂縫。

3.4 施工現(xiàn)場承臺砼溫控監(jiān)測

3.4.1 溫度測試內(nèi)容及測點布設(shè)

根據(jù)溫度量測結(jié)果，進(jìn)行信息化施工，如實地反映砼溫控的實際效果，以便第一時間對出現(xiàn)異常情況采取有效措施，本項目在承臺砼中設(shè)置溫度測點。本次承臺溫控共需29支傳感器。測點設(shè)置按照砼澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)測點按平面分層設(shè)置。在砼澆筑體外表面上設(shè)置測點觀測混凝土外表面溫度。測點布設(shè)的典型位置如下：

a混凝土塊體中心位置；

b混凝土塊體對稱軸位置；

c混凝土表面5cm位置（代表表層混凝土溫度）；

d混凝土表面蓄水水溫；

e空氣中（環(huán)境溫度）；

3.4.2 現(xiàn)場量測及要求

砼澆筑后宜立即進(jìn)行各項量測項目，并連續(xù)不間斷。砼的溫度量測，達(dá)到溫度峰值之前，每2h量測一次；溫度峰值出現(xiàn)后，每4h量測一次，持續(xù)5天，然后每天量測2次，一直到砼溫度基本穩(wěn)定。

3.4.3 量測所用儀器

本項目溫度量測采用大體積混凝土智能測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)由用戶計算機、計算機端監(jiān)測軟件、數(shù)據(jù)適配器（電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收發(fā)）及電源傳輸線、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器、傳感器組成，系統(tǒng)組成示意圖如下：

圖2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖

4 內(nèi)部溫度檢測結(jié)果

4.1 承臺中心位置的溫度變化情況

承臺澆筑層中心位置溫度24h左右比入模溫度升高近一倍，44h左右達(dá)到溫度最高值，持續(xù)近24h后開始下降，5-6d后逐漸趨向平穩(wěn)。

4.2 承臺邊緣溫度變化情況

本項目在岳陽市華容地區(qū)，施工時正是春季，最高氣溫達(dá)到16℃左右，最低氣溫下降至9℃左右，承臺邊緣溫度受氣溫影響較大。由于保溫措施比較完善，承臺砼四周溫度變化較小。砼內(nèi)、表溫差始終在溫控標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，故而砼表面末造成傷害。

4.3 冷卻水溫度情況及控制

冷卻水管通水時間為在承臺砼開始有溫度升高時即開始通水，砼的澆筑體的降溫速率不宜大于2℃/d，超過時時即停止通水。冷卻水管通水降溫起到了早期降低砼水化熱的峰值，從而減少承臺砼內(nèi)表面溫差，對承臺砼早期裂縫的防治起了較好的作用。

5 結(jié)束語

華容河特大橋主墩承臺砼為大體積砼，在施工過程，由于施工管理精細(xì)化，即計量準(zhǔn)確、溫控措施得當(dāng)、施工組織合理、質(zhì)量控制嚴(yán)格，經(jīng)施工方、監(jiān)理方及監(jiān)控第方三方共同檢驗，主墩承臺并未出現(xiàn)有害的溫度裂縫，溫控效果較好，確保了工程質(zhì)量。

[1]《華容河特大橋施工圖》（（MHTJ－25）蒙華荊岳段施橋-79）.

[2]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》（TZ203－2008、鐵總建設(shè)［2013］196號）.

[3]TB 10415－2003.鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)［2010］241號）.

[5]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424－2010、鐵總建設(shè)［2013］52號）.

[6]GB 50666－2011.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[7]GB 50496－2009.大體積混凝土施工規(guī)范[S].

王廣生，性別；男，出生年月；1976.12，職稱；工程師，研究方向；路橋施工管理，工作年限；16年，畢業(yè)院校；南京工業(yè)大學(xué)。