贵州鸭池河特大桥拱座大体积混凝土施工技术

孙慧卿

摘要：大体积混凝土的温度应力受到多方面因素的共同影响，包括其具体的结构形式、施工技术、施工流程、材料特性等。大体积混凝土结构温度控制和防止裂缝的措施是施工中的重要课题。文章结合成贵铁路贵州鸭池河特大桥施工实例，介绍了拱座大体积混凝土施工步骤、工艺流程及注意事项。

关键词：桥梁建设；桥梁拱座；大体积混凝土施工技术；温度控制；裂纹控制 文献标识码：A

中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2016）12-0098-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.046

1 贵州鸭池河特大桥工程概况

成贵铁路贵州鸭池河特大桥起终点里程为：DK472+050.600～DK473+021.600，桥梁全长971m，跨径布置为：8×32.7m简支箱梁+（32.7+2×61.75）m T构梁+（1×436）m中承式钢-混结合拱桥+（2×61.75+32.7）m T构梁+2×24.7m简支箱梁。主桥为（1×436）m中承式钢-混结合拱桥，拱肋采用钢-混结合拱方案。拱座编号为10#（成都侧）、11#（贵阳侧），主桥拱座为整体嵌岩基础，拱座基础尺寸分别为60.0m×28.5m×高30.2m（成都侧）、50.0m×28.5m×高26.2m（贵阳侧），拱座混凝土单个体积达2.31万m3。

2 施工工艺流程

10#拱座混凝土分14次进行浇筑，11#拱座混凝土分13次进行浇筑，施工最大分块厚度分别为7.5m、3.5m，拱座浇筑分节见图1、图2，根据施工工序划分如图3工序步骤。

3 大体积混凝土质量标准及施工温控措施

大体积混凝土的温度应力受到多方面因素的共同影响，包括其具体的结构形式、施工技术、施工流程、材料特性等。基于上述情况，大体积混凝土的质量标准及施工温控措施应从以下方面进行控制：

3.1 混凝土质量要求及配合比设计

3.1.1 混凝土质量要求。

强度：设计为C35级

坍落度：18～22cm

初凝时间：10h以上

分层混凝土间隔浇注时间：<7h

3.1.2 混凝土配合比设计。为保证大体积混凝土的整体质量符合设计要求，在施工过程中应从实际情况出发，选择较水热化品种的混凝土，如果施工过程中采用普通硅酸盐混凝土，则需要进行完整的水热化试验之后才可投入实际使用。缓凝型外加剂以及粉煤灰的应用可有效降低水热化水平并降低混凝土的用量：（1）用低碱水泥，降低混凝土在凝结过程中产生的水化热；（2）选用性能良好的骨料，提高混凝土自身抗裂強度；（3）用掺高效缓凝减水剂及粉煤灰的“双掺技术”；（4）拌和用水采用符合现行国家标准的用水；（5）混凝土在混凝土工厂拌制，再由混凝土输送泵传输到施工现场以备使用；（6）混凝土搅拌制作之前，需要对骨料中的含水率进行细致的测定，严格按照相关部门提供的配比方案确定配合比，保证混凝土能够符合实际使用要求和安全施工规范；（7）配置混凝土拌和物时，所使用的称料衡器应经过检验校正；（8）采取措施控制混凝土拌制温度。气温条件是我们拌制混凝土过程中必须重点关注的问题。

3.2 混凝土搅拌

混凝土搅拌工艺要求：

3.2.1 投料顺序。在对混凝土用量和骨料用量进行统计之后，应进行细骨料、混凝土和掺和料的投放，按照操作规章对其搅拌并形成初步的砂浆，然后逐步投入粗骨料，经过充分搅拌后继续加入外加剂，并进行进一步的搅拌，通常情况下每一阶段的搅拌时间应不小于30s，总搅拌时间应在2min以上。应该重点强调的是，总搅拌时间如超过3min也同样会对混凝土的整体形成产生负面影响。

3.2.2 搅拌过程中，必须严格按照混凝土材料配比清单进行配比，并通过挂牌公布的方式为检验工作的开展提供必要的支持和方便。

3.2.3 料含水率测试。在进行混凝土的搅拌工作之前，必须对所使用骨料的含水量进行严格测定，并从施工场地的实际气候条件出发进行及时的调整。

3.2.4 塌落度测试。在具体的混凝土搅拌过程中，必须对其塌落度进行测试，这是保证混凝土整体性能符合使用要求的必然选择，其测定值和配比规定的偏差值应控制在20mm之间。

