山區橋梁承臺大體積混凝土溫控施工

祝恒善 顧鑫露

（中交第三航務工程局有限公司南京分公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

規范中對大體積混凝土的定義有兩個要求：結構最小幾何尺寸不小于1m，或預計會因為混凝土中溫度的變化和收縮而導致有害裂縫產生。大體積混凝土施工前應按要求編制專項施工技術方案。在實際工程中，往往由于混凝土溫度控制不當，造成結構開裂從而影響結構安全和使用壽命。本文結合云南某山區公路的大橋承臺施工，介紹其大體積混凝土溫控施工技術。

1 工程概況

云南某山區公路大橋單幅橋寬12.5m，設計車速為80km/h。右幅11跨，橋跨組成為：2*23m+58m+105m+58m+3*28.5m+4*28.5m；左幅 12跨，橋跨組成為3*30m+58m+105m+58m+3*31m+3*31m。主橋部分為三跨連續剛構橋，主墩為雙肢薄壁空心墩，邊墩為等截面矩形空心墩；橋跨結構為單箱單室變截面連續箱梁，墩頂處梁高6.5m，跨中梁高2.5m，中間以拋物線漸變。

大橋共有承臺12座，其中主墩承臺4座，過渡墩承臺4座，引橋變截面墩承臺4座。

各承臺具體情況見下表：

表1：各承臺參數表

橋梁所在地為云南低緯度山區，兩側山坡較陡，高差較大。項目位置為河谷地段，風力較大。根據施工進度安排，承臺結構施工主要集中在7～10月份，那時日平均氣溫約30℃，最高氣溫約40℃，最低氣溫約20℃。施工方案考慮時溫度按如下計：拌合站水溫30℃、水泥溫度60℃、砂石溫度25℃、澆筑時環境溫度25℃。混凝土從攪拌站到工地所需時間約0.5h。

2 理論基礎

2.1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

混凝土硬化初期，混凝土中膠泥材料發生水化反應產生熱量，使混凝土的溫度升高。大體積混凝土由于尺寸較大，使用膠泥材料較多，釋放的熱量也更大，因此，混凝土的溫升也更明顯。由于混凝土結構散熱的特點是：越是表面散熱速度越快，越是內部散熱速度越慢，從而在結構內外形成溫度梯度，由于結構受到約束的影響不能自由伸縮，從而產生溫度應力。結構的體積越大，澆筑的方量也越大，則溫度梯度就越大，產生的溫度應力就更大，當產生的應力超過混凝土的容許抗拉應力時就會產生裂縫。

2.2 規范對大體積混凝土溫控的指標要求及理解

2.2.1 《大體積混凝土施工規范》中的溫控指標

（1）結構的溫升值不宜大于50℃；

（2）結構的內外溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃；

（3）結構的降溫速率不宜大于2℃/d；

（4）結構表面與大氣溫差不宜大于20℃。

指標理解：本工程澆筑環境溫度（暨入模溫度）按25℃計，則最大溫升值不宜大于 75℃；采用蓄水養護，本項目環境溫度變化值按25℃-40℃，則承臺最大溫升值范圍為45℃-65℃；核心最大溫度按65℃算，降到25℃，約需20d，則通水降溫時間不得少于3周。

