淺談橋梁承臺大體積混凝土施工防裂及溫控措施

羅志浩

【摘要】文章介紹了南方某城際鐵路桂丹立交特大橋的矮塔斜拉段的主墩承臺施工過程中，采用了冷卻水管降溫、原材料降溫、混凝土施工過程控制等多項防裂及溫控措施，大體積混凝土的溫度控制取得了良好效果，成功地避免了混凝土有害裂縫的出現(xiàn)。

【關鍵詞】橋梁承臺，大體積混凝土，施工控制

大體積混凝土，具有結(jié)構厚、體形大、鋼筋密、混凝土用量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點。這類大體積混凝土結(jié)構，由外荷載引起裂縫的可能性較小，但由于水泥水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力是其產(chǎn)生裂縫的主要因素。裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，因此控制溫度應力和溫度變形裂縫是大體積混凝土施工的一個重大課題。

1.工程概況

桂丹立交特大橋矮塔斜拉橋段為該城際鐵路的控制性工程之一，采用一聯(lián)五孔（75m+86m+168m+86m+75m）預應力混凝土矮塔斜拉橋跨越高速公路苜蓿式互通立交。本橋主墩（51號、52號）位于互通立交的中心綠化圈內(nèi)，場地狹窄、地下管線復雜；承臺設計為兩級承臺，其中底臺尺寸設計為24.4m×19.1m×4.5m，上臺10.2m×17.5m×2.5m，混凝土強度為C40，屬于典型的大體積混凝土結(jié)構，分兩次澆筑，第一次澆筑底臺混凝土方量為2097.2m3，第二次澆筑上臺混凝土421m3，施工組織及溫控防裂尤為重要。

2.施工防裂及溫控措施

2.1冷卻水管布置及測溫方案

根據(jù)設計文件及目前大體積施工相關經(jīng)驗，本工程采用外徑為50mm，壁厚為3mm的Q235鋼管，鋼管接頭采用90°彎頭及直接接頭連接形成環(huán)層狀冷卻管系統(tǒng)。

2.1.1冷卻管布置

冷卻管布置于第一次澆筑的承臺底臺，沿承臺長邊方向共布設8組，每組水平方向共3根，豎直方向共5根（層），水平方向間距80cm，豎直方向間距90cm，頂層（底層）管底距離承臺混凝土頂面（底面）45cm，進出水口均由承臺內(nèi)部引出（伸出混凝土表面15cm），設置于承臺兩側(cè)頂面（具體布置見附圖1）。由承臺底層開始逐層向上安裝，采用焊接“井”字形鋼筋支架分層分組支撐冷卻水管，每組冷卻水管間隔150cm設置一組鋼筋支架，安裝完成后進行通水試驗，及時處理漏水點，封閉進出水口，防止?jié)仓炷習r堵塞管道。

附圖1：冷卻水管布置平面圖

2.1.2測溫點布置

根據(jù)承臺斷面尺寸及相關施工規(guī)范對溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測點布置的要求，選擇承臺1/4體積范圍作為溫度監(jiān)測范圍（即澆筑體平面對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)），共布設10個溫控監(jiān)測點，具體布設點位在混凝土澆筑體中心溫度測點、外表溫度測點、底面溫度測點及其他斷面位置測點。中心溫度測點為3#點，位于混凝土澆筑體縱、橫、豎向軸線交叉點；表面測點為1#和10#點，布置在混凝土表面以下50cm位置；底面測點為5#和9#點，布置在混凝土底面以上50cm位置，其余測點按照平面分層進行布置（具體見附圖2）。

附圖2：溫控監(jiān)測點布置圖

2.1.3供水循環(huán)系統(tǒng)設置

采用兩臺3 kw（25～100型）離心式增壓泵統(tǒng)一供應循環(huán)水，每個散熱管的進水口連接在一根供水管上，各設閥門，單根管水流流速按1.5m3/h控制，出水口匯于同一水箱內(nèi)；為便于控制溫度，分別設3個6m3的水箱供水；在降熱過程中，若通過測溫管實測混凝土內(nèi)部溫度與測量進水口水溫差別大于25℃時，應調(diào)整水溫，若水溫比混凝土內(nèi)部溫度低的多，則加熱進水。

2.1.4混凝土內(nèi)部溫度測量

承臺混凝土澆筑時設專人配合預埋測溫管，埋設的測溫線用塑料帶罩好、綁扎牢固并編碼，不得使測溫端頭受損。測溫線位置用保護木框作標志，便于保溫后查找。配備專職測溫人員，對測溫人員進行培訓和技術交底，按時按孔測溫并根據(jù)測量數(shù)據(jù)，及時繪制各點溫度與時間的關系曲線，根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)計算混凝土里表溫差及表面與大氣溫差，及時調(diào)整冷卻循環(huán)通水速度。

測溫工作自混凝土終凝后即開始并連續(xù)進行，按照澆筑速度，可在第三層混凝土澆筑完成后開始測溫，施工時可提前進行測量，便于及時掌握混凝土水化熱變化情況，每晝夜6小時測一次，持續(xù)測溫至混凝土強度達到設計強度，經(jīng)各項指標檢測達到要求后方可停止測溫。

