葉派平，謝英杰

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361021）

0 引言

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在混凝土澆筑后，由于水化熱作用將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個(gè)階段。在各個(gè)階段中，混凝土的體積隨著溫度變化而產(chǎn)生伸縮，混凝土體積變化受到約束就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力就會(huì)開裂而產(chǎn)生溫度裂縫。

大體積混凝土施工受溫度影響大，包括入模溫度、環(huán)境溫度、混凝土水化溫度、循環(huán)冷卻水溫度等，合理控制溫度差是防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的關(guān)鍵，如內(nèi)表溫差、表外溫差、冷卻水進(jìn)出口水溫差、冷卻水與混凝土內(nèi)部溫差、混凝土降溫速率等。

高溫季節(jié)環(huán)境溫度高（重慶地區(qū)更是高達(dá)40℃以上），混凝土入模溫度、內(nèi)部最高溫度控制難度極大。若采取的溫控措施不合理，很可能導(dǎo)致混凝土因內(nèi)表溫差過(guò)大、內(nèi)部溫峰值過(guò)高、混凝土升溫或降溫速率過(guò)快等因素而使大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

重慶某長(zhǎng)江大橋錨碇散索鞍支墩承臺(tái)為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用C35混凝土，結(jié)構(gòu)尺寸46m×15 m×6 m，設(shè)計(jì)混凝土總方量4 140 m3，鋼筋總重505 t。承臺(tái)下設(shè)置12根直徑為3.2 m樁基，承臺(tái)基坑開挖后底面設(shè)一層30 cm厚C35混凝土墊層。

因施工工期安排，承臺(tái)于7月下旬進(jìn)行施工，此時(shí)正值重慶地區(qū)高溫季節(jié)。根據(jù)歷史氣象資料，7月份日均最高氣溫為33℃，日均最低氣溫為25℃。

1.2 施工方案

承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸大，為典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，需根據(jù)工程實(shí)際采取針對(duì)性溫控措施。

承臺(tái)總高度為6 m，根據(jù)大體積混凝土施工經(jīng)驗(yàn)宜分塊或分層澆筑，但承臺(tái)鋼筋工程量大，分層施工上下層施工間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，分塊施工鋼筋連接難度大。為避免上下層混凝土間齡期差過(guò)大，減小施工難度，保證大體積混凝土施工質(zhì)量，承臺(tái)采用一次澆筑方式進(jìn)行施工，即承臺(tái)單次支模6 m，連續(xù)完成承臺(tái)混凝土澆筑[1]。

承臺(tái)施工拌和站為2臺(tái)套HZS90型攪拌機(jī)，混凝土生產(chǎn)能力45 m3/h，承臺(tái)混凝土預(yù)計(jì)澆筑時(shí)間92 h。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土自身的物理、熱學(xué)性能是影響大體積混凝土溫度裂縫最基本、最重要的影響因素，混凝土配合比優(yōu)化是溫控方案設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)原則是配制出絕熱溫升小、抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能較大、熱強(qiáng)比小、線脹系數(shù)小、自身體積變形小的混凝土[2]。

為最大程度減小混凝土自身水化熱，減小絕熱溫升，配合比設(shè)計(jì)中采用了高摻量的礦物摻和料。根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，承臺(tái)混凝土水膠比為0.4，礦物摻和料（粉煤灰）的摻量選用規(guī)程中的最大摻量40%。

承臺(tái)混凝土單次澆筑方量大，澆筑時(shí)間長(zhǎng)且處于高溫季節(jié)。為保證上層混凝土覆蓋之前下層混凝土未達(dá)到初凝，采用了超長(zhǎng)緩凝外加劑，將混凝土的初凝時(shí)間延長(zhǎng)至16 h（試驗(yàn)室環(huán)境條件下）。

經(jīng)優(yōu)化比選后確定承臺(tái)混凝土配合比和設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1、表2。

表1 承臺(tái)混凝土配合比

表2 承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

3 施工控制措施

為有效控制大體積混凝土施工質(zhì)量，在配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還從以下方面加以控制：溫控設(shè)計(jì)、入模溫度控制、混凝土澆筑控制、混凝土養(yǎng)護(hù)控制、循環(huán)通水控制、溫度監(jiān)測(cè)、拆?？刂频取?/p>

3.1 溫控設(shè)計(jì)

