李敏

（中鐵十六局集團有限公司）

1 工程概況

泰和特大橋全長6.839km，橋址處贛江左岸地形陡峭、植被茂盛，跨越河槽寬約389m，本橋承臺共計201個，為矩形實心承臺，本橋承臺尺寸多樣，主要承臺尺寸14.6m×10.6m×3m、12.3m×9m×2.5m、23.5m×17m×5.5m。最大承臺混凝土2197m3，承臺施工階段正處于高溫、汛期，澆筑的溫度控制要求高，混凝土配比及原材料選擇要求嚴，質量、安全風險大。

2 承臺大體積混凝土施工方案

承臺混凝土澆注前，首先清理基底頂面雜物，然后用水再次沖洗，確保基底干凈、平整。本橋最大承臺混凝土2197m3，其配合比按照大體積混凝土設計，最佳的施工配合比通過交叉配合比試驗確定。施工時避開高溫天氣，夏季對骨料采取遮蔽措施，采用冷水或冰水拌制混凝土，降低混凝土的入倉溫度，混凝土施工按30cm 分層澆注、分層振搗[1]，并嚴格控制澆注速度，加長混凝土水化熱散熱時間。頂部混凝土初凝前，對其壓實抹平以減少表面裂縫，養(yǎng)護采用常規(guī)灑水、覆蓋等方法。圖1 為承臺混凝土澆筑推進圖。

為控制混凝土溫度和收縮裂縫，主要采用如下手段：一是優(yōu)化混凝土配合比，降低水泥的用量，降低水化熱[2]；降低溫差；延長初凝時間（控制其≥20h）；二是布置冷卻管冷卻系統(tǒng)，通水降溫加快水化熱散失。冷卻管冷卻系統(tǒng)是大體積混凝土施工必不可少的降溫環(huán)節(jié)；三是加強澆注及養(yǎng)護期間混凝土溫度的監(jiān)測，及時調整方案及溫控措施。

圖1 承臺混凝土澆筑推進圖

3 控制水化熱

混凝土選用低水化熱或產生水化熱均勻的膠凝材料和摻入粉煤灰、礦粉的膠凝材料，粗骨料最大粒徑31.5mm，初始坍落度18cm 左右，澆筑時塌落度≥16cm，1h 后≥12cm（泵送施工）。水膠比＜0.55，砂率控制38%～42%，緩凝時間＞15h。有效增加混凝土水化熱完全釋放時長，降低混凝土升溫的幅度和溫度峰值。

4 冷卻系統(tǒng)設計及實施方案

以本橋最大承臺（23.5m×17m×5.5m）為例，進行冷卻系統(tǒng)設計施工說明。

4.1 冷卻系統(tǒng)設計

4.1.1 混凝土溫度的計算

混凝土中心經(jīng)計算最高溫度69.8℃。承臺澆筑后內外溫差最大為34.5℃，為防止溫差大產生裂縫，埋設冷卻水管降溫是一個有效的溫控方式。

4.1.2 冷卻管的布置及混凝土的降溫驗算

⑴冷卻管的計算條件

在施工過程中運用了一次澆注法，采用外徑40mm、內徑38mm 冷卻管，布置上下4 層，縱向間距1.4m，豎向間距為1.3m，初期水溫為20℃，水的比熱Cs=4.2kj/（kg·℃），Ts=10℃，水的密度ρs=1.0×103㎏/m3，水的流量Qs=1.25m3/h，冷卻管總長度L=900m，混凝土的比熱C=0.916kj/（kg·℃），混凝土導熱系數(shù)λ=3.15W/m·k，容重ρ=2350㎏/m3，導溫系數(shù)a=0.115m2/d。

