大体积承台温度裂缝控制施工

祝启峰

摘要：大体积混凝土往往出现裂纹，本文主要介绍黄大铁路黄河特大桥119#墩大体积混凝土承台施工过程中所采取的温度控制措施，并通过实测数据、新型工艺的使用，拆模后得到了较理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大体积混凝土的温度裂缝的产生。

Abstract： Cracks often appear on mass concrete . This paper mainly introduces the temperature control measures in the construction of the 119 # pier yellow big railway 119 # pier of the bulky concrete cap of Haungda Railway Yellow River grand bridge. Through the measured data and the use of new technology， the ideal effect is obtained after form removal. The measures taken are effective， and the temperature cracks of mass concrete are controlled.

关键词：大体积；混凝土；温度裂缝控制

Key words： mass；concrete；temperature crack control

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）08-0138-04

0 引言

由于水泥具有水化热的性质，混凝土在浇筑后的降温期阶段，容易产生温度裂缝。本文介绍的大体积混凝土承台施工过程中所采取的温度控制措施，通过实测数据、新型工艺的使用，拆模后得到了较理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大体积混凝土的温度裂缝的产生。

1 工程概况

东营黄大铁路黄河特大桥主桥设计为：一联120+4×180+120m连续钢桁梁桥。全线均为钻孔灌注桩基础，桩基承台，墩身采用圆端型实体桥墩，上部结构为下承式钢桁梁。主桥119号墩承台位于黄河岸滩上，其下布设了20根直径1.8m，长度为75m的钻孔灌注桩。结构尺寸为22m（横桥向）×17.25m（顺桥向）×3.6m（厚度），混凝土等级为C35。

根据设计要求，整个承台一次性浇筑，混凝土浇筑量为1366m3。

利津在大地构造单元上属华北台地内的辽冀向斜中的济阳坳陷，南以齐河～广饶大断裂为界，北有临邑～东营断裂、陵县～庆云～渤海农场等断裂，断裂主要构造先为北东至北北东，从滨州至黄河入海段，其次一级构造单元可分为：滨县凸起，东营凹陷，陈家庄凸起。

桥址范围内地形平缓开阔，根据钻探揭示地表以下80m范围内，地层以粉质黏土、粉土为主，没有良好的天然基础持力层，基础类型采用钻孔灌注桩比较适宜，桩尖持力层宜在第四层上更新统海陆交互沉积（Q3mc）或第五层中更新统海陆交互沉积（Q2mc）的粉质粘土、粉土、粉细砂层中。

2 大体积混凝土承台温度裂缝理论分析及温控标准

2.1 温度裂缝理论分析

水泥在使用过程中会发生水化反应，产生水化热，混凝土在浇筑后先升温，再降温，最后温度会维持在一个相对稳定的状态。水泥升温时发生水化反应，所产生的水化热聚集在混凝土内部不易挥发，形成温度差。混凝土在内外温差的作用下，内部会产生压应力，外部产生拉应力。如果外部拉应力大于相应龄期的容许拉应力，就会使混凝土表面开裂。混凝土降温时，新浇筑的混凝土受到封底混凝土、内部钢筋以及桩头约束而无法自由伸缩，此时的弹性模量相对较低。当降温幅度超过混凝土的承受力时，混凝土内部就会出现温度拉应力，如果这个拉应力大于相应龄期的容许拉应力，混凝土表面就会形成温度裂缝，只有严格控制降温梯度，才能防止温度裂缝形成。通过模型分析，经过130H的养护，达到最大绝热温升47℃，最大应力为1.4MPa，满足混凝土抗拉强度设计值。分析如图1所示。

2.2 温度控制标准

119号墩承台混凝土入模时测得的温度是25℃，综合考虑混凝土入模温度、水泥水化热在混凝土内部的聚集程度、现场通水散热情况及养护条件，结合相关规范要求，特制定了以下的混凝土温度控制标准：①混凝土的入模温度不宜超过28℃；②养护期间混凝土内部最高温度不得超过65℃；③养护时混凝土内表温差不得超过25℃，表面温度与环境温度相差不得超过20℃；④单根散热管进水口和出水口温差不得超过6℃；⑤拆模时混凝土内表温差不得超过20℃；⑥混凝土的最大降温速率不得超过2℃/d。

3 大体积混凝土承台温度控制措施

本桥位处水质具有较强腐蚀性，控制混凝土裂缝对结构的耐久性至关重要。本桥实体墩原设计中，只在表面设置一层小直径护面钢筋，且钢筋保护层厚度大（净保护层7cm）。根据以往工程实例，此类型实体墩身中容易出现裂缝及表面龟裂。

通过解析大体积混凝土裂缝成因，为了严格控制混凝土温度，避免混凝土浇筑成形及养护时期产生温度裂缝，本工程主要从水泥水化反应阶段、混凝土入模、拆模及养护阶段进行严格的温度控制，全力确保承台内外温差不超过25℃，通过温度控制确保混凝土成形良好。