為合理制定承臺(tái)大體積混凝土的施工控制措施，對(duì)承臺(tái)混凝土溫控方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，采用Midas/FEA軟件進(jìn)行建模模擬計(jì)算。計(jì)算了承臺(tái)混凝土的內(nèi)部溫度場(chǎng)及仿真應(yīng)力場(chǎng)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果制定了不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，并優(yōu)化調(diào)整了相應(yīng)的溫控措施[3]。

承臺(tái)一次澆筑成型，根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，取承臺(tái)1/4模型進(jìn)行有限元剖分計(jì)算。混凝土澆筑入模溫度根據(jù)擬采取的降溫措施，按28℃進(jìn)行取值。在設(shè)定條件下，承臺(tái)內(nèi)部最高溫度計(jì)算值為63.7℃，溫峰出現(xiàn)時(shí)間約為澆筑后第3 d左右。

3.2 入模溫度控制

根據(jù)混凝土攪拌前原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等原理，控制混凝土入模溫度的措施為控制混凝土原材料的溫度。承臺(tái)于7月下旬進(jìn)行澆筑施工，控制混凝土原材料溫度的主要措施為：

（1）混凝土拌和站粉料罐儲(chǔ)存能力有限，在承臺(tái)混凝土澆筑前與水泥供應(yīng)商溝通，提前一個(gè)月將所需水泥備貨至水泥中轉(zhuǎn)庫(kù)，讓其自然冷卻，以降低水泥使用時(shí)的溫度，控制混凝土粉料溫度不超過(guò)50℃。

（2）7月份為三峽庫(kù)區(qū)汛期，長(zhǎng)江江水混濁，無(wú)法用于拌制混凝土，混凝土拌和用水采用自來(lái)水。為最大限度降低拌和用水溫度，采用在拌和站蓄水池中添加冰塊降溫。拌和站蓄水池中間設(shè)置一道中隔墻，將蓄水池分為兩個(gè)倉(cāng)，中隔墻下部設(shè)置連通管將兩個(gè)倉(cāng)連接[4]。加冰、加水在一個(gè)倉(cāng)，而拌和取水在另一個(gè)倉(cāng)，自來(lái)水通過(guò)冰塊冷卻后進(jìn)入拌和取水倉(cāng)，以使拌和用水水溫基本一致，控制出機(jī)混凝土溫度穩(wěn)定。同時(shí)，對(duì)拌和站蓄水池進(jìn)行遮陽(yáng)覆蓋，避免太陽(yáng)照射水面。通過(guò)添加冰塊，拌和用水溫度能降低至12℃～14℃。

（3）7月下旬環(huán)境溫度過(guò)高，提前儲(chǔ)備骨料并置于料倉(cāng)彩鋼棚內(nèi)已不能滿足骨料降溫要求，在僅遮蓋降溫條件下，骨料溫度仍達(dá)35℃以上，為此采用加冰降溫后的拌和站蓄水池冰水對(duì)骨料進(jìn)行灑水降溫。

采用上述措施后，承臺(tái)混凝土實(shí)際出機(jī)溫度為28.5℃～30℃，入模溫度較出機(jī)溫度上升約0.5℃，為后續(xù)溫度控制奠定了基礎(chǔ)。

3.3 混凝土澆筑控制

承臺(tái)混凝土集中拌制后由混凝土罐車運(yùn)輸至墩位，混凝土澆筑采用泵送方式。承臺(tái)澆筑面積大，為提高布料效率、減小勞動(dòng)強(qiáng)度、控制分層厚度，混凝土泵送采用兩臺(tái)汽車泵直接將混凝土泵送至作業(yè)點(diǎn)?；炷翝仓娣e為690 m2，布料分層厚度以30 cm控制，分層布料按逐層式布料，每層混凝土覆蓋時(shí)間為 690×0.3÷45×1.5=6.9（h）（考慮其它因素影響而延長(zhǎng)覆蓋時(shí)間，取1.5系數(shù)），混凝土試驗(yàn)室環(huán)境下初凝時(shí)間為16 h（現(xiàn)場(chǎng)高溫條件約為9～12 h），足以滿足混凝土初凝前覆蓋下一層新混凝土，避免施工冷縫的出現(xiàn)[5]。