⑵冷卻管的計算

計算公式為：

式中，

Tm——混凝土內部平均溫度，℃；

Tj——混凝土的初始溫度，℃；

上軟下硬地層盾構法施工時，硬層比對橫向沉降的影響相對明顯，而且地表沉降會隨硬層比的增加呈增長趨勢，整體的地表沉降量變小，沉降槽的變化趨勢也相同。對于預測及模擬的結果進行分析，然后在施工階段進行重點監(jiān)測，監(jiān)測的方面包括標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、靜力觸探試驗、波速測試、旁壓試驗和水文地質試驗。工程采用GPS及全站儀對勘探點位進行測放，高程采用1985國家高程基準。

Tb——混凝土的表面溫度，℃；

Ca2——底部不絕緣，上層新混凝土向下層混凝土及表面散熱的殘留比；

X——冷卻水管散熱殘留比；

Ca1——底部不絕緣，上層新混凝土接受下層混凝土傳熱并向表面散熱的殘留比；

Ts——冷卻水管初期通水的水溫，℃；

Tr——通過表面散熱后的水化熱溫升，℃。

Tm，max=45.7℃，其溫差為45.7－30=15.7℃＜25℃，滿足規(guī)范要求。

4.2 冷卻管的實施方案

進、出水口布置在角部，上下兩層水管進出水口相互錯開。出水口設調節(jié)流量的水閥，現(xiàn)場準備測流量設備。在水管覆蓋一層混凝土后即開始通水，在混凝土溫度達到峰值并開始下降后停止通水，使進出口水流溫差≤6℃。冷卻水流量根據(jù)熱工計算控制，并及時根據(jù)混凝土溫度監(jiān)控進行調整。待通水散熱完成后，水管內用與設計強度同標號混凝土或微膨脹水泥漿注漿填塞。圖2 為承臺混凝土冷卻水管平面布置圖。

圖2 承臺混凝土冷卻水管平面布置圖

4.3 承臺施工冷卻效果驗證

根據(jù)設計參數(shù)，進行建模復核[3]，降溫效果明顯。圖3 為大體積混凝土水化熱云，圖4 和圖5 為大體積混凝土水化熱管冷云圖。

圖3 大體積混凝土水化熱云圖

圖4 大體積混凝土水化熱管冷云圖1

圖5 大體積混凝土水化熱管冷云圖2

5 混凝土測溫監(jiān)控

布置測溫點，采用預埋測溫元件方式采集混凝土溫度，具體布置位置如圖2 所示，每個點從上到下布置三個測溫點，頂上測溫點深度距承臺頂為5cm，底部測溫點距承臺底為5cm，中間測溫點布置于承臺中部，采用測溫儀對混凝土內部及表面溫度進行監(jiān)控。

混凝土建筑完成7 日內，每三小時檢查一次溫度并進行詳細記錄；檢查時間為每天的0 時、3 時、6 時、9時、12 時、15 時、18 時、21 時。7～15 日后一日兩次，根據(jù)實測溫度變化速率調整監(jiān)測頻率。

根據(jù)檢測結果，隨時調整水溫及混凝土表面的覆蓋情況，確?；炷羶韧鉁夭睢?5℃，控制循環(huán)水箱里的溫度，溫差過大加入涼水。降溫速率宜≤2.0℃/d，冷卻水的流量應按設計保持在2m3/hr。混凝土澆筑體表面與大氣溫差宜≤20℃，在混凝土澆筑完成后，模板在3d 后才進行拆模，防止混凝土表面溫度下降過快，并結合氣溫變化對混凝土表面灑水。

6 結束語

大體積混凝土由于水泥的水化熱，混凝土內會產生很高的溫度，極其不易散發(fā)，造成混凝土內部與表面產生很大溫差，當其超過一定的臨界值，應力作用下就會使混凝土出現(xiàn)裂縫，降低混凝土強度，從而影響結構物的質量。冷卻管降溫方案一直是大體積混凝土降溫效果最明顯的方法，本文通過對冷卻系統(tǒng)的設計、施工、模型、監(jiān)控等方面系統(tǒng)性分析，全面闡述了冷卻管的降溫效果，對同類工程施工具有較全面的參考價值。