懸索橋錨碇底板大體積混凝土溫控施工技術研究

劉永峰

（中交二航局華南分公司，廣東 廣州 510000）

一、工程概況

某懸索橋東錨碇底板為圓柱狀結構，底板直徑75m，厚6m。根據設計文件要求，施工中應考慮大體積混凝土相應的工藝技術措施，需對大體積混凝土溫度進行監測，控制混凝土的內外溫差在25℃以內，防止混凝土內外溫差過大產生裂縫。

二、溫度控制方法

（一）大體積混凝土施工溫控制的必要性

整體澆筑的大體積混凝土結構在養護期間，因降溫而產生的溫度收縮變形及因水泥水化作用而產生的水化收縮變形，將在結構內部及其表面產生拉應力。當拉應力超過混凝土相應齡期的抗拉強度時，結構開裂。因此，在大體積混凝土施工過程中，為避免產生過大的溫度應力，防止溫度裂縫的產生，必須進行溫度控制。

（二）大體積混凝土溫度控制的本質

就開裂的力學機理和大體積混凝土施工溫度控制的目的而言，大體積混凝土施工溫度控制的本質是：控制大體積混凝土結構的溫度拉應力不超過混凝土相應齡期的抗拉強度。

（三）溫度控制思路

從溫度控制的本質可以看出，大體積混凝土施工的溫度控制途徑有兩個：一是提高混凝土本身的抗裂性能；二是采取有效措施，降低大體積混凝土施工、養護過程中內部及其表面的拉應力。

（四）溫度控制目標

溫度控制的主要目標是使大體積混凝土內部的溫度場變化按照預想的目標發展，具體可分為：

1.降低最高溫度和最高溫升；

2.降低內外溫差，使混凝土內溫度分布盡量均勻，并控制其溫度梯度在允許范圍內；

3.控制基礎溫差，以防止混凝土可能出現的貫穿性裂縫；

4.控制上下層溫差，以防止可能出現的層間裂縫；

5.控制混凝土降溫速率，以防出現冷擊。

三、溫度應力仿真計算

（一）設計資料

頂、底板混凝土設計強度等級為C30，填芯混凝土設計強度等級為C20，物理熱學參數按經驗取值見表1。

（二）溫度應力有限元仿真計算

1.模型參數

底板厚度為6m，分兩次澆筑，層厚為3m。填芯厚度15m，分7 次澆筑，澆筑厚度2-2.2m。頂板厚度為6m，分兩次澆筑，層厚為3m。砼澆筑溫度按28℃計算。根據結構對稱性，取混凝土1/4 進行溫度應力計算。

底板混凝土受地連墻及基巖約束，填芯混凝土受底板及內襯約束，頂板混凝土受填芯混凝土及內襯約束，彈模取值參見表1。

表1 C30 混凝土物理熱學參數

參考氣候資料，風速按≥2.0m/s 考慮。

采用鋼模施工，其側面等效表面放熱系數為1200kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散熱系數為1400kJ/(m2·d·℃)。

2.計算結果

在以上設定條件下，底板內部最高溫度為66.9℃，填芯混凝土內部最高溫度為56.9℃，頂板內部最高溫度為64.9℃，溫峰出現時間約為澆筑后第2～3 天。內部最高溫度包絡圖及溫度應力場分布圖見圖2。

根據溫度應力計算結果，對不同齡期的混凝土采取不同的溫控要求：

（1）3d 前早齡期溫控防裂重點為內部降溫并保持混凝土表面保濕養護效果。

（2）混凝土降溫期溫控防裂重點為控制混凝土降溫速率。

四、現場溫控措施實施情況[4]

（一）配合比優化

混凝土物理、熱學性能是影響大體積混凝土溫控效果最基本、最重要的因素。大體積混凝土配合比設計應以抗裂為核心，并滿足水化熱低、可泵性好、體積穩定性好及耐久性優良等要求。

（二）澆筑溫度的控制

降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同配比的混凝土，澆筑溫度高的溫峰值比澆筑溫度低的高許多。

（三）混凝土澆筑

錨碇底板混凝土于2015 年10 月21 日開始澆筑，錨碇底板分2 層澆筑，第1 層澆筑厚度3m，方量為14700m3，第2 層澆筑厚度3m，方量為13200m3。

（四）冷卻水管管理

1.冷卻水管布設

根據混凝土內部溫度分布特征，錨碇底板混凝土共布設4 層冷卻水管，其中第一層布設2 層冷卻水管，第二層布設2 層冷卻水管。冷卻水管Φ32×2.5mm，水管水平間距為1m，每根冷卻水管最大長度150m，冷卻水管進出水口集中布置，以利于統一管理。

2.冷卻水管使用及其控制

（1）冷卻水管使用前按照項目組要求均進行壓水試驗，通水時間在1h 左右。

（2）冷卻水全部采用深層江水，并設置進水蓄水水箱，采用直通水調節冷卻進水溫度。

（3）每層冷卻水管設置四個分水器，并對每套水管編號，便于根據不同部位溫度不同可單獨調節該水管的流量。

（五）混凝土養護

混凝土養護包括濕度和溫度兩個方面，結構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養護過程中的溫度和濕度養護。

五、溫控效果評價

東錨碇底板大體積混凝土溫控監測歷時一個多月，溫控措施實施情況良好。從監測結果來看，溫度監測結果與計算較為吻合，峰值溫度和內表溫差均在溫控標準范圍內。從現場情況來看，未出現有害溫度裂縫，達到了預期的溫控目標。

錨碇底板溫控經驗總結如下：

（一）根據錨碇底板結構的特點，在錨碇大體積混凝土仿真應力計算基礎上制定了相應的溫控標準和可行、有效的溫控措施。

（二）混凝土配合比優化時較大限度地降低了膠材用量，摻加優質粉煤灰，降低了混凝土水化熱的總量。

（三）澆筑溫度的控制措施有效，其中包括水泥溫度的控制，拌和水加冰降溫，骨料遮陽、灑水，泵管遮陽等一系列措施。

（四）設置進水水箱，及時通冷卻水。冷卻水管設置分水器、水閘，并派專人負責，提高了冷卻水的效率，冷卻水削峰和混凝土降溫速率控制效果良好。