3.1 混凝土的配合比设计

为了保证混凝土具有良好的泵送、防腐及抗冻性能，同时避免水泥水化热大量聚集，在配比时用等比例的粉煤灰取代了同比例的水泥，同时按配比添加了高效缓凝减水剂，减少掺水量，控制水灰比，以确保混凝土具有良好的和易性，使混凝土温度峰值出现的时间延后，从而提高相应龄期的容许拉应力。

精选原材料：水泥选用P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰选用一级粉煤灰。

经过试配实验，最终确定表1和表2所示的混凝土配比及性能指标。

墩身混凝土标号为C45，为了降低大体积墩身的水化热，不断优化配合比。在保证混凝土强度的条件下，降低水灰比、用等比例的粉煤灰替代相应比例的水泥、添加高效缓凝减水剂、提高混凝土和易性，并在施工中严格控制原材料的进场质量。实际采用的配合比见表3。

3.2 合理的布置散热管以及测温系统

3.2.1 散热管的布置

冷却管在一个承台内安装两层，进出口设置在承台中部，第一层冷却管与第二层冷却管交错布置，冷却管直径采用？准60mm的钢管，钢管壁厚为1.5mm。冷却管水平间距1m，竖向间距1.2m，距离承台边分别为75cm及50cm。进出口位置伸出承台50cm，用作外接水管。冷却管的安装要求在同一水平面上，且安装稳固，在混凝土浇筑过程中不会错位移动，以保证冷却管浇注过程中不破坏。冷却管安装完成后，需要进行通水试验，冷却管通水试验时不得有漏水，若有漏水必须进行补焊至通水试验不漏水为止。通水散热完成后，对散热管进行压浆处理。

3.2.2 通水散热的布置

在119#小里程基坑附近放置一个3m3水箱，利用潜水泵完成水循环，两层降温管分别用一个水泵循环。用塑料管连接进水口和出水口，在散热管出水口安装控制流量的阀门。在混凝土浇注到散热管标高时通水12天以上，单根散热管的流量至少达到1.5m3/h，以确保散热良好。

3.3 钢筋绑扎施工

绑扎钢筋要严格按照图纸进行钢筋绑扎。钢筋应使用合格材料，使用前按规定进行抽检。钢筋应平直、无局部弯折，表面应洁净、无油渍、漆皮、鳞锈等污垢。钢筋加工、焊接、安装严格按设计及规范要求进行。

底部三层主筋为Φ25，N1长度2220m（包含两头17cm弯钩），每层115根；N2长度1745cm（包含两头17cm弯钩），每层147根。主筋间距为15cm一道，两层钢筋间竖向间距20cm。

顶层钢筋一层Φ16，N3长度1732.8m（包含两头10.9cm弯钩），共115根；N4长度2207.8cm（包含两头10.9cm弯钩），147根，主筋间距为15cm一道。

四周钢筋为Φ12，竖筋N6长度362.4cm（包含两头8.2cm弯钩）间距15cm一道，共516根；圈筋N5长度2202.4m（包含两头8.2cm弯钩），共36根，间距17cm一道，N7长度1727.4cm（包含两头8.2cm弯钩），共36根。

加台顶层钢筋Φ20，N1长度1511cm，间距12cm，共计132根，N2长度2211cm，间距12cm，共计74根；四周圈筋Φ12，N3长度1602.4cm，间距12cm，共计36根，N4长度902.4cm，间距12cm，共计36根。

钢筋绑扎顺序：底部第一层钢筋绑扎加固、底部第二层钢筋绑扎加固、底部第三层钢筋绑扎加固、四周钢筋绑扎加固、顶层钢筋绑扎加固、加台钢筋绑扎及墩身预埋筋绑扎加固。首先用墨线承台进行测量放样，确定承台轮廓线，在轮廓线上标出纵横钢筋的安装位置，一次绑扎到位。绑扎好第一层钢筋网后，将砼垫块按梅花形垫在钢筋网底部（每平方至少垫4块）。接着绑扎第二层钢筋网片，绑扎好后，也是按梅花形在一、二层网片之间焊一长？准16的支撑钢筋（每100cm焊一个），支撑钢筋焊接成马蹬形式，在中间位置横向焊接一根钢筋，连接马蹬两根钢筋，使之撑起一、二层钢筋网片，在绑扎上层钢筋时人员在其上面行走钢筋不变形即可。侧面每隔1m于主筋外侧梅花形安装混凝土垫块，以保证浇注混凝土时钢筋保护层厚度。要保证每层钢筋网片绑扎的顺直度、间距、保护层及同一截面焊接接头等项目确保合格。

3.4 模板施工

采用定型钢模板施作承台，通过“内拉外撑”加固模板。在钢筋网上布置拉筋（每1m布置一道），拉筋引出模板外用螺栓加固。外部顶撑在模板1.5m高度内布置两道，梅花形设置间距，每0.8m布置一道。此外，模板四周用钢管连接加固，再用20cm×15cm方木支顶于基坑壁，以免在浇筑时模板变形。

模板采用平面模板1000*1000（108块）、平面模板1000*600 （74块）、平面模板1000*1500 （76块）、平面模板500*3000 （8块）、平面模板500*600（8块）、平面模板250*3600 （2块）。