承臺(tái)底面、頂面鋼筋密集，高溫季節(jié)陽(yáng)光照射后鋼筋溫度明顯上升，為避免鋼筋密集部位處于高溫時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑，對(duì)混凝土澆筑開始時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算選擇，選擇上午7時(shí)開始混凝土澆筑，中午高溫時(shí)段前完成承臺(tái)底面鋼筋覆蓋，夜間時(shí)段進(jìn)行承臺(tái)頂面施工。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)控制

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)在普通混凝土保濕養(yǎng)護(hù)的基礎(chǔ)上，還需根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

承臺(tái)頂面保濕養(yǎng)護(hù)采用蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)水采用冷卻水管循環(huán)出來(lái)的溫水，養(yǎng)護(hù)蓄水與混凝土溫度基本同步升溫、降溫，減少了外界氣溫的影響，保證了混凝土不致失水干燥并起到保溫作用。

承臺(tái)側(cè)面采用帶模包裹養(yǎng)護(hù)，避免水分散失?；炷帘仞B(yǎng)護(hù)采用覆蓋、包裹保溫材料，保溫材料安裝時(shí)機(jī)根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定。前期混凝土處于升溫階段時(shí)承臺(tái)側(cè)面不進(jìn)行包裹，以利溫度散發(fā)，待溫度監(jiān)測(cè)至內(nèi)表溫差臨近溫控標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)再進(jìn)行包裹保溫。

3.5 循環(huán)通水控制

為減小混凝土內(nèi)部溫升，在承臺(tái)內(nèi)部設(shè)置了冷卻水管。冷卻水管采用外徑51 mm、具有一定強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能好的電焊鋼管。冷卻水管上下間距100 cm，左右間距100 cm，沿承臺(tái)高度方向共設(shè)置5層冷卻水管。每套冷卻水管長(zhǎng)度不超過(guò)150 m，冷卻水管出水口和進(jìn)水口集中布置、統(tǒng)一管理。

承臺(tái)澆筑時(shí)間長(zhǎng)，為更有針對(duì)性地控制循環(huán)通水的水溫和流量，從下向上第1～3層、第4～5層冷卻水管為兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)。兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)可根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果分別控制水溫和流量，避免混凝土內(nèi)部溫度沿高度方向差異大而導(dǎo)致冷卻水與混凝土內(nèi)部溫差超過(guò)溫控標(biāo)準(zhǔn)。

承臺(tái)混凝土澆筑前，開通水泵進(jìn)行試通水，檢查各個(gè)部件的可靠性，防止管道漏水、阻水?；炷翝仓^(guò)程中，從冷卻水管被混凝土覆蓋后即開始通水?；炷辽郎貢r(shí)段，冷卻水流速大于0.65 m/s，流量大于45 L/min，形成紊流，盡量降低混凝土溫峰；溫峰過(guò)后混凝土降溫時(shí)段，通過(guò)水閥減緩?fù)ㄋ沽魉俳档?，以層流狀態(tài)冷卻混凝土，具體結(jié)束時(shí)間視混凝土溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果而定。混凝土應(yīng)緩慢降溫，通水流速控制標(biāo)準(zhǔn)為混凝土最大降溫速率不大于2.0℃/d，否則混凝土將會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而導(dǎo)致溫度裂縫產(chǎn)生。

循環(huán)冷卻水水溫控制采用智能溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度定時(shí)手工設(shè)置循環(huán)水需保持的溫度，當(dāng)所監(jiān)測(cè)的循環(huán)水溫度超過(guò)設(shè)定值后將啟動(dòng)加水泵將冷水加入循環(huán)水，當(dāng)所監(jiān)測(cè)的循環(huán)水溫度降低到設(shè)定值后將停止加水泵，從而使得循環(huán)水溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，有效控制了循環(huán)冷卻水溫度的相對(duì)穩(wěn)定。

3.6 溫度監(jiān)測(cè)

為檢驗(yàn)施工質(zhì)量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)溫控措施，對(duì)混凝土進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)不同時(shí)期的溫度特性。

