鶴洲水道橋主墩承臺大體積混凝土溫控施工技術研究

李開心，魯力

（中交二航局第二工程有限公司，重慶518106）

1 工程概述

珠海市鶴洲至高欄港高速公路起點對接江珠高速，止于高欄港高速，路線長34.16km。本項目南北走向，上跨鶴洲水道設置預應力混凝土連續剛構+預應力混凝土組合小箱梁橋，主橋跨徑組合為65m+90m+160m+90m，主墩136#、137#墩位于鶴洲水道內，設置左右分離式正六邊形承臺，承臺邊長為7.867m，高4.5m，單個承臺澆筑方量為723.6m3。

采用鎖扣鋼管樁圍堰進行施工，圍堰頂標高為+4.0m，底標高為-26.0m，左右幅共用一個圍堰，圍堰經過封底、抽水后為主墩承臺施工提供干施工環境。

項目位置處于亞熱帶沿海地區，年平均氣溫為22.4℃，一年中最熱月份是7月，平均氣溫為28.6℃，最冷月為1月，平均氣溫為14.4℃，平均相對濕度77%，是典型的亞熱帶氣候。

2 數值模擬計算及溫控標準

承臺強度等級為C40，為避免大體積混凝土由于溫度原因產生裂縫，施工前進行溫控設計，經初步方案比較，綜合考慮施工現場情況，承臺分層按照1.5m+3m 驗算，混凝土配合比經優化后按表1 配置。

表1 混凝土配合比kg/m3

主墩承臺冷卻水管采用φ42.25mm×3.25mm 黑鐵管制作，彎管部分采用冷彎工藝。承臺混凝土分2 次進行澆筑，第一層澆筑1.5m，布設1 層冷卻水管，第二層澆筑3.0m，共布設2 層冷卻水管，冷卻水管水平間距100cm，豎直間距150cm。

2.1 有限元分析

采用Midas 進行計算，建模時考慮封底混凝土及整個承臺結構，并考慮承臺分層澆筑施工，同時計算時考慮冷卻水管的作用。整個模型有12992個單元，結點總數為15225個。建立的有限元分析模型如圖1 所示。

圖1 承臺水化熱分析有限元計算模型

依據珠海亞熱帶氣象資料和原材料溫度的經驗數據，結合承臺優化后的混凝土配合比，根據JTS 202-1—2010《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》【1】對澆筑月份的混凝土出機口溫度進行估算，預估結果如下：在3～5月施工，混凝土出口預估最高溫度為27.6℃，當混凝土澆筑時氣溫較高時（＞26℃），采取碎冰拌和混凝土的方式進一步降低澆筑溫度，最終控制混凝土澆筑溫度≤28℃。

2.2 溫控標準

通過觀測承臺第一、二層溫度變化云圖確定具體溫控標準，具體為：（1）承臺第一層澆筑:考慮冷卻水管作用時，觀測1/4 承臺第一層澆筑后第1d、3d、7d、14d 溫度云圖；（2）承臺第二層澆筑:考慮冷卻水管作用時，觀測1/4 承臺第二層澆筑后第1d、3d、7d、14d、28d 溫度云圖。

2.2.1 溫度變化

提取承臺第一層與第二層交界面中心、第二層中心位置、承臺上表面中心、承臺外表面邊緣位置處的溫度隨時間變化曲線，最終得出結果：承臺內部最高溫度出現在第7d 為55.37℃，最大溫差為24.82℃。

2.2.2 溫度應力變化

溫度應力特征點與溫度特征點基本一致，由此可知，各特征點位置處的最大拉應力均小于容許拉應力，故不會開裂。

綜上所述，承臺內部溫度與表面溫度差值都在25℃以下且內部最高溫度≤75℃，滿足規范要求，同時承臺拉應力小于容許拉應力，計算結果反映承臺不會出現開裂的情況。

溫度控制的措施和方法需根據項目所在地氣溫、結構尺寸、混凝土配合比、約束情況等具體條件確定，結合本工程現場實際情況，參考相關規定，對主墩承臺制定溫控標準如表2所示。