清理模板表面后刷上脱模剂，用橡胶条填补模板缝，防止漏浆。钢筋绑扎以及模板安装完毕，经过专业监理工程师验收合格后方可进行下一步承台混凝土浇注施工。

3.5 混凝土施工

根据《铁路混凝土施工验收补充标准》浇筑混凝土，在浇筑过程中应密切关注以下几个细节：

3.5.1 合理安排浇筑时间

设立气象监测站，实时监测和预报气象变化，不在雨天或大风天施工。施作承台时，宜在一天中温度最低的时段开工，以降低混凝土入模温度。

3.5.2 降低混凝土入模温度

混凝土入模时，应该严格控制混凝土的温度。工地中堆放砂石料场地应设置遮阳棚，用井水拌料，并且在混凝土入模时对泵送管道洒水降温，以降低混凝土入模温度。

3.5.3 合理安排浇筑顺序，以确保砼成形密实且均匀

先浇注承台墩身预埋钢筋处，以该处为基准逐步向两侧分层浇筑，每层浇筑厚为30cm。浇注的同时，用6条插入式振动棒11s～16s的频率同步振捣。振动棒不得贴近侧模，距离太近会扰动模板，因此振捣棒与侧模的间距至少10cm。另外，由于泵送砼因水胶较大，浇筑时可能产生泌水，为了不影响浇筑进度和浇筑质量，应尽快将其清理干净。建议在模板两侧分别开一小孔，出现沁水现象时及时打开小孔排除浮浆，排干净后及时堵塞，以免其干扰浇筑作业。

3.5.4 严格控制混凝土浇筑的结束时间

由于承台面积较大，需要一定的时间进行表面收光。如果在气温较高的正午时段结束浇筑，会导致混凝土表面的水分快速散失，严重时会导致表面开裂。因此，宜在16：00以后完成混凝土的浇筑工作。

3.6 混凝土的养护措施

养护的重点在于混凝土的保温和保湿。保温的措施是在混凝土浇筑成形后用毛毡或土工布覆盖保温，以防混凝土因表面温度快速下降形成温差裂缝。保湿的措施是对混凝土表面适量洒水，以防表面水分快速散失形成收缩裂缝。

3.7 严格控制拆模时间

拆模过早或过晚都不利于混凝土成形。拆模时，首先测量外界气温和混凝土的内部温度，根据内外温差确定何时拆模。所以说，天气变化对于拆模影响是巨大的。一般情况下，内外温差超过20℃时不宜拆模，大风天气也严禁拆模。将模板拆除后，应尽快回填土进行养护（通常是一天内完成），以防基础混凝土表面长时间暴露形成温缩裂缝。

4 温控结果分析

4.1 温度场分析

为了监控承台内部温度，需要在承台的1/4的范围内布设测温点，测温点采用测温绳预埋在承台内部，与钢筋绑扎固定，横桥向间距3.5m布置，顺桥向间距2.5m布置，对角线间距4m布置，竖向长度按照1m、2m、3m间隔布置，共布置9组27条测温线。然后利用仪器测温，并且在养护期间进行不间断的测量混凝土的内部温度，以便控制通水的水流量。

采集数据主要包括不同施工时段的入模温度、每条测温线处混凝土不同龄期的温度、毛毡内的温度、外界气温、散热管进出水处的温度。

图2反映了同一竖直面上不同高度温度场的分布特点，图3反映了布置在承台对角线上竖直距离均为1.8m的温度-时间曲线。

4.2 保温效果分析

根据毛毡内外温度的测量结果（如表4所示）得知，混凝土表面覆盖毛毡后，表面温度在8℃左右，毛毡起到了很好的保温作用。

4.3 冷却水管的降温效果

为了达到控制内外温差的目的，冷却水管中使用的水是温水，按照一定的时间频率测量进出水口的温度，测得了散热管的降温数据（详见表5），发现散热管起到了很好的降温作用。

5 结语

根据测量收集的数据整体解析混凝土的温度变化情况：混凝土入模18h内温度快速上升到10.6℃左右，48h后达到峰值63.2℃，随后温度以1.8℃/d逐步下降，10d后温度相对稳定。从开始浇筑到拆模，共通水散热13d，拆模时外界气温24℃，承台混凝土表面温度31.08℃，中心处最高温度为40℃，内外温差未超过20℃，符合要求。

东营黄大铁路黄河特大桥119号墩大体积承台混凝土浇筑历时11h，浇筑混凝土1366m3。通水散热14d后拆模观察，表面平整光洁，未出现开裂现象，施工措施卓有成效。

①完善的方案，充足的原材料，合理的人员配置和机械配置是完成混凝土浇筑的基本条件。

②大体积混凝土的施工必须从原材料、混凝土的配合比开始控制。

③合理的布置降温系统，严格的施工控制和完善的养护措施是大体积混凝土工程施工成功的关键。

参考文献：

[1]张明爽编.混凝土工程施工技术[M].山西科学技术出版社.

[2]GB50666-2011，混凝土结构工程施工规范[S].

[3]王进编.铁路工程施工[M].中国铁道出版社.

[4]TB10002.5-2005，铁路桥涵地基和基础设计规范[S].