■鄭鎮(zhèn)平

（福建省交通建設(shè)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司， 福州 350000）

晉江市東部快速通道一期工程上郭主線1# 橋?yàn)殇摶旖Y(jié)合梁連續(xù)梁橋，橋長(zhǎng)1 085 m，主跨跨徑設(shè)計(jì)為55 m+80 m+55 m 的等截面連續(xù)鋼箱梁， 橋?qū)?7 m，下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙柱花瓶墩，薄壁橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)。主墩承臺(tái)長(zhǎng)14.0 m，寬10.5 m，高3.0 m，混凝土標(biāo)號(hào)選用C40，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量為441 m3。 承臺(tái)尺寸示意圖見圖1。

圖1 承臺(tái)尺寸示意圖

1 混凝土結(jié)構(gòu)建模及分析

1.1 參數(shù)說明與建模

根據(jù)混凝土及結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)， 運(yùn)用MIDAS FEA 有限元分析軟件對(duì)上郭主線1# 橋主墩承臺(tái)混凝土進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算，并結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及影響因素進(jìn)行分析[1]，具體計(jì)算目標(biāo)選取1/4 承臺(tái)混凝土。圖2 為1/4 承臺(tái)混凝土網(wǎng)格剖分圖。承臺(tái)大體積C40 混凝土配合比為水泥324 kg/m3、 粉煤灰90 kg/m3、 礦 粉36 kg/m3、 砂755 kg/m3、 碎 石1043 kg/m3、水162 kg/m3、減水劑4.5 kg/m3。 大體積混凝土物理熱學(xué)性能相關(guān)計(jì)算參數(shù)： 比熱0.92 kJ/kg·℃、28 d 抗拉強(qiáng)度4.8 MPa、28 d 抗壓強(qiáng)度48.6 MPa、彈性模量3.1×104MPa、最終絕熱溫升48℃、導(dǎo)熱系數(shù)9.13。 大體積混凝土邊界條件：環(huán)境溫度 （18±4）℃、 入模溫度25℃、 模板材質(zhì)為鋼模（1cm）、養(yǎng)護(hù)方法為側(cè)面帶模頂面覆蓋、冷卻水管為1 m×1 m。

圖2 1/4 承臺(tái)混凝土網(wǎng)格剖分圖

1.2 溫度計(jì)算

針對(duì)內(nèi)部最高溫度、最大內(nèi)表溫差這2 個(gè)指標(biāo)的計(jì)算， 可在上述設(shè)定因素的基礎(chǔ)上計(jì)算得到，內(nèi)部最高溫度73.6℃，最大內(nèi)表溫差29.1℃，溫峰出現(xiàn)時(shí)間為第3 d。 承臺(tái)大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度示意圖見圖3。

圖3 承臺(tái)大體積混凝土內(nèi)部最高溫度示意圖

將混凝土側(cè)面外表點(diǎn)與中心點(diǎn)作為研究對(duì)象，得出溫度時(shí)程曲線示意圖（圖4）。 圖中所示的溫度達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)間段為第3 d， 最大內(nèi)表溫差會(huì)在表面溫度下降過程中不斷增加[2]。

圖4 承臺(tái)混凝土溫度時(shí)程曲線示意圖

從圖4 可知，大體積混凝土內(nèi)部的中心溫度處于最高狀態(tài)，溫度較低為混凝土表面，要想對(duì)溫度進(jìn)行有效控制，需做好“外保內(nèi)散”的施工保障措施[3]。

1.3 冷卻水管布設(shè)

在主墩承臺(tái)中設(shè)計(jì)設(shè)置兩層冷卻水管，具體布設(shè)為豎向與混凝土面的間距分別確定為100、200 cm。 對(duì)于冷卻水管的水平管距離為100 cm，與混凝土側(cè)面間距為50 cm。 水管管徑4 cm，每套水管設(shè)置1 個(gè)進(jìn)水口和1 個(gè)出水口，水管長(zhǎng)度不大于200 m。 冷卻水管的具體布置情況見圖5。

圖5 冷卻水管布設(shè)情況

1.4 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在布置測(cè)溫點(diǎn)的過程中，需設(shè)置在混凝土底面澆筑層150 cm 以上位置， 便可檢測(cè)控制內(nèi)部與表面溫度變化情況。 為保證測(cè)量準(zhǔn)確性，還要在混凝土底面250 cm 以上位置，對(duì)測(cè)溫點(diǎn)加以校核，以達(dá)到溫度控制預(yù)期。

