跨海大桥高标号大体积混凝土温控技术

曾浩

摘 要：高墩、大跨度桥梁的发展给承台施工技术带来很大的挑战，高墩、大跨度桥梁承台体积大，如果承台混凝土施工过程中温控措施不到位，则会产生多种有害裂缝，直接影响承台施工质量。文章以平潭海峡公铁两用跨海大桥最先竣工的B26#墩承台大体积温控施工为例，阐述了大体积混凝土施工温控的关键技术及其理论计算与实际量测的数据的对比，结果表明该技术对大体积承台施工有较好的借鉴意义。

关键词：承台 大体积 温控 技术

1.工程概况

平潭海峡公铁两用跨海大桥B26#墩承台外观为带圆角的高墩承台，平面尺寸为30.6m×14.2m，厚度5.0m，封底混凝土厚度为2.0m。承台采用钢吊箱施工，分2层浇筑，第一次浇筑2m，第二次浇筑3m，设计砼方量2163m3。承台混凝土为海工混凝土，设计标号为C50，封底混凝土设计标号为C25。该承台浇筑方量大、混凝土标号高、长宽比大（长宽比大于2：1），开裂风险较大。为防止承台产生裂缝，保证桥梁使用寿命，需对承台大体积混凝土结构进行合理的温控设计并制定相应的温控方案。

2.温度应力仿真计算

2.1环境气温条件

桥址所在地福州市平潭县属于亚热带海洋季风气候，全年冬短夏长，多年平均气温为16～20℃；最冷时期为1～2月，最热时期为7～8月，26#承台大体积混凝土浇筑时间为2015年1月份，平均气温为9～14℃。

2.2浇筑温度计算

2.2.1估算混凝土出机口温度

根据《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1- 2010，附录D）计算混凝土出搅拌机口时的温度。依据当地气象资料和原材料温度的经验数据，计算得到混凝土出搅拌机口时的温度预估值约为20.3℃。

2.2.2混凝土浇筑温度计算

根据现场的施工工况，按照混凝土搅拌船泵送距离50m、振捣时间1min，计算混凝土泵送和浇筑过程中的温升，计算结果的温升约为0.4～0.8℃（现场实测温升为0.3-1.6℃）。则1月施工混凝土浇筑温度约为19.8～21.1℃，仿真计算时浇筑温度取为21.0℃。

2.3模型参数

26#承台外观为圆角矩形，平面尺寸为30.6m×14.2m，厚度5.0m。承台分2层浇筑，分层高度为2.0m+3.0m，封底厚度2m。承台设计为对称结构，为简化计算，取1/4承台混凝土建立计算模型，进行温度应力计算。

2.4仿真计算结果

2.4.1温度计算结果

按照上述的设定条件，计算结果为：承台第一次浇筑后内部最高温度值为60.7℃，承台第二次浇筑后内部最高温度计算值为65.8℃，均符合《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）对混凝土温升不宜大于50℃的规定。浇筑后第2天达到内部温度峰值，承台内部最高温度包络图见图1。

2.4.2应力计算结果汇总

混凝土早期由于内表温差引起表面拉应力，后期由于基础温差引起内部拉应力。构件混凝土早期（3d）应力发展较快，集中于构件表面，表现为拉应力；7d后有部分应力向构件内部转移并逐渐发展至稳定水平。

承台各龄期最小抗裂安全系数为1.54，安全系数≥1.4，符合安全系数设计要求。开裂风险点在于：

1）承台第一层后期，由于收缩和基础约束产生的内部拉应力较大；

2）承台第二层，因为内表温差产生的表面拉应力较大；

3）计算浇筑间隔期为7d，应注意避免浇筑间隔期过长，引起基础约束过大。

3.承台大体积混凝土温控措施

3.1温控目标

混凝土温度控制的目标是使大体积混凝土内部的温度场变化按照预定的目标发展，具体可分为：

1）降低混凝土最高温度和水化热温升；

2）降低内外温差，使混凝土内温度分布尽量均匀，并控制其温度梯度在允许范围内；

3）控制基础温差，以防止混凝土可能出现的贯穿性裂缝；

4）控制上下层温差，以防止混凝土可能出现的层间裂缝。

3.2冷却水管的使用与控制

冷却水管采用Φ40×2.5mm的铁皮管。26#承台第一浇筑层布设2层冷却管，第二浇筑层布设3层冷却管，共5层；冷却管水平间距为80cm，垂直间距为60～70cm，距混凝土表面/侧面为70～90cm；单层3套水管，每套管长不超过200m。

考虑降温效果，采用直取海水冷却。用分水器集中控制各套冷却管中通水流量，分水器设置4个分水阀，通过分水阀门的控制可以实现冷却水的换向，通水养护要求见表1。

3.3养护控制

混凝土养护包括湿度和温度两个方面，26#承台于1月份浇筑，气温较低，应注重保温防止降温过快。在上表面混凝土初凝并凿毛或收面后加盖复合土工布保温保湿养护至少14d。

3.4现场监测

3.4.1监测内容

温度监测主要内容包括混凝土温度场测量和环境体系温度测量。

3.4.2监测要求

1）承台混凝土温度测量：浇筑过程中及水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段五天内，每4h测量一次，之后每天早中晚各测量1次。

2）气温测量：与混凝土温度同步量测。

3）冷却水温度测量：与混凝土温度测量同步。

3.4.3监测异常的应对措施

根据温控施工内容和施工工艺，对工程的质量风险进行辨识，并制定有针对性的预防措施，见表2。

4.温控结果分析

26#承台混凝土浇筑后的一周内，每间隔2小时对混凝土温度作了详细记录并汇总，结果如下：第一、二层混凝土于40h-72h（即浇筑后的2-3天）期间达到温峰。第一层混凝土测点监测到的最大温度为65.9℃，最高断面平均温度63.8℃，最大内表温差21.2℃；第二层混凝土测点监测到的最大温度为67.4℃，最高断面平均温度64.9℃，最大内表温差20.9℃；温峰过后早期降温较快，降温速率在3-3.5℃/d范围内，后期降温在1-2℃/d范围内，约8天左右内部温度趋近平稳，最高温为36.1℃左右。

5.结论

从监测数据来看，本温控设计能满足施工要求。在大体积混凝土施工中，通过加强混凝土质量控制，优化混凝土配合比，同时合理布置冷却管，加强后期承台混凝土的养护等温控措施，将大体积混凝土开裂的风险降至最低，保证了承台施工质量，为后续大体积混凝土施工提供技术保障。

参考文献：

[1]铁路混凝土工程施工技术指南[S].铁路建设（2010）241.

[2]水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程[S].JTS 202-1-2010.endprint