跨海大橋高標號大體積混凝土溫控技術

曾浩

摘 要：高墩、大跨度橋梁的發展給承臺施工技術帶來很大的挑戰，高墩、大跨度橋梁承臺體積大，如果承臺混凝土施工過程中溫控措施不到位，則會產生多種有害裂縫，直接影響承臺施工質量。文章以平潭海峽公鐵兩用跨海大橋最先竣工的B26#墩承臺大體積溫控施工為例，闡述了大體積混凝土施工溫控的關鍵技術及其理論計算與實際量測的數據的對比，結果表明該技術對大體積承臺施工有較好的借鑒意義。

關鍵詞：承臺 大體積 溫控 技術

1.工程概況

平潭海峽公鐵兩用跨海大橋B26#墩承臺外觀為帶圓角的高墩承臺，平面尺寸為30.6m×14.2m，厚度5.0m，封底混凝土厚度為2.0m。承臺采用鋼吊箱施工，分2層澆筑，第一次澆筑2m，第二次澆筑3m，設計砼方量2163m3。承臺混凝土為海工混凝土，設計標號為C50，封底混凝土設計標號為C25。該承臺澆筑方量大、混凝土標號高、長寬比大（長寬比大于2：1），開裂風險較大。為防止承臺產生裂縫，保證橋梁使用壽命，需對承臺大體積混凝土結構進行合理的溫控設計并制定相應的溫控方案。

2.溫度應力仿真計算

2.1環境氣溫條件

橋址所在地福州市平潭縣屬于亞熱帶海洋季風氣候，全年冬短夏長，多年平均氣溫為16～20℃；最冷時期為1～2月，最熱時期為7～8月，26#承臺大體積混凝土澆筑時間為2015年1月份，平均氣溫為9～14℃。

2.2澆筑溫度計算

2.2.1估算混凝土出機口溫度

根據《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》（JTS 202-1- 2010，附錄D）計算混凝土出攪拌機口時的溫度。依據當地氣象資料和原材料溫度的經驗數據，計算得到混凝土出攪拌機口時的溫度預估值約為20.3℃。

2.2.2混凝土澆筑溫度計算

根據現場的施工工況，按照混凝土攪拌船泵送距離50m、振搗時間1min，計算混凝土泵送和澆筑過程中的溫升，計算結果的溫升約為0.4～0.8℃（現場實測溫升為0.3-1.6℃）。則1月施工混凝土澆筑溫度約為19.8～21.1℃，仿真計算時澆筑溫度取為21.0℃。

2.3模型參數

26#承臺外觀為圓角矩形，平面尺寸為30.6m×14.2m，厚度5.0m。承臺分2層澆筑，分層高度為2.0m+3.0m，封底厚度2m。承臺設計為對稱結構，為簡化計算，取1/4承臺混凝土建立計算模型，進行溫度應力計算。

2.4仿真計算結果

2.4.1溫度計算結果

按照上述的設定條件，計算結果為：承臺第一次澆筑后內部最高溫度值為60.7℃，承臺第二次澆筑后內部最高溫度計算值為65.8℃，均符合《大體積混凝土施工規范》（GB 50496-2009）對混凝土溫升不宜大于50℃的規定。澆筑后第2天達到內部溫度峰值，承臺內部最高溫度包絡圖見圖1。

2.4.2應力計算結果匯總

混凝土早期由于內表溫差引起表面拉應力，后期由于基礎溫差引起內部拉應力。構件混凝土早期（3d）應力發展較快，集中于構件表面，表現為拉應力；7d后有部分應力向構件內部轉移并逐漸發展至穩定水平。

承臺各齡期最小抗裂安全系數為1.54，安全系數≥1.4，符合安全系數設計要求。開裂風險點在于：

1）承臺第一層后期，由于收縮和基礎約束產生的內部拉應力較大；

2）承臺第二層，因為內表溫差產生的表面拉應力較大；

3）計算澆筑間隔期為7d，應注意避免澆筑間隔期過長，引起基礎約束過大。

3.承臺大體積混凝土溫控措施

3.1溫控目標

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

1）降低混凝土最高溫度和水化熱溫升；

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，以防止混凝土可能出現的層間裂縫。

3.2冷卻水管的使用與控制

冷卻水管采用Φ40×2.5mm的鐵皮管。26#承臺第一澆筑層布設2層冷卻管，第二澆筑層布設3層冷卻管，共5層；冷卻管水平間距為80cm，垂直間距為60～70cm，距混凝土表面/側面為70～90cm；單層3套水管，每套管長不超過200m。

考慮降溫效果，采用直取海水冷卻。用分水器集中控制各套冷卻管中通水流量，分水器設置4個分水閥，通過分水閥門的控制可以實現冷卻水的換向，通水養護要求見表1。

3.3養護控制

混凝土養護包括濕度和溫度兩個方面，26#承臺于1月份澆筑，氣溫較低，應注重保溫防止降溫過快。在上表面混凝土初凝并鑿毛或收面后加蓋復合土工布保溫保濕養護至少14d。

3.4現場監測

3.4.1監測內容

溫度監測主要內容包括混凝土溫度場測量和環境體系溫度測量。

3.4.2監測要求

1）承臺混凝土溫度測量：澆筑過程中及水化熱升溫階段，每2h測量一次；水化熱降溫階段五天內，每4h測量一次，之后每天早中晚各測量1次。

2）氣溫測量：與混凝土溫度同步量測。

3）冷卻水溫度測量：與混凝土溫度測量同步。

3.4.3監測異常的應對措施

根據溫控施工內容和施工工藝，對工程的質量風險進行辨識，并制定有針對性的預防措施，見表2。

4.溫控結果分析

26#承臺混凝土澆筑后的一周內，每間隔2小時對混凝土溫度作了詳細記錄并匯總，結果如下：第一、二層混凝土于40h-72h（即澆筑后的2-3天）期間達到溫峰。第一層混凝土測點監測到的最大溫度為65.9℃，最高斷面平均溫度63.8℃，最大內表溫差21.2℃；第二層混凝土測點監測到的最大溫度為67.4℃，最高斷面平均溫度64.9℃，最大內表溫差20.9℃；溫峰過后早期降溫較快，降溫速率在3-3.5℃/d范圍內，后期降溫在1-2℃/d范圍內，約8天左右內部溫度趨近平穩，最高溫為36.1℃左右。

5.結論

從監測數據來看，本溫控設計能滿足施工要求。在大體積混凝土施工中，通過加強混凝土質量控制，優化混凝土配合比，同時合理布置冷卻管，加強后期承臺混凝土的養護等溫控措施，將大體積混凝土開裂的風險降至最低，保證了承臺施工質量，為后續大體積混凝土施工提供技術保障。

參考文獻：

[1]鐵路混凝土工程施工技術指南[S].鐵路建設（2010）241.

[2]水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程[S].JTS 202-1-2010.endprint