承臺(tái)溫度數(shù)據(jù)采集選用自動(dòng)溫度遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種分布式全自動(dòng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無(wú)線方式傳輸，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊，自動(dòng)間隔測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存貯。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置按照重點(diǎn)突出、兼顧全局的原則。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和溫度變化的一般規(guī)律，在承臺(tái)沿橋中心線對(duì)稱的1/4側(cè)布設(shè)測(cè)點(diǎn)。沿高度方向共布置4層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每層監(jiān)測(cè)點(diǎn)在平面內(nèi)由于靠近表面區(qū)域溫度梯度較大，測(cè)點(diǎn)布置較密，而中心區(qū)域混凝土溫度梯度較小，測(cè)點(diǎn)布置相應(yīng)減少。

在混凝土澆筑前對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查、試測(cè)，確保各測(cè)點(diǎn)均能正常工作。各點(diǎn)在混凝土開始澆筑時(shí)即進(jìn)行連續(xù)不間斷測(cè)量?；炷翜囟缺O(jiān)測(cè)在峰值出現(xiàn)以前每2 h監(jiān)測(cè)一次，在峰值出現(xiàn)后每4 h監(jiān)測(cè)一次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。

3.7 拆模控制

在以往工程中經(jīng)常出現(xiàn)拆模時(shí)混凝土表面沒(méi)有裂縫，待拆模一段時(shí)間后開始出現(xiàn)表面裂縫并不斷發(fā)展。這一表面裂縫出現(xiàn)的基本原因都是由于拆模后混凝土表面溫度下降過(guò)快、晝夜溫差大引起的。

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中采用保濕保溫養(yǎng)護(hù)，拆模時(shí)混凝土表面溫度高，拆模過(guò)早，勢(shì)必造成混凝土表面溫度下降過(guò)快。為此，承臺(tái)采用晚拆模及拆模后仍進(jìn)行覆蓋、包裹的方法，以降低混凝土表面溫度降低的速率。拆模時(shí)間的控制標(biāo)準(zhǔn)為混凝土表面溫度與環(huán)境溫度的溫差小于15℃、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于10d，同時(shí)拆模選擇白天氣溫較高時(shí)段進(jìn)行。拆模后切忌用冷水對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，否則混凝土表面溫度將驟降，極易產(chǎn)生裂縫，若確實(shí)需要灑水應(yīng)控制水溫與混凝土表面的溫差。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程承臺(tái)大體積混凝土處于高溫季度施工，施工期間最低溫度25℃，最高溫度40℃，持續(xù)澆筑時(shí)間95 h。在優(yōu)化大體積混凝土配合比的基礎(chǔ)上，通過(guò)采取降低混凝土入模溫度、循環(huán)通水冷卻、外部保溫等措施，承臺(tái)混凝土內(nèi)部最高溫度68.5℃，內(nèi)表溫差最大23℃，避免了承臺(tái)大體積混凝土有害溫度裂縫的出現(xiàn)。

（1）承臺(tái)單次澆筑高度大，冷卻水沿高度方向分兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于不同階段的混凝土采用不同的循環(huán)通水溫度、流量，更好地控制了混凝土的溫差指標(biāo)。

（2）循環(huán)冷卻水水溫控制采用智能溫度控制系統(tǒng)，能在設(shè)置的循環(huán)水溫度范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高了循環(huán)冷卻水溫度控制的精確性和穩(wěn)定性。

（3）承臺(tái)混凝土入模溫度為29℃～30℃，高于《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG TF50—2011）中28℃的要求，但只要將混凝土內(nèi)部最高溫度、相關(guān)溫差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，仍可以避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。

（4）承臺(tái)在高溫季節(jié)施工取得了成功，但這是在眾多措施的基礎(chǔ)上取得的，若施工工期允許，大體積混凝土仍宜避開高溫季節(jié)進(jìn)行施工，以減少措施費(fèi)用的投入。

[1]郭文杰，方召欣.曹娥江大橋主塔承臺(tái)大體積混凝土夏季施工溫控關(guān)鍵技術(shù)[J].交通世界，2014（1）：136-137.

[2]劉軍輝,任先松,蔡利兵,等.高溫條件下大體積混凝土施工技術(shù)[J].混凝土，2013（9）：144-146.

[3]楊凌志.淺談高溫季節(jié)錨碇大體積砼施工溫度控制[J].中國(guó)水運(yùn)，2012（5）：258-259.

[4]宋藝田、江守恒.炎熱季節(jié)大體積混凝土裂縫控制工程實(shí)踐[J].低溫建筑技術(shù)，2006（6）：148-149.

[5]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].