大跨度拱桥主墩承台一次性浇筑的温控措施

王英娇 魏海龙 中交二公局第二工程有限公司

1.工程概况

四川省泸州市合江长江公路大桥21#主墩承台采用分幅结构，承台宽11.25m，长30m，高4.5m，采用C30混凝土，总方量为3696.8m3，上下游承台间设置连接撑梁，形成框架承台结构体系，承台下共设24根直径2.5m的桩基，具体结构如图1所示。承台位于长江江滩内，顶标高为+208.0m，底标高为+203.5m，垫层厚30cm。正常情况下，丰水期长江水位标高在210～216m之间变化，极端情况时，水位超过+220m；枯水期长江水位在206.5～208m之间变化。21#主墩施工节点目标要求墩身在汛期到来前，超过洪水位，为节省工期，承台采用一次性浇筑完成。

2.原材及配合比

从经济性角度考虑，承台施工所用混凝土原材均为当地地材，选用的各项原材料技术指标如下：

（1）水泥：选用P.O42.5R普通硅酸盐水泥；

（2）细集料：采用机制砂与河砂的混合砂，孔隙率46.2%，泥块含量0.2%，石粉含量5.1%，压碎值17.0；

（3）粗集料：采用砾石，空隙率为41.8%，压碎值为12.5%，针片状颗粒含量7.1%，含泥量0.6%；

表1 混凝土配合比

（4）矿物掺合料：为降低大体积混凝土水化热绝热温升和增加混凝土的抗裂性能，采用粉煤灰（Ⅱ级）和矿粉（S75级）代替部分水泥；

（5）外加剂：选用宜宾杰特曼生产的JTM-4高性能减水剂，减水率为31%、泌水率为42%、含气量为4.1%；

（6）拌合用水：拌合用水采用井水，PH值为7.1。

为有效降低混凝土的绝热温升，在配合比的选择上，尽量降低水泥用量，采用粉煤灰、矿粉代替，既保证混凝土的强度，又满足可泵性、扩展性、坍落度及抗裂性等指标。混凝土的配合比见表1，其中水灰比为0.407，砂率45%，坍落度为185mm，标准养护条件下，7d龄期抗压强度30.9MPa，28d抗压强度为39.4MPa。

3.温度控制措施

3.1 降低浇筑温度

浇筑温度的控制，主要从受环境影响最为敏感的原材料的温度进行控制。承台浇筑日期在5月中旬进行，正常情况下，桥址处气温保持在28℃以下，故浇筑时，未采取制冷水、加冰块等特殊的降温方法。降低浇筑温度主要措施有：（1）水泥使用温度≤60℃，采用提前入罐，自然冷却的方法控制；（2）避免骨料受阳光直射，棚内存料。

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3.2 控制内部温度

减小混凝土内外温差对控制混凝土裂缝具有非常明显的作用，一般可采用降低浇筑温度、延长混凝土初凝时间、分层浇筑及埋设冷却管通水冷却四种方法。承台施工主要采用了掺入外加剂调节初凝时间和埋设冷却水管通水冷却两种措施降低内部最高温度。

根据承台混凝土方量和浇筑能力，判断浇筑持续时间约为36h，施工时，通过调节混凝土外加剂组分，适当增加缓凝剂，混凝土的初凝时间调节至20～23h左右。

通水冷却是浇筑后控制混凝土内部温度的常用方法，其效果的影响因素主要有布置间距、入水口温度、通水流量等。承台施工冷却水管设置的参数如下：

（1）材料采用φ42×4mm黑铁管，为方便操作，采用相邻两层平行布置的方式；

（2）冷却水管水平方向和竖直方向布置间距均为0.8m，单根冷却管长度为250m，进出水口之间设置水箱形成闭合循环系统；

（3）管内通水流量为3m3/h，流速为92cm/s（管内临界流速为29.5cm/s），相邻两层管内水流方向相反；

（4）入水口水温与混凝土内部温度之差不超过20℃，温升阶段，入水口水温应在上述范围内，尽量降低入水口水温，确保温降效果，温降阶段，循环水自然循环冷却，防止降温过快。