2.2混凝土配合比選定

本項目混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土罐車運輸至澆筑地點，采用汽車泵進行澆筑，為控制混凝土因水化熱引起溫度升高，我們在配合比選定時，采用了水化熱比較低的普通硅酸鹽水泥-華潤集團P.O42.5水泥；同時綜合考慮混凝土強度、剛度、耐久性要求以及抗?jié)B、和易性等優(yōu)化其他原材料的選擇控制，減少用水量、減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土的溫升并可減少混凝土收縮。使用5～10mm和10～25mm兩種規(guī)格規(guī)格粗骨料，含泥量<1%；細骨料選用平均粒徑較大（大于0.5mm，含泥量<2.5%）、細度模數(shù)在2.6～2.8之間的廣東西江中砂；Ⅰ級粉煤灰的摻量控制在30%以內(nèi)；每立方米混凝土摻加3.98kg減水劑。

經(jīng)過反復適配，選定混凝土的理論配合比為：水：水泥：砂：碎石：粉煤灰：減水劑=153：280：750：1079：118：3.98，經(jīng)配置并標準養(yǎng)護的3d、7d、28d、56d抗壓強度分別為31.5MPa、40 MPa、49.5 MPa、53.2 MPa，均滿足各項要求。

2.3承臺混凝土澆筑控制

本工程采取采用整體分層連續(xù)澆筑法，分層厚度為30cm，澆筑方向自短邊開始沿長邊方向進行，使用1臺汽車泵進行澆筑。根據(jù)前期樁基礎施工統(tǒng)計時間，配備10輛運輸罐車，平均每7分鐘可到達工地1輛，每小時可澆筑70立方以上，每層混凝土方量約140m3，每層澆筑時間約2小時，全部澆筑完畢約30～34小時，滿足澆筑要求。

使用HZ6X-50插入式振動棒15臺，振搗方式可以垂直于混凝土面插入振搗棒，或與混凝土面成40～50°傾角斜向插入振搗棒，振搗棒的使用要“快插慢拔”，每一個插點振搗時間以20～30s為宜，為保證混凝土質(zhì)量需采用復振措施。

2.4承臺混凝土水化熱控制

根據(jù)對混凝土原材料的選擇，可達到有效控制水化熱的前期準備工作。本工程承臺施工時間在4月和5月中旬，施工期間環(huán)境溫度平均在30℃以上，需對混凝土用砂、石在拌合站內(nèi)采取灑水等降溫措施，模板內(nèi)鋼筋在澆筑混凝土前采取灑水降溫的方式降低模內(nèi)溫度，確?；炷寥肽囟仍?0℃以下，并嚴格控制混凝土的坍落度不大于160mm。

在一般情況下，在混凝土終凝后（約6h）即可采用增壓泵將水注入冷卻管內(nèi)循環(huán)對混凝土內(nèi)部溫度進行降溫，根據(jù)澆筑速度大約在第三層（90cm）澆筑完畢即可通水循環(huán)，施工中根據(jù)實際測設混凝土內(nèi)部溫度情況確定循環(huán)通水時間，當混凝土溫升值達到50℃時，即開通進行循環(huán)水進行降溫，確?；炷翝仓w里表溫差小于25℃。

根據(jù)大體積混凝土熱工計算結(jié)果，最大絕熱溫升Th=（mc+K×F）Q/C×Ρ=47.91℃，砼中心計算溫度T1（t）= Tj+Th×ξ（t）=56.14℃，砼表層（表層下50～100mm處）溫度Tb（t）=Tq+4·h′（H- h′）[Tmax（t）- Tq]/H2=45.61℃，砼內(nèi)平均溫度Tm（t）=[Tmax（t）+Tb（t）]/2=50.88℃，混凝土中心最高溫度與表面溫度之差：Tmax-T=56.14-45.61=10.53℃<25℃，滿足要求，可以保證施工質(zhì)量。

2.5承臺混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完成后，及時進行二次抹面壓實并立即覆蓋保溫，先在混凝土表面覆蓋兩層草席，然后再覆蓋一層土工布。新澆筑的混凝土水化速度比較快，蓋上土工布后可進行保溫保養(yǎng)，防止混凝土表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。混凝土終凝后開始可蓄水養(yǎng)護，可用循環(huán)出來的熱水進行養(yǎng)護，避免混凝土表面因內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生表面裂縫。

因一般混凝土澆筑后第3～4天期間內(nèi)部溫度最高，其后逐漸降低，所以養(yǎng)護的覆蓋層不能過早拆除，且保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間不得少于14天，保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行，當混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時，即可全部拆除。

3.結(jié)束語

本橋52主墩號承臺于2013年4月10日完成承臺底臺混凝土澆筑，養(yǎng)護3天后開始進行承臺上臺施工，4月23日完成；51號主墩承臺于同年5月10日完成承臺底臺混凝土澆筑，于5月23日完成承臺上臺混凝土澆筑。混凝土澆筑全部選在晚上進行，減小白天高溫對混凝土的影響。由于在承臺大體積混凝土灌注前，根據(jù)以往經(jīng)驗考慮工程具體情況，經(jīng)過反復討論施工方案，制定防止開裂的各項技術措施，施工中還對溫度進行了監(jiān)測。施工中采取的各項防裂措施都發(fā)揮了應有的作用，不但確保了承臺灌注質(zhì)量，同時也積累了大體積混凝土施工經(jīng)驗。

參考文獻

1.《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）；

2.《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10415-2003）；

3.《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10424-2010）；

4.《鐵路混凝土工程施工技術指南》（TB10601-2009）；