薛新峰 周 莉

(1.天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津 300010;2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

1 概述

橋梁承臺(tái)、墩柱等大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于水泥水化熱導(dǎo)致混凝土因變形過(guò)大出現(xiàn)溫度裂縫。國(guó)內(nèi)外大量的理論研究和工程實(shí)踐都表明，澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生溫度裂縫，在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，并將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。該斜拉橋?yàn)楠?dú)塔斜拉橋，主墩布置在河中心。主橋采用兩跨方式跨越河道，跨徑布置為2×118 m，主跨全長(zhǎng)236 m。橋梁主墩和承臺(tái)均位于薊運(yùn)河河道中，為減小施工開挖難度，承臺(tái)底位于現(xiàn)狀河床底。主墩基礎(chǔ)采用大型群樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用直徑為1.5 m的鉆孔灌注樁，54根。在考慮水流、受力、施工等因素后，承臺(tái)中線與橋梁中線相垂直，并設(shè)置圓形抹角以適應(yīng)水流流向，減小阻水。相應(yīng)的承臺(tái)體積也較大。主墩承臺(tái)采用順?biāo)鞣较驗(yàn)榛⌒纬信_(tái)，尺寸為21.25 m ×36.25 m，弧形半徑為 16.927 m，承臺(tái)厚4 m，見圖1。由于橋塔預(yù)埋鋼絞線在承臺(tái)混凝土中通過(guò)，故承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)考慮為C40。混凝土標(biāo)號(hào)越高，水化熱越大，收縮變形也大，易開裂。本文結(jié)合該工程所采用的大體積承臺(tái)混凝土基礎(chǔ)，探討大體積混凝土的裂縫成因及其相應(yīng)的溫控措施。

圖1 基礎(chǔ)布置圖

2 溫度裂縫產(chǎn)生基本機(jī)理

2.1 水化熱影響因素

水泥水化熱Q(t)是齡期t的函數(shù)。通常用指數(shù)式計(jì)算:

其中，Q(t)為在齡期t時(shí)的累積水化熱，kJ/kg;Q0為t→∞時(shí)的最終水化熱;t為齡期，d;m為常數(shù)，主要根據(jù)水泥型號(hào)、混凝土塊體表面狀況及澆筑溫度取值。

2.2 影響原因分析

根據(jù)文獻(xiàn)［1］的研究，在采取冷卻管進(jìn)行冷卻施工時(shí)，冷卻管的間距影響最大，其次是冷卻水的溫度，管徑的大小影響最小。因此在布置冷卻管時(shí)，應(yīng)匹配好管徑與管距的關(guān)系。

3 溫控措施

3.1 選料與配合比

混凝土成分和優(yōu)化配合比是大體積混凝土溫控的有效方法。應(yīng)選擇水化熱低、泵送性能好、坍落度低、穩(wěn)定性好、抗裂性能好的混凝土成分材料。混凝土配料時(shí)，粗骨料應(yīng)選用連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料宜采用中砂。外加劑宜采用緩凝劑、減水劑，摻合料宜用粉煤灰、礦渣粉等。

3.2 降低澆筑溫度

控制混凝土的入倉(cāng)溫度是溫控措施的重要手段。降低澆筑溫度的措施包括:1)選擇合理的澆筑時(shí)間;2)堆高骨料，地籠廊道取料，在骨料堆上搭設(shè)涼棚等;3)加冰攪拌混凝土，但要注意使所有的冰都融化;4)在模板和混凝土外表面遮陰，避免陽(yáng)光直射，用水養(yǎng)護(hù)。

3.3 埋設(shè)冷卻管

埋設(shè)冷卻管是最直接的減小大體積混凝土塊體溫度應(yīng)力的措施。冷卻管應(yīng)合理匹配管徑和管距的關(guān)系。水管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要避免在模板安裝與拆除過(guò)程中影響水管的冷卻活動(dòng)。安裝后必須保證管道暢通、接頭可靠不漏水。并通過(guò)管道試水檢驗(yàn)，防止混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)管道漏水現(xiàn)象(見圖2，圖3)。

圖2 冷卻管立面布置圖

圖3 冷卻管平面布置圖

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)包括保溫養(yǎng)護(hù)和保濕養(yǎng)護(hù)兩個(gè)方面。當(dāng)混凝土澆筑完成，初凝后立即覆蓋塑料薄膜土工布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并灑水保持表面濕潤(rùn)，以降低混凝土內(nèi)部溫度與表層混凝土溫度的溫差。水化熱釋放溫度升高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)散熱措施。當(dāng)混凝土處于降溫階段時(shí)，則要保溫覆蓋以減少內(nèi)表溫差。在達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，可繼續(xù)保留保濕養(yǎng)護(hù)覆蓋物數(shù)天，讓混凝土表面緩慢干燥，有利于減少混凝土表面開裂。