1.5 抗裂安全性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)工作直接決定了承臺(tái)大體積混凝土的抗裂性能是否與預(yù)期一致。 因此，在評(píng)價(jià)過程中應(yīng)將工作重點(diǎn)放在以下兩個(gè)方面：（1）特征溫度控制值，其評(píng)價(jià)確定工作開展要將混凝土內(nèi)部最高溫度、入模溫度和內(nèi)表溫度差作為終點(diǎn)。 具體需根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)混凝土溫度仿真計(jì)算值與后期實(shí)際測(cè)量值情況進(jìn)行分析對(duì)比。 （2）抗裂保證率，其所呈現(xiàn)的大體積混凝土抗裂安全系數(shù)，是評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要保障。 抗裂安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：溫度應(yīng)力抗裂安全系數(shù)≥1.4，砼入模溫度冬天≥5℃、夏天≤28℃，內(nèi)部最高溫度≤75℃，最大內(nèi)表溫差≤25℃。

1.6 應(yīng)力分析計(jì)算

根據(jù)上述既有條件，得出承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果： 安全系數(shù)3 d 為1.42、7 d 為1.51、28 d為2.04、180 d 為2.96，溫度應(yīng)力3 d 為1.36 MPa、7 d為1.51 MPa、28 d 為1.43 MPa，180 d 為0.98 MPa。

通過分析， 混凝土的最小抗裂安全系數(shù)是1.42，滿足控制要求，安全性能較好。 第3 d 應(yīng)力發(fā)展速度較快， 此過程中應(yīng)力主要作用于構(gòu)件表面，且呈集中狀態(tài)。 而拉應(yīng)力是因內(nèi)表溫差較大產(chǎn)生。在后期混凝土?xí)S著溫度的下降而產(chǎn)生收縮現(xiàn)象[4]。即3 d 后，部分應(yīng)力朝著構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并發(fā)展至穩(wěn)定狀態(tài)。

由于早期承臺(tái)大體積混凝土的表面與側(cè)面會(huì)因內(nèi)表溫差較大，而出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，所以需要做好溫度處理工作， 不僅要對(duì)內(nèi)部溫度進(jìn)行冷卻，還需做好保溫工作， 可以對(duì)內(nèi)表溫差進(jìn)行降低，并避免約束累積開裂的發(fā)生。

1.7 結(jié)論及建議

經(jīng)計(jì)算與分析， 確定了澆筑層內(nèi)部最高溫、內(nèi)部表面溫差和最小抗裂系數(shù)， 與目標(biāo)要求一致，可按照預(yù)期開展施工作業(yè)。

2 施工過程控制

2.1 砼配合比設(shè)計(jì)

為降低混凝土水化熱、提高抗裂效果，配合比設(shè)計(jì)時(shí)建議采用低熱水泥，雙摻礦物摻合料，結(jié)合泵送施工工藝， 混凝土含氣量控制在5%～6%范圍內(nèi)，具體以試配調(diào)整結(jié)果為準(zhǔn)，配合比試配結(jié)果同時(shí)滿足試配強(qiáng)度、和易性、抗?jié)B、抗裂等各項(xiàng)指標(biāo)要求，在配合比確定后，進(jìn)行水化熱的驗(yàn)算或者混凝土絕熱溫升的測(cè)定。

2.2 砼澆筑溫控措施

2.2.1 砼入模溫度控制

控制混凝土入模溫度的過程中， 要做好備料與雨棚搭設(shè)準(zhǔn)備，并鉆取地下水作為攪拌用水。在混凝土澆筑期間，原材料及入模溫度需實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。承臺(tái)混凝土原材料及入模溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果：碎石21℃、砂22℃、水20℃、入模溫度23℃～27℃，原材料及入摸溫度控制應(yīng)滿足大于5℃且在28℃以下的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 砼生產(chǎn)質(zhì)量控制

（1）在攪拌機(jī)中攪拌混凝土?xí)r，承臺(tái)混凝土的攪拌時(shí)間要控制在90 s 以上。對(duì)于拌和混凝土也有一定要求，確保拌和均勻，具有良好的粘聚性，入模以后的混凝土才不會(huì)有離析與分層的現(xiàn)象。 （2）混凝土澆筑處理到30～50 cm，需對(duì)坍落度進(jìn)行嚴(yán)格控制， 避免因混凝土浮漿過厚而引發(fā)表面收縮裂紋。不僅能夠有效規(guī)避混凝土開裂問題出現(xiàn)，還能降低處理鑿毛問題的工作內(nèi)容。 （3）混凝土分層澆筑厚度要做好控制，即在30～50 cm。（4）混凝土浮漿問題控制：需在確保可泵的基礎(chǔ)上，將混凝土坍落度控制在合理范圍內(nèi)。 當(dāng)混凝土澆筑至最后1 層時(shí)，坍落度可調(diào)控降低20 mm 左右。