3.3 表面保温

混凝土表面采取能够减缓散热的保温措施，适当提高表面温度，减小内外温差，也利于降温速率的控制。承台浇筑后，先在表层覆盖一层塑料薄膜，塑料薄膜上再覆盖两层土工布作为保温材料。

3.4 水化热分析

根据现场温度监控记录，混凝土内部出现最高温度为73.1℃，出现时间为混凝土浇筑完成后29h。从整个温度变化过程分析，温度上升阶段，分析计算的结果与实际观测的结果基本相同；温度下降阶段，计算温降速率为8℃/d，实际监控的温降速率为4℃/d，其原因主要为温降阶段，循环水温不再人工控制，实际循环水温均高于40℃。

以下几种因素可以帮助混凝土抗裂性能的提高：

（1）混凝土配合比中掺入了粉煤灰和矿粉，能够有效提高混凝土的抗裂性能，具体掺量根据所用原材料试配，本项目所用掺量占胶凝材料23%；

（2）28d 混凝土强度为39.4MPa，现场同条件养护试块中，最低强度为38.5MPa，实际的强度比设计强度高，抗裂性好；

（3）周边设置设计钢筋网片。

上述因素作为安全储备，在进行混凝土的温度应力分析时不予考虑，计算所得的混凝土抗裂性安全系数以不小于1进行控制。21#墩承台拆模后，表面未发现裂缝，说明这样考虑安全系数是足够的。

3.5 温度监控

工程实践中，水化热模拟分析计算的参数无法一一取得，在计算时，很多参数均依据规范取平均值或经验参数，这就造成了计算结果的偏差，无法完全通过理论分析去判断混凝土浇筑后的内外温度的变化情况。为了检查混凝土内部的温度变化情况，动态调整和改进温控措施，应进行温控监测。

项目购置了TD-3 大体积混凝土测温仪，其测温范围为-55℃～+125 ℃，测量精度为±0.3℃，分辨率为0.1℃。测温点分上、中、下三层布置，布置时均布置在两排冷却管正中间，上、下层测温点布置在承台钢筋内侧。

温升阶段及初期温将阶段，混凝土内部温度变化较快，也是防裂安全系数最低的时间段，观测频率较高；温降阶段稳定阶段，逐渐降低观测频率。承台施工的观测频率为：0～3d，每2h测一次；3～7d，每4～6h测一次；7d以后，每12h测一次。当混凝土内部最高温度与环境最低温度差值不超过25℃时，停止观测。

4.施工组织措施

大体积混凝土从浇筑准备至浇筑后的温度监控，持续时间较长，要切实保证施工质量，只重视原材料和温度的控制是不够的，过程中还应注意施工组织的保证。

（1）切实保证混凝土浇筑过程的连续进行，备料充足，配备足够的罐车、泵车，提前检验搅拌机工作性能等；

（2）加强施工管理，混凝土布料均匀，振捣到位，缩短分层布料的相邻两层间的时间间隔，避免上层布料时，下层混凝土已初凝的情况出现；

（3）混凝土浇筑持续时间很长，应配备足够的施工人员，轮班施工，换班时，做好工作交接；

（4）加强混凝土浇筑完成后的保温、保湿养护。

5.结束语

合江长江公路大桥21#主墩承台施工，在原材的选择、浇筑温度的控制、表面的保温措施及内部降温措施等施工控制方面均采用常规方案实施，简单易行，经济合理。承台浇筑完成后，质量良好，无裂纹现象。一次性完成4.5m厚承台的浇筑，相比于分次浇筑节省工期，为今后减少大体积混凝土浇筑层数、加快施工进度提供了可借鉴的经验。