3.2.5 季节施工。

夏季施工：夏季施工由于气温普遍较高，因此通常情况下浇筑温度不得超过30℃，并采用遮阳棚等手段对骨料保存工作加以完善，有效降低拌合物温度并保证其浇筑温度符合规定。

冬季施工：热工计算是我们在冬季进行混凝土搅拌工作之前所必须预先进行的一项工作，同时搅拌用水和骨料都需要经过预热后才能够投入使用。拌合物的预热可通过添加热水的方式来进行，但是在实际的施工过程中所添加的热水温度不宜超过80℃。如此方法无法使骨料等达到规定要求，也可适度进行加温处理，但是掺和料、水泥以及外加剂只能通过暖棚自行保温，而不可采用此方法进行处理。

3.3 混凝土运输

混凝土输送车是保证混凝土运输过程中整体性能保持稳定的必然要求，同样也是当前技术水平下保证浇筑工作持续性的有效途径。拌合物运输要求包括保证坍落度符合要求、不产生明显离析现象、含气量在浇筑之前始终符合相关设计标准。

3.4 混凝土浇筑

单个拱座混凝土浇筑时布置1台天泵或2台地泵，底层浇筑时增加若干溜槽，每个下料点均安排4台D50型振动棒进行砼振捣，每台振动棒配2人。根据本工程混凝土拌和站生产能力、混凝土初凝时间、单次混凝土浇筑方量等因素，10#拱座第2层～14层，11#拱座第3层～13层混凝土浇筑方式采用推移式连续浇筑施工。每层开始浇筑时在3～5m长度区段内混凝土分层浇筑至高度1.75m，浇筑混凝土分层厚度为30～50cm，按照30～50cm向远端斜向推进浇筑，斜向推进厚度不大于50cm，斜向推进过程中要确保混凝土振捣密实，推移式连续浇筑施工方式如图4所示：

3.5 冷却水管的布置

3.5.1 冷却循环水水量计算。由砼的收缩应力计算公式得知，要降低收缩应力，主要是要降低养护期间的温差ΔT，如能降低入模温度和绝热温升即能有效地降低ΔT的计算值。降低入模温度的措施为：采用冰水拌合和对粗骨料遮盖，使少吸收太阳热能。而要降低绝热温升，只能用冷却水带走砼的水化热。

已知水的比热为：Cw=4.2×103（J/kg·k）

砼的比热为：Cc=0.92×103（J/kg·k）

从上面的计算，如果将ΔT降低10℃则很安全。收缩应力不会大于砼的抗拉强度。

设一次浇筑方量为：V1=1080m3，间隔7天后浇筑第二层，第二层方量亦为V2=4758m3，需将1080m?的砼绝热温升降低10℃。

需要的水量为：1080×2400×10×0.92=V×1000×4.20×10

V=1080×2400×10×0.92/1000×4.2×10=568m3水，即需要568.0m?水。

当冷却水管进出水温差为10℃时，需冷却水为568m3，而第二次浇筑后V=1080+4758=5838.0m3，则需要冷却水量为2501m3/24h。

设高位水池在大气压力作用下，管嘴恒定出流静水压力高度为1.5m，流量Q。

3.5.2 冷却水管布置。冷却水供水由高位水池供水，高位水池高程约1008m与拱座底面高程966.5m高差为：41.5m，高位水池的补给水从鸭池河用两台口径为150的水泵抽水补给。冷却水供水主管为DN50×3.5，各层冷却水管选用DN32×3镀锌管。各层冷却水管安装以后，应作水压试压，以确保冷却水管不渗漏。拱座基础冷却水管共20层，各层之间的高度均小于1.5m。应保证混凝土表面和冷却管之间有40～60cm的距离。冷却水管网的排列应严格按照冷却水从热区流向边缘区的原则，并保证出水口在边缘区的顶端，进水管在混凝土底层中心位置。每层水管网的进、出水口相互错开。冷却水管采用壁厚1.2mm、直径Φ50mm的薄壁钢管。冷却水管垂直间距和水平间距均为1.5m。

3.6 冷却水管的布置要求

为保证大体积混凝土不出现裂缝，必须控制混凝土的内外温差，即对外部混凝土加地膜覆盖，对内部混凝土埋设冷却水管，通过循环水散热，降低内部混凝土温度。冷却水通水养护时间应符合设计及相关规范要求，并根据现场测量结果进行适当调整。

3.6.1 为保证混凝土凝固过程中内部的水热化水平始终处于可控状态，因此应采用冷却水管道来为拱座混凝土进行降温处理。

3.6.2 冷却水管网的排列应严格按照冷却水从热区流向边缘区的原则，并保证出水口在边缘区的顶端，进水管在混凝土底层中心位置，每层水管网的进、出水口相互错开。

3.6.3 冷却水管采用壁厚1.2mm、内径Φ50mm的薄壁钢管。冷却水管垂直间距和水平间距均为1.5m，进水口设有调节流量的水阀，冷却水管接头采用标准的成品接头。