2.2.2 《公路橋涵施工技術規范》中的溫控指標

（1）大體積混凝土其內部溫度不大于75℃，內表溫差不大于25℃；

（2）入模溫度不宜高于28℃；

（3）內部通水降溫時，進出口的溫差宜小于或等于10℃，且水溫與內部混凝土的溫差宜不大于20℃，降溫速率宜不大于2℃/d；

（4）利用冷卻水進行養護時，水溫與混凝土表面溫差不大于5℃。

指標理解：本指標與3.2.1節的指標基本一致，因此以一組指標控制即可。

3 溫控技術及措施

大體積混凝土施工的重點工作是裂縫控制，其核心就是溫度控制。

控制措施可以主要歸納為準備階段技術措施和實施階段技術措施兩個方面：

3.1 準備階段技術措施

3.1.1 降低水泥用量

降低混凝土中的水泥用量，減少膠泥材料總量，從根本上減少水化熱從而達到溫度控制的目的。通常，我們可以采用多種措施達到這個目的。

3.1.2 選用低水化熱優質水泥

在滿足強度要求的前提下，應使用水化熱較低的中熱型硅酸鹽水泥，低熱型的礦渣水泥、大壩水泥，不宜使用早強水泥。在允許的情況下，可以選用后期強度作為配合比設計強度等。

3.1.3 優化配合比

在滿足混凝土設計強度等級以及施工和易性的前提下，選用級配良好的集料，并嚴格控制集料含泥量，盡可能選用粒徑較大、導熱性能好的集料。

3.1.4 摻活性料

當前，經常使用的活性料有粉煤灰或者礦渣粉。本項目使用的是礦渣粉。

3.1.5 摻外加劑

在大體積混凝土施工過程中，經常會摻加各種外加劑，主要有減水劑、緩凝劑、膨脹劑等。

3.1.6 特種混凝土

目前使用較多的有纖維混凝土和膨脹混凝土，兩者均能有效的防止和減少混凝土開裂，纖維混凝土還能起到限制裂縫的發展、擴大的作用。

3.2 施工階段技術措施

3.2.1 合理分塊澆筑

在施工過程中，為了能有效降低結構的內表溫差，經常會采取分塊澆筑的方法進行施工，使得每次澆筑的塊體尺寸相對較小，從而有利于熱量的充分散發，降低了各塊體混凝土的內表溫差，有效的防止了混凝土開裂。每個塊體之間的施工縫按規范和設計要求處理。

本項目主墩承臺分為16個區域布料，每一區域采用整體分層連續澆筑的方法進行。澆筑時一般選擇在一天氣溫相對較低時進行，每層澆筑厚度為 30～50cm，澆筑下料時從一端向另一端進行，分層澆筑，及時振搗密實。

3.2.2 降低入模溫度

這個方法在高溫天氣施工時候顯得尤為重要。降低混凝土的入模溫度，不僅有利于降低混凝土的最高溫度，而且還能降低膠泥材料的水化反應速率，一定程度上也延緩了混凝土的絕熱溫升。

常用的一些具體措施包括：

（1）降低原材料溫度：做好水泥散熱、集料堆放場選址在陰涼之處或者加蓋遮陽頂棚，對集料澆水冷卻等；

圖1：混凝土澆筑布料點示意圖

（2）混凝土混合料拌合時選用冷水或者冰塊拌合；

（3）在澆筑之前對混凝土進行預冷。

3.2.3 埋設冷卻水管

為了降低大體積混凝土結構的中心溫度，目前通常使用的措施就是埋設冷卻水管的方法，通過通冷卻水，帶出結構內部的水化熱。

應用此方法需要注意的一個事項就是冷卻效果，并通過實時的溫度監控來對施工措施進行指導。

影響冷卻管降溫效果的因素有：管的材質和壁厚、管的直徑、單根管的長度、管的埋設間距、冷卻水溫度、冷卻水的流速、流向等等：

（1）管材和壁厚：由于金屬材料導熱性能較好，管壁厚度對冷卻效果影響不大。至于其他材料，由導熱性能所決定。

（2）管的直徑：據有關資料顯示，當管徑增大一倍，水管用量增大一倍，但是冷卻效率只提高了19.7%，效果并不明顯。

（3）單根管長：單根管長增加后，延長了冷卻水在管內的流通時間，降低了冷卻效果。單根管長增加一倍，則水的流通時間增長一倍，相當于冷卻水用量減少一半，對冷卻效果的影響是顯著的。