4 施工方案

4.1 施工流程

結(jié)合本工程具體情況，主墩承臺(tái)根據(jù)圍囹布置采用兩次澆筑方案，第一次澆筑2.05 m高度，第二次澆筑剩余1.95 m高度。在兩層承臺(tái)的施工之間在第一次澆筑的承臺(tái)頂部進(jìn)行圍堰四周頂撐，卸除最下層圍囹并進(jìn)行拆除，施工流程:測(cè)量放樣→封底找平→再測(cè)量放樣→鋼筋勁性骨架安裝→鋼絞線勁性骨架安裝→第一層承臺(tái)鋼筋綁扎及鋼絞線安裝→第一層承臺(tái)模板支立→第一層混凝土澆筑→第一層承臺(tái)頂支撐圍堰→拆除最下層圍囹→第二層承臺(tái)鋼筋綁扎→第二層承臺(tái)模板支立→第二層混凝土澆筑。

4.2 降溫措施

采用埋置冷卻管通循環(huán)水冷卻技術(shù)，以降低承臺(tái)新澆混凝土的內(nèi)部溫升?；炷镣獗砻娌扇”卮胧?，擬模板側(cè)面采用彩條布保溫，頂面采用一層塑料薄膜+土工布+彩條布保溫。

冷卻管采用φ48×3鋼管，熱傳導(dǎo)快，降溫效果好。冷卻管平面布置間距為1 m，每層承臺(tái)豎向中間布置一層管路擬采用回形方式，水平鋪設(shè)。每層冷卻管均設(shè)置2個(gè)進(jìn)水口，2個(gè)出水口，且各層冷卻管各自獨(dú)立，增強(qiáng)降溫效果的同時(shí)便于根據(jù)每層的溫測(cè)數(shù)據(jù)，相應(yīng)調(diào)整冷卻管內(nèi)水流循環(huán)的速度，充分利用混凝土的自身溫度中間高四周低的特點(diǎn)，在循環(huán)過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)溫差，產(chǎn)生好的效果。冷卻水管安裝時(shí)，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠。

5 溫控監(jiān)測(cè)

為檢驗(yàn)溫控措施的效果，需采取適當(dāng)?shù)臏乜乇O(jiān)測(cè)措施，通過(guò)溫控監(jiān)測(cè)還可以對(duì)溫控措施及時(shí)改進(jìn)和調(diào)整。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置以真實(shí)地反映出混凝土澆筑體內(nèi)最高溫升、最大應(yīng)變、里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度為原則，選擇代表性強(qiáng)的部位，即分別在承臺(tái)每層按上部、中部、底部留設(shè)測(cè)溫孔(見圖4)。本工程共布設(shè)11個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。在每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)沿豎向預(yù)埋φ5 cm薄壁鋼管，施工時(shí)注意與冷卻管避開適量距離，并注意將鋼管下部封閉嚴(yán)密，上管口用膠帶紙密封好，高出承臺(tái)一定高度，防止混凝土漿灌入，測(cè)溫鋼管預(yù)埋時(shí)一定要與鋼筋固定牢固，防止振搗混凝土?xí)r移位，每個(gè)測(cè)溫孔預(yù)埋好以后均應(yīng)進(jìn)行編號(hào)，以便準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)。

圖4 測(cè)溫孔布置圖

混凝土入模溫度為11℃，混凝土澆筑時(shí)大氣溫度為6℃。混凝土采用棉被及帆布覆蓋的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。共記錄了16 d的混凝土溫度變化的檢測(cè)數(shù)據(jù)，部分結(jié)果如圖5所示。

圖5 測(cè)溫孔溫度測(cè)試變化圖

監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫度，發(fā)生在澆筑后的最初3 d～5 d。混凝土澆筑前期溫度變化較大，隨著時(shí)間的推移，溫度變化差值逐漸縮小，溫度值慢慢趨于平穩(wěn)。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)溫度發(fā)現(xiàn)，承臺(tái)內(nèi)布置冷卻水管能夠降低承臺(tái)混凝土的最高溫度和內(nèi)外部混凝土的溫差，從而顯著減少承臺(tái)表面裂縫數(shù)量和寬度。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以薊運(yùn)河斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，分析了大體積混凝土承臺(tái)常見溫度裂縫產(chǎn)生的基本機(jī)理及影響因素，并總結(jié)了控制和減小溫度裂縫的施工工藝與溫控措施。

［1］華龍海，熊 剛，王艷寧，等.大體積混凝土裂縫成因分析及溫控措施［J］.城市道橋與防洪，2009(11)：35-37.

［2］霍凱成，史鳳香.巴東長(zhǎng)江大橋承臺(tái)大體積混凝土溫度控制［J］.巖土力學(xué)，2002，23(S)：238-240.

［3］康省楨.承臺(tái)大體積混凝土水化熱分析與施工控制［J］.世界橋梁，2008(2)：42-44.

［4］李仲勤.墩臺(tái)大體積混凝土溫度應(yīng)力分析與裂縫控制探討［J］.城市道橋與防洪，2009(3)：84-86.

［5］劉昌濟(jì)，王 斌，卜顯英.大體積混凝土裂縫原因分析與控制措施［J］.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，18(6)：54-57.