程斌

【摘要】本文以丹江口習家店鎮(zhèn)后河大橋主墩承臺大體積混凝土溫度監(jiān)測和裂縫控制為研究內(nèi)容，系統(tǒng)開展了承臺大體積混凝土溫度控制研究。通過澆筑混凝土材料的選擇，冷卻循環(huán)水管的設(shè)置，控溫保溫養(yǎng)護措施的實施，對整個施工過程實時監(jiān)控，實現(xiàn)了大體積混凝土施工的有效控制。承臺混凝土澆筑完成后，未出現(xiàn)裂縫，達到了預期的監(jiān)控目的。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度；監(jiān)控

1工程概況

丹江口后河大橋主橋上部構(gòu)造為（67+120+67）m三跨預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，箱梁斷面采用單箱單室，根部梁高7.lm，跨中粱高2.7m，項板厚28cm，底板厚從跨中至根部由32cm變化為70cm，腹板從跨中至根部分三段采用45cm、60cm、70cm三種厚度，箱梁高度和底板厚度按2次拋物線變化。主墩墩身采用雙肢等截面實心薄壁墩，墩身橫橋向最長處6.5m，順橋向壁厚1.5m。主墩承臺長12.40m，寬12.20m，高4.0m，屬大體積混凝土。基礎(chǔ)采用樁徑2.Om的鉆孔灌注樁，每墩共9根樁。

2大體積混凝土施工溫度產(chǎn)生裂縫的原因

引起大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的因素十分復雜，探究溫度應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因，主要有以下四個方面：

（1）水泥水化熱的影響。水泥在水化的過程中要釋放出大量的熱量，并通過邊界把部分熱量向四周傳遞（散熱）。硬化初期，水泥水化速度快，發(fā)熱量大于散熱量，使混凝土升溫；硬化后期，水泥水化速度減慢，當發(fā)熱量小于散熱量時，混凝土溫度開始下降。但在澆筑初期，混凝土的彈性模量較低，徐變較大，因此對溫變引起的變形約束不大，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也比較小；隨著齡期的增長，混凝土彈性模量迅速增長，徐變減小，對降溫收縮變形的約束也越來越強，并產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時，便容易出現(xiàn)溫度裂縫。

（2）外界氣溫變化的影響?；炷羶?nèi)部溫度是水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度的疊加，因此在施工階段受外界氣溫的影響主要體現(xiàn)在兩方面：

1、外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高，相應(yīng)最高溫升值也越高；

2、外界氣溫下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，形成“冷擊”。內(nèi)外溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。

（3）混凝土收縮變形的影響?；炷恋氖湛s變形主要有澆筑初期（終凝前）的凝縮變形、硬化混凝土的干燥收縮變形、自生收縮變形、溫度下降引起的冷縮變形以及碳化引起的碳化收縮變形等五種?；炷恋氖湛s變形越大，收縮變形的分布越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力也越大。

（4）約束條件的影響?；炷两Y(jié)構(gòu)在變形變化中，必然受到一定的約束，阻礙其自由變形。這種約束分外約束和內(nèi)約束（自約束）。外約束指結(jié)構(gòu)的邊界條件，如基礎(chǔ)或其他外界因素對結(jié)構(gòu)變形的約束；內(nèi)約束指結(jié)構(gòu)內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布，各質(zhì)點變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。外約束分自由體、全約束（剛性約束）和彈性約束三種?；炷恋氖湛s變形因受到約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過其相應(yīng)齡期的抗拉強度時，便引起開裂。

3承臺混凝土配合比

后河大橋承臺的混凝土設(shè)計強度等級為C30，混凝土配合比見表3.1。

4 承臺冷卻水管布置

承臺的冷卻水管采用φ40mm導熱性能良好的鋼管，在高方向上布置在高度方向上布置四層冷卻水管，每層冷卻水管又分為4個獨立的循環(huán)管路。承臺冷卻水管的布置形式見下圖。