（4）管的埋設間距：當埋設間距減小一半時，水管用量同樣增大一倍，但是冷卻效率提高了123%。

（5）冷卻水溫度：冷卻水溫度越低，與周圍結構的溫差越大，冷卻效果越好，但是過大的溫差會使冷卻管周圍的混凝土形成較大的溫度拉應力，容易使混凝土內部產生裂縫。根據規范要求，一般將冷卻水與混凝土內部的溫差控制在20℃之內。

（6）冷卻水的速率：流速應足夠大，要滿足能及時的帶走混凝土水化熱的要求。但是速率也不宜過大，要使總體降溫速率滿足規范要求。

（7）通水流向：由于混凝土澆筑之后，越靠近結構中心位置，熱量集聚的越多，溫度也越高，而冷卻水從通入到流出，不斷吸收熱量溫度也不斷升高，因此冷卻水入口的溫度要比出口的溫度低。為了盡量減少冷卻水管與周圍結構的溫度梯度，應將入水口設在結構中心位置，出水口設在結構周邊，從結構中心往周邊帶出熱量。

圖2：主承臺冷卻水管布置圖

（8）冷卻管使用

冷卻管必須保證安裝牢固，接頭部位要保證連接牢靠、密封。在水管安裝之后，要按照要求進行水壓試驗，確保管道密封可靠。混凝土開始澆筑之后即開始通水，通水時間長短應根據現場監控數據確定。

冷卻水應保持連續通水，直至監控數據達到停止通水的要求。通水結束之后，冷卻水管采用C40水泥凈漿進行壓漿封閉。

3.2.4 做好養護措施

做好養護措施，有利于混凝土內部的水化反應，增加混凝土強度，增強抵抗拉應力能力，減少混凝土裂縫生成。

本項目采用蓄水養護的方法進行表面養護，蓄水深度不小于30cm。

4 溫度監控

在整個通水過程中，要對結構內部的各點溫度進行實時監測，當監測數據不能滿足規范的指標要求時，應分析原因，采取相應的技術措施，確保結構溫度控制滿足要求。

4.1 測點布置

在承臺結構內監測點的布置，應能夠真實、準確地反應出澆筑體內實時的最高溫升、內表溫差、降溫速率等各項要求。

4.2 測溫元件

測溫元件的選擇應滿足項目實際的需要，元件的靈敏度及量程應滿足需要，元件的物理性能應能滿足施工環境的要求，元件的安裝應牢固可靠；測溫元件的連接線應統一引出，集中布置，并采取妥善的保護措施，有明顯的顏色差別或標志，防止在施工中被破壞。結構在澆筑過程中，混凝土不得直接沖擊測溫元件及其連接線，以免損壞元件；振搗過程中，現場技術員一定要嚴格控制，不得使工人在振搗時，振搗棒直接碰觸測溫元件及引出線。

4.3 溫度計算

在大體積混凝土承臺施工之前，根據各項參數，計算出有關理論數據，給溫控過程提供數據參照。

本項目的混凝土配合比表如下：

表2：配合比參數表

根據規范附錄中的有關計算公式，計算出各參數的理論曲線。

絕熱溫升變化曲線如下：

圖3：絕熱溫升變化曲線圖

5.3 溫度監控

大體積混凝土溫度監控和入模溫度的測量頻率，規范中都有明確的規定。隨著現代技術的發展，溫控系統也進入了信息化、自動化時代。本次項目使用的是自動測溫系統，整個系統包含：數字溫度傳感器，溫度采集器，數據轉換器，測溫軟件。測溫數據可以根據需要，隨時監控，隨時讀取，頻率不受限制。

在監控中若發現數值異常應及時找出原因并應采取諸如增、減冷卻水流速，改變冷卻水初始溫度等相對應的措施。

5 結語

混凝土結構裂縫是經常會遇到的問題， 特別是在大體積混凝土結構中，如果裂縫嚴重，甚至可能影響到結構的安全和使用壽命，因此大體積混凝土結構的溫控防裂在施工中是一項重要內容。本項目通過實踐取得了良好的溫控效果，為類似項目溫控施工提供了一個借鑒和參考。