2.2.3 降低生產(chǎn)及施工過程中氣溫的影響

（1）對(duì)攪拌站粉罐、輸送皮帶以及料斗等設(shè)備，采用遮陽處理方式。 通過多次淋水對(duì)各種原材料進(jìn)行降溫，使用濕罩布對(duì)泵送管道進(jìn)行覆蓋，同時(shí)在輸送時(shí)要多次灑水降溫。 （2）水泥、粉煤灰、礦粉應(yīng)提前24 h 備料入罐，讓其自然冷卻，確保拌和前的水泥和摻合料溫度不高于50℃，禁止使用剛出廠的新鮮水泥。 （3）為強(qiáng)化混凝土的澆筑效果，應(yīng)及時(shí)覆蓋1 層，以縮短材料暴露時(shí)長(zhǎng)，盡可能縮短材料運(yùn)輸與滯留的時(shí)間，整個(gè)從加水?dāng)嚢璧饺肽５臅r(shí)長(zhǎng)應(yīng)控制在1.5 h 以內(nèi)。（4）控制倉面澆筑混凝土環(huán)境溫度。如作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度較高，超過30℃，則要進(jìn)行噴淋降溫工作。 噴淋對(duì)象為金屬模板外表面、鄰接的已硬化混凝土。 （5）混凝土澆筑所處的環(huán)境相對(duì)濕度偏低，或是風(fēng)速較大、氣溫超過30℃時(shí)，就要開展?jié)仓}面的噴霧或是擋風(fēng)處理措施。 這是避免混凝土表面失水時(shí)間過短的有效方法，也是規(guī)避收縮裂縫的重要措施。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

混凝土澆筑作業(yè)需對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)間應(yīng)根據(jù)溫度指標(biāo)的穩(wěn)定情況確定，在第13 d 之后。 最高溫度時(shí)間的確定，應(yīng)從混凝土升溫開始算。 承臺(tái)溫度特征值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)： 中心高度1.5 m，內(nèi)部最高溫度69.7℃，溫峰到達(dá)時(shí)間39 h，最大內(nèi)表溫差24.7℃，降溫速率1.0～2.2℃/d。因冷卻水溫度較低， 混凝土澆筑的前期階段降溫速度較快。一旦速度超過超出2.0℃/d，就要通過停水來調(diào)整冷卻水，以使降溫速率始終控制在規(guī)范要求以內(nèi)。

通過溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)混凝土溫度升高速度較快，溫峰多數(shù)會(huì)出現(xiàn)在35～40 h。 與MIDAS 仿真分析下的溫峰比較，提前了1.5 d 左右。經(jīng)對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析，溫峰出現(xiàn)與混凝土緩凝時(shí)間較短有關(guān)。 溫峰以后，混凝土降溫速率加快，其前期內(nèi)表溫度會(huì)伴隨內(nèi)部溫度而呈正比例變化。 后期階段，混凝土內(nèi)表溫度， 則會(huì)伴隨表面溫度波動(dòng)而發(fā)生變化。 而最大內(nèi)表溫度差異會(huì)出現(xiàn)在降溫初期階段，后期內(nèi)表溫差基本趨于穩(wěn)定。

對(duì)于冷卻水，可直接從河水中抽取以起到降溫效果。 通水期間的出水效果良好，進(jìn)水溫差應(yīng)在5℃～8℃，與升溫階段進(jìn)出水溫差小于10℃的標(biāo)準(zhǔn)一致[5]。此外，混凝土的內(nèi)表溫差、最高溫度以及降溫速率，均滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出的要求。

混凝土澆筑完成后帶模養(yǎng)護(hù)，第3 d 之后拆除模板，整體表觀較好，并未出現(xiàn)開裂問題。 上表面前期應(yīng)采用蓄水養(yǎng)護(hù)措施，后期應(yīng)覆蓋土工布并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)處理。

4 結(jié)語

通過以上監(jiān)測(cè)、 分析及采取相應(yīng)的控制措施，承臺(tái)混凝土整體表觀良好，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，有效地控制了混凝土內(nèi)部質(zhì)量。

在橋梁大體積混凝土整個(gè)施工過程中，運(yùn)用MIDAS 軟件分析整體結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力變化，澆筑作業(yè)完畢后對(duì)氣溫、混凝土內(nèi)外溫度以及進(jìn)出水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確定混凝土最高與內(nèi)表溫差情況。 通過監(jiān)測(cè)信息的反饋，可對(duì)原材料情況與配合比、混凝土運(yùn)輸、攪拌以及澆筑等作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程控制，以最大限度地保證混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量與耐久性。