主墩承臺冷卻水管布置圖

5溫度場及應(yīng)力場的仿真分析

溫控計算采用有限元橋梁專用程序Midas/Civil的水化熱計算模塊進行，該程序用于溫控計算的有以下主要特點：

（1）該程序可以對施工期大體積混凝土的溫度場及應(yīng)力場進行仿真模擬分析；

（2）能夠考慮混凝土入模溫度、水泥絕熱溫升、混凝土的強度和彈模增長曲線、混凝土自身的收縮徐變、混凝土導熱系數(shù)、混凝土放熱系數(shù)、冷卻水等參數(shù)，以及地基固定溫度、環(huán)境溫度等施工環(huán)境條件。

6溫度監(jiān)測方法

對大體積混凝土進行溫度場仿真模擬計算，是從理論上掌握大體積混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展變化情況和溫度應(yīng)力的發(fā)展變化情況，實際施工中將會存在一定的差異，主要原因是計算模型中所取用的相關(guān)參數(shù)與大體積混凝土實際施工狀態(tài)不可能完全一致，這就需要對施工過程進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果隨時與理論計算及其結(jié)果進行比較、分析，及時調(diào)整參數(shù)取值、修正計算模型并采取相應(yīng)的溫控措施，只有這樣才能保證計算、分析結(jié)果的準確性及可靠性，并依據(jù)計算、分析結(jié)果完善溫控措施，確保溫度應(yīng)力不超過混凝土的抗拉強度，避免出現(xiàn)溫度裂縫。

溫度監(jiān)測主要內(nèi)容包括：

（1）施工體系測量

施工體系測量涉及三個方面的主要內(nèi)容：混凝土體系、環(huán)境體系及施工工藝相關(guān)內(nèi)容。

混凝土體系主要包括：配合比試驗、絕熱溫升試驗、彈性模量試驗、抗壓強度和劈裂強度試驗等；環(huán)境體系主要包括：當?shù)啬隁鉁?、日氣溫、寒潮及風速等的變化規(guī)律分析，地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定溫度調(diào)查和分析、基礎(chǔ)約束情況調(diào)查分析等；施工工藝的主體內(nèi)容包括：實際施工中的總體施工方案、管冷方案、保溫方案及混凝土澆筑方案等。

（2）混凝土溫度場測量

對本項目的承臺溫度測點的布置形式初步擬定如下圖所示。其中，頂層溫度測點布置混凝土表面以下在5cm處；底面溫度測點布置在混凝土底面以上5cm處。最終實施的測點布置形式根據(jù)分塊分縫設(shè)置、冷卻水管的實際布置形式和溫度場計算結(jié)果作適當調(diào)整。

主墩承臺溫度測點布置圖（單位：cm）

（3）環(huán)境體系溫度測量

環(huán)境體系溫度測量包括大氣溫度、冷卻水溫度。

大氣溫度測量包括承臺頂面、側(cè)面和底面表面處的溫度。選取代表性的冷卻水管，在水管進水口、出水口及直線段中部安裝溫度傳感器，測量冷卻水的溫度。

環(huán)境體系溫度測量與大體積混凝土溫度測量同步進行。

7 防裂措施

（1）控制澆筑溫度?？刂茲仓囟瓤梢越档突炷恋目倻厣瑴p少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。在使用前用冷水沖洗集料，但每m3混凝上中石子與砂所占重量最大，最有效的辦法是降低石子與砂的溫度，盡量降低混凝土入模溫度。

（2）通水冷卻。設(shè)置冷卻管通冷卻水，能直接達到降低水化熱溫度的效果。但冷卻水與混凝土的溫差不宜過大。采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護措施，降低大體積混凝土的溫升值。

（3）承臺表面局部范圍內(nèi)水化熱應(yīng)力較大，可以在承臺表層布防裂鋼筋網(wǎng)，可以提高混凝土的抗拉強度。

（4）保溫保濕措施。承臺混凝土澆注完成后必須對承臺采取保溫保濕措施，可在混凝土表面設(shè)置土工布進行保溫，確?；炷帘砻媾c大氣溫差不大于20℃及保證混凝土表面溫度不能驟降5℃。

參考文獻：

[1]陳輝，韓芳垣.大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施[J].混凝土，2006.196（2）：74～75

[2]《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）

[4]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）

[5]《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GBJ 1596-2005）

[6]《混凝土質(zhì)量控制標準》（GB50164-92）

[7]《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）