3.6.4 冷却水管的布网过程中必须保证拱座主筋和水管之间有一定的距离，如果在局部布网施工过程中难以保证，可从实际情况出发适当地调整水管的位置，以保证两者之间的相对位置。

3.6.5 为了保证水管变形等因素导致的漏水现象，水管布网的过程中必须和周围的钢筋骨架进行牢固的绑扎。

3.6.6 完成布网施工操作之后，应进行通水测试，保证水管能够顺畅的输水。

3.6.7 将水管网分区分层编号，将进、出水管进行编号并登记。

3.7 测温管的埋设

温度测量装置在拱座混凝土中的设置，可为混凝土内部温度的监控和后续的养护工作的开展提供必要的数据支持。

测温管法。选择混凝土内具有典型代表意义的位置进行测温管的布設，布设过程中应保证测温点和周围边缘等距，同时测点距离底板四周边缘要大于1m。浇筑层顶面应低于测温管管口20cm。

在测温管的布设过程中尤其应该注意和冷却管之间的距离，并进行严格的绑扎固定，其具体的布置图如图5所示：

3.8 混凝土养护及测温监控

3.8.1 混凝土养护。完成主体构件建筑并进行抹面收浆处理之后，则进入养护阶段。通常情况下当前施工中采用保温蓄热法：最终凝固之后，应按照养护施工要求，在表面覆盖两层麻袋，并相互错开，保证搭接，从而避免空气影响混凝土外表的硬化时间，形成完整的保温层，保证其表面水分适中。

3.8.2 通水冷却。（1）当埋设好冷却管并进行捣固操作之后，混凝土初步凝固就要进行降温处理，开始通水冷却；（2）通常情况下，应按照进出口水温保持在6℃以内的标准来控制冷水的流量，一般在国内施工环境下流量应控制在1.2～1.5m3/h；（3）为了最大限度地规避由于内外温度差异而导致的混凝土整体质量下降问题，冷却管进水部分的温度应进行及时的调整，如果施工环境特殊的话，可每天更换进出水口。更换进出水口的过程中不可同时停水更换，以避免混凝土内部温度快速增加。

3.8.3 测温监控。

第一，对内部温度进行及时的监控，发现问题及时处理。（1）测温时间：当混凝土浇筑面超过测温点之后，马上开始对温度的测量，于内外温差低于20℃之后停止测量；（2）测温频率：上升阶段应保证1次/2h的测量频率，当温度进入下降阶段之后，测量频率以1次/4h为宜。测量过程中应对大气温度给予同步测量；（3）根据所掌握温度的统计和计算来确定最终的养护措施。通常情况下可通过对冷却水温度和流量的调整来对混凝土内部温度进行调整。表层温度的控制则通过覆盖物的调整来实现；（4）对混凝土上升阶段的温度情况进行及时的测量，并对其达到峰值所使用的时间进行准确的记录。对冷却水管的进出口温度进行定期测量并记录，以此为基础完成混凝土内部温度变化曲线，判断冷却水用量、蓄热养护时间等关键养护数据。

第二，水流监控。（1）正如上文中所介绍的，冷却水流量对于混凝土内部温度有着直接而客观的影响，所以我们对其流速、流量的控制以及进出口水温监控都是我们日常养护工作的重点；（2）水流量监控频率应和混凝土温度监控频率保持一致。

4 结语

大体积混凝土的温度应力受到多方面因素的共同影响，包括其具体的结构形式、施工技术、施工流程、材料特性等。作为当前阶段应用较为广泛的一种大体积混凝土施工中的温控措施，“内降外保”可取得较好的效果。冷却水降温是高温度季节养护混凝土的有效手段，而在低温度季节的施工，尤其是寒潮时期的混凝土养护工作，则应通过表面覆盖保温设备的方式降低其温度丧失速度。通过“内降外保”措施防止因内外温差过大所产生的温度应力使混凝土开裂。大体积混凝土结构温度控制和防止裂缝的措施是施工中的重要课题，本文结合成贵铁路贵州鸭池河特大桥施工实例，详细介绍了拱座大体积混凝土施工步骤、工艺流程及注意事项，为其他类似工程施工提供借鉴，具有重要的实际意义。

参考文献

[1] 大体积混凝土施工规范（GB 50496-2009）[S].

[2] 铁路混凝土工程施工质量验收标准（TB10424-2010）[S].

[3] 高速铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB10752-2010）[S].

[4] 铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）[S].

[5] 混凝土结构工程施工规范（GB 50666-2011）[S].

[6] 成贵铁路五标贵州鸭池河特大桥实施性施工组织设计[S].

（责任编辑：小 燕）