悬索桥锚碇基础大体积混凝土温控技术

宋博文

【摘要】为减轻或避免大体积混凝土温度裂缝，基于混凝土物理特性、热学性能试验，采用有限元软件Midas FEA建立悬索桥锚碇大体积混凝土仿真模型，提取内部温度分布以及应力状态，并以计算结果为依据提出了温控标准和应对措施。通过温度检测及控制措施，有效的预防了温度裂缝，圆满完成了大体积混凝土温度检测控制，总结了大体积混凝土温控技术及施工经验，为桥梁大体积混凝土温度监测控制提供了参考经验。

【关键词】悬索桥锚碇；大体积混凝土；温差控制；预防温度裂缝

1. 工程概况

锚碇基础采用现浇扩大基础形式，基坑开挖深度约10～40m，基底持力层为微风化砂质泥岩，单轴饱和抗压强度不小于4.8MPa。基础平面尺寸为63m×58.2m，高度22m。

2. 控制原理及计算参数

悬索桥基础大体积混凝土施工的特点是：

① 施工周期长，要经历一年中最高温和最低温季节；

② 结构尺寸长，浇筑方量大；

③ 采用泵送混凝土，施工用配合比中胶凝材料用量大，水化反应放热量大、升温快，易因温差产生裂缝。

混凝土的凝结硬化和形成强度是混凝土胶凝材料发生水化反应的产物。对大体积混凝土而言，干缩和温度应力是导致混凝土开裂的主导因素。由于水化放热作用，大体积混凝土结硬过程中，混凝土将经历缓冲期、升温期、降温期和稳定期四个阶段，由于入模时间以及对应的边界条件的不同，混凝土块体所处的状态不同、温度也有所不同，这就导致混凝土体积变化并不同步。混凝土体积变化不同步时，体积变化不同步的混凝土就会由于相互之间的约束作用而产生温度应力，当该应力超过混凝土当前的极限抗拉强度时，混凝土就会开裂。因此控制大体积混凝土温度控制工作的主要控制目标是控制混凝土的内外温差（内表温差）及混凝土表面与大气温度的温差（气表温差）。

锚碇基础构造尺寸大，锚碇基础采用抗渗等级W6 的C30 混凝土，对锚碇基础大体积混凝土进行温控计算，混凝土配合比见表1.1。

3. 温控标准及混凝土温度主控因素

3.1温控标准

混凝土温度控制的原则是：（1）尽量延缓最高温度出现时间并尽量抑制混凝土的升温幅度及速率；（2）减缓混凝土降温阶段的降温速率；（3）降低混凝土内表温差、新老混凝土之间的温差；（4）控制混凝土气表温差。

温度控制的具体实施细则需根据环境条件、混凝土入模温度、结构尺寸、混凝土浇筑顺序、边界条件、混凝土配合比等具体因素制定。

3.2控制大体积混凝土温度的主控因素有：

1） 混凝土配合比

混凝土水化熱以及温度主要取决于混凝土配合比中胶凝材料的用量，混凝土配合比中水泥用量的增加会急剧增加大体积混凝土的峰值温度。

2） 混凝土分层分块情况

混凝土分层分块情况对浇筑后内部核心温度也有着重要影响。混凝土长、宽尺寸对混凝土内部核心温度有所影响，但当长、宽尺寸超过一定范围后对内部核心温度的影响就变得十分微弱，影响内部核心温度的关键因素是混凝土的分层厚度。

3） 入模温度

混凝土入模温度对混凝土的初凝时间、开始升温时间及峰值温度有着直接影响。在夏季施工过程中混凝土入模温度会随之升高，入模温度增加的同时混凝土核心温度也会随之增加，通水降温时间亦随之延长。

4） 通水降温情况

通水降温是混凝土浇筑完成后控制混凝土峰值温度及调节降温速率的重要手段。

4. 温控监测

在混凝土入模前将传感器埋置于预定位置，并将屏蔽信号线连接并集中至方便测量处，传感测头最好采用角钢保护，以保证测量数据数据可靠性；各项测试工作在混凝土入模后开始，按照预定数据采集计划进行。混凝土的温度测试，混凝土浇筑完后，白天每隔4小时监测一次温度，夜晚每隔6小时监测一次温度。温度每测一次，都要对数据进行整理分析。温度每测一次，都要对数据进行整理分析。直到温度变化基本稳定。在混凝土温度降低阶段，为防止温度降低过快，需合理控制水冷管流量。具体的冷水管的通水情况由现场的实测温度而定。

4.1温控监测主要内容

A.测量混凝土入模前的温度

①测得混凝土入模前的温度。

②再次检查温度传感器是否完好，同时可以发现是否在埋设过程中破坏了传感器。

③及早发现损坏的传感器，并做好标记，减少以后不必要的测量。

B.混凝土浇筑后对混凝土的温度监测

①对埋设的温度传感器的测量。

②冷却管进水口、出水口的水温测量。

③同步进行的大气温度的测量。

5. 温控成果总结

1） 混凝土配合比

施工期间由于道路条件限制更换了一次混凝土供应厂商，并更换过一次混凝土配合比。混凝土配合比中水泥用量的增加会急剧增加大体积混凝土的峰值温度。大体积混凝土配合比中水泥用量应尽量低于200kg。并且不易使用早强水泥。

2） 混凝土分层分块情况

混凝土长、宽尺寸对混凝土内部核心温度有所影响，但当长、宽尺寸超过一定范围后对内部核心温度的影响就变得十分微弱，影响内部核心温度的关键因素是混凝土的分层厚度，因此需要控制混凝土分块尺寸，当分块尺寸过大时难以避免时，应在混凝土表面增设防裂钢筋网片。

3） 入模温度

在夏季施工过程中混凝土入模温度会随之升高，温控计算过程中假定混凝土入模温度为24℃，实际施工过程中发现入模温度每增加将使混凝土迅速升温的时间节点提前。入模温度增加也会导致混凝土核心峰值温度随之增加。通水降温时间亦随之延长。

4） 通水降温情况

实际温控工作中发现，通水降温对于控制混凝土核心峰值温度有明显作用。在混凝土进入降温区段后，通水降温有助于调节混凝土降温速率。在通水降温后期（浇筑完成80小时后），调节通水量控制降温速率的效果将会有所削弱。

冬季施工时，进行顶面关水养护过程中，浇筑后混凝土表面保温效果显著。但随着出水口水温的降低，表面温度将会迅速降低，此时应采取覆盖保温措施。

6. 结语

大体积混凝土温控的主要目标是控制混凝土内外温差。在混凝土早龄期，混凝土由于内外温差的影响温度应力将会增大，此时混凝土尚未形成强度，在此期间若控制措施不充分极易引起混凝土裂缝。因此应在混凝土龄期小于7d时期加强养护，特别是混凝土表面保温及养护。2d-5d是预防混凝土开裂的关键时期，7d以后时期混凝土以具备一定强度，并且此时混凝土内外温差逐渐减小，混凝土开裂风险随之降低。

大体积混凝土温度控制主要以控制混凝土配合比、控制混凝土入模温度、控制混凝土表面保温、控制混凝土内部通水降温四方面入手。施工过程中应从控制混凝土配合比中胶凝材料用量入手，同时控制混凝土浇筑时的入模温度。浇筑完成后加强混凝土表面保温及养护，再通过通水降温控制混凝土峰值温度、调节混凝土进入降温区间后的降温速率。确保温控标准严格执行，预防大体积温度裂裂缝产生。