表2 主墩承臺溫控標準

3 主墩承臺大體積混凝土現場溫控施工

3.1 冷卻水管溫控措施

為減少混凝土內部水化熱，降低主墩承混凝土內外溫差，減少承臺混凝土開裂現象，在混凝土內設冷卻水管通水降溫，冷卻水管降溫措施在施工過程中應注意以下幾點。

1）冷卻水管采用φ42.25mm×3.25mm 的導熱性較好的鐵皮制作。

2）采用循環淡水做冷卻水。需在施工現場放置至少2個容積≥10m3的水箱，一方面用于冷卻水的輸送，另一方面用于冷卻水的回收降溫。

3）冷卻水管采用鋼筋定位和固定，嚴禁施工中的操作平臺在冷卻水管上受力，嚴禁作業人員踩踏。混凝土澆筑時，出料口應避免直接落到冷卻水管上，振搗時注意與冷卻水管保持適當距離。

4）布管時，冷卻水管與鋼筋骨架綁扎牢實，同層水管需在同一個平面上，單根冷卻水管最大長度應≤150m。

5）承臺施工及養護結束后，冷卻水管壓注C40 水泥漿進行封堵。

3.2 采用冷水拌和

為降低混凝土入模溫度，達到溫控計算標準，采用冷水伴和。

根據主墩承臺混凝土施工時間，高溫時段對冷水的最大需求量為40kg/m3，承臺單次澆筑最大方量為482.4m3，每小時最大澆筑方量80m3，冷水需求量40×80=3.2t，現場配置1 臺冷水機，單臺生產能力為10m3/h，滿足要求。

3.3 其他溫度控制措施

在大體積混凝土溫控施工中，將從混凝土的原材料選擇、配比設計以及混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗到通水、養護、保溫等全過程實行有效監控，具體措施如下：

1）膠凝材料應提前進場，冷卻充分后再使用，為避免膠凝材料儲存罐受太陽直射引起溫度升高，可以采取用遮陽網遮蓋的方式。同時，在儲存罐外表面澆水，可以起到加速膠凝材料冷卻的效果。

2）現場砂石料倉采用遮陽篷設施，減小砂石溫度及含水率受環境的影響，降低骨料入倉溫度。

3）加快運輸和澆筑速度，罐體采取覆蓋防嗮、灑水降溫措施。

4）在混凝土澆筑前，對模板以及混凝土表面（二次澆筑時有）進行灑水處理。

4 現場監控與分析

根據現場施工情況，對主墩承臺進行了溫度監控測量，測溫工作不分晝夜24h 連續進行，升溫期（1～3d）每2h 測1 次，降溫期（4～14d）每4～8h 測1 次；控制進出口水溫差≤15℃，冷卻水溫度與混凝土溫差≤20℃；直至混凝土表面保溫覆蓋物全部拆除后混凝土里外最大溫差≤25℃為止，其主要結果如表3 所示。

表3 主墩承臺混凝土溫度監控數據匯總表

本項目共有4個承臺進行施工，混凝土澆筑過程中嚴格按溫控措施的要求進行，根據監控數據，混凝土內部最高溫度前期均呈現快速上升的現象，隨著時間的推移，中后期內部最高溫度呈緩慢下降的趨勢，直至平穩。根據統計結果，溫度與表面溫度的差值均在25℃以下，冷卻水與內部溫差都在20℃以下，進出口水溫差都在15℃以下且內部最高溫度≤60℃，溫控措施實施情況較好，滿足規范要求。

5 結語

根據本文的溫控措施進行施工，從整個現場實時監測來看，整體升溫和降溫趨勢基本與理論計算曲線吻合，取得較好效果，達到了預期目標，為大體積混凝土溫控施工技術積累了一定經驗，但本文未涉及新的溫控技術，如液氮降溫，在后續的實際施工中可加強運用，提供新的溫控技術經驗。