鐵路橋梁大體積混凝土基礎施工技術初探

安增群

（河北 保定 073000）

一、工程概況

某鐵路橋梁基礎承臺的結構尺寸在6.2m×10.2m×2.0m-7.2m×10.6m×2.5m范圍內，混凝土設計強度為C30，個別地段設計為C35，一次澆筑混凝土的體積在126-191m3之間，個別承臺尺寸設計為14.6m×9.6m×3.5m，14.6m×14.6m×4.0m砼方量分另為491m3、853m3，屬于大體積混凝土施工。承臺大體積混凝土由于設計結構、體積較大，承臺內部水泥水化熱易引起混凝土表面裂紋，在砼配合比的設計上，除了滿足結構強度和耐久性的要求外，還必須控制大體積混凝土承臺的裂紋。

二、大體積混凝土裂縫產生的原因及影響因素分析

溫度裂縫形成的機理是，由于混凝土內外溫差過大產生較大的應力和應變，而結構的外約束和混凝土各質點的內約束阻止了這種應變，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的極限抗拉強度，混凝土就被拉裂。溫度裂縫的影響因素主要有以下幾個方面：

（一）水化熱

水泥在水化過程中產生大量的熱量，而混凝土為不良導體，水化熱在混凝土內部大量聚集，勢必造成混凝土內部溫度急劇升高，混凝土內外產生較大溫差，造成開裂，水化熱是混凝土溫度裂縫產生的主要物質來源。

（二）澆筑溫度

混凝土的內部最高溫度與澆筑溫度有著非常密切的關系。該橋承臺混凝土內外溫差計算表明，澆筑溫度在混凝土的內部最高溫度中所占的比例達57%。

（三）內外約束條件

大體積混凝土在其溫度變化過程中產生一定的應力和應變，而這些應力和應變必然受到地基、模板、結構邊界條件的制約，當這種制約不足以抵抗混凝土所產生的應力和應變時，混凝土就會開裂。

（四）養護條件

混凝土表面最高溫度在很大程度上取決于其養護條件，保持混凝土表面溫度，可以減小混凝土內外溫差，防止混凝土開裂。另外，基礎的不均勻沉降、混凝土的收縮變形以及塑性沉降等，也會對溫度裂縫產生一定的影響。

三、鐵路橋梁大體積混凝土基礎施工技術

（一）混凝土澆筑

1.泵送方式

采用直接泵送方式，整個主塔承臺平面分為3個澆筑大區進行，一套臥泵負責1個澆筑大區（區域I、II），起步由東側開始向西側推進，汽車泵負責承臺中央的塔柱預埋筋區域（區域Ⅲ），車泵布設在圍堰的南側，且離開圍堰一定的距離。混凝土澆筑采用分層往復覆蓋澆筑方式，根據澆筑能力、混凝土初凝時間及有關規定分層厚度約35cm（可根據實際澆筑速度適當加厚）。泵送主管按橫橋向布置，每隔6m拆管1次，返回時接管1次，每層澆筑約需拆、裝泵管14次，拆、裝時間約40min。泵管出口設置串筒（或耐磨帆布袋），防止由于泄落高度過大造成混凝土離散。管首先接長至承臺最東段，隨澆筑逐漸向西拆除，返回時由西向東再逐節接長。在鋼筋密集區特別是塔座、塔柱預埋鋼筋處按實際情況調整泵管布置方式。

2.分層方式

根據混凝土初凝時間初步確定每層澆筑厚度約35cm，層間最長間隔時間不大于混凝土初凝時間。如實際施工混凝土初凝時間小于預計時間，應調整澆筑方式為推移式連續澆筑，但這種方式極易造成混凝土泌水大量集中，易產生混凝土病害。

3.混凝土的振搗

主墩承臺混凝土澆筑過程中，振搗必須密實，且越密實越好，在流動混凝土的前中后分別振搗，但須防止過振、漏振。

（二）養護措施

在盡量減少混凝土內部溫升的前提下，大體積混凝土的養護是一項關鍵的工作，必須切實做好。保溫的目的主要是為了減少混凝土表面的熱擴散，減小混凝土表面的溫度梯度，延長散熱時間，充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，防止產生表面裂縫。保濕養護的作用是：一是澆筑不久尚處于凝固硬化階段的混凝土，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面的脫水而產生收縮裂縫：二是混凝土在保溫及潮濕條件下可使水泥的水化作用順利進行，提高混凝土的抗拉強度。

養護措施：第一階段施工完畢后，因承臺混凝土表面位于底板面層鋼筋以下60cm處，無法覆蓋保溫材料，于是在澆筑后4—5h采取間斷澆熱水的措施，盡量控制溫差。其間出現過溫差＞25℃，及時采取了措施（水溫加高，并用碘鎢燈照射），溫差控制在25℃內。第二階段與第三階段的施工間斷很短，幾乎連續澆筑。當第三階段混凝土澆搗后4—5h內（根據實踐表明，在混凝土初凝前及時覆蓋，效果更好。），表面抹面后，澆溫水保養后，表面及時鋪一層塑料薄膜，中間覆蓋1—2層麻袋（底板區域1層，承臺區域2層），上面再鋪一層塑料薄膜進行保溫。在養護期間，隨時檢查混凝土表面的干濕情況及溫差（內表溫差達23℃時就發警報），及時澆水保持混凝土溫潤。其間大承臺溫差大于25℃，采取了燈照和上搭2m高塑料保溫棚，將溫差控制在25℃內。

（三）混凝土溫度控制

1.材料選用

選用P.O52.5R礦渣硅酸巖水泥（低水化熱），砂、石、粗骨料要求級配良好，含泥量不大于2%，優質粉煤灰，減水劑，泵送劑，防水劑，膨脹劑。

2.優化配合比設計

通過試驗室試配，在保證強度和抗滲性前提下，盡量減少水泥用量，通過摻用適量的高質量的粉煤灰，以進一步降低水化熱，提高砼的抗滲性，改善砼的和易性。

3.冷卻水管埋設

冷卻水管采用Φ50mm鋼管，布置間距為80cm。在承臺附近設置水箱，并用水泵進行供水，澆注前試通水循環，冷卻時間為14天，對通水完成后的冷卻水管進行壓注水泥砂漿處理，砂漿標號同承臺混凝土標號。冷卻水管安裝時，其平面位置和每層高度可根據承臺內鋼筋布置做適當調整，以其不設或少設冷卻管架立筋，并避免干擾承臺鋼筋布置安裝時做到管道通暢、接頭可靠、不漏水阻水。安裝完成后，進行通水檢查，冷卻水管進出水口均設置調節閥門，以控制進出水流量。對于進出口的水溫.第1～2d4h檢測一次：第3～4d8h檢測一次：其他時間24h檢測一次根據測溫結果隨時調整進水溫度及流量，并確保冷卻水與周圍混凝土溫差＜25度，冷卻水管通水結束后應立即灌C40水泥漿封孔，并將伸出承臺頂面或四周管道截除。混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，各層混凝土峰值過后，降溫速率超過2K／d時停止通水；為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，在測量下層混凝土斷面平均溫度有明顯回升時，下層混凝土開始二次通水冷卻；為確保大體積混凝土內部均勻冷卻，冷卻水通水流量應達到32～40L／min，應控制冷卻水流向，使冷卻水從混凝土高溫區域流向低溫區域，進水溫度不超過25℃，為保證冷卻水的初期降溫效果，派專人按溫控指令進行現場調控。