海鸣桥基础大体积混凝土施工方案

文｜广东省建筑工程机械施工有限公司 林顺添

图1 海鸣桥

一、工程概况

海鸣桥为预应力连续梁结构，全桥分两幅布置，共左右两联。主梁为变高度等宽预应力混凝土连续梁。跨度分布为：31.5+65+31.5=128m。墩身为薄壁墩结构，基础采用扩大基础。见图1。

0号、3号桥台为分离式，采用二级承台扩大基础。第一级基础为矩形基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为21.365m（横向）×4.3m（纵向），厚度为1.5m。第二级基础为矩形基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为22.365m（横向）×6.3m（纵向），厚度为1.5m。

1号、2号桥墩为分离式，采用二级扩大基础。第一级基础为矩形基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为18.865m（横向）×5.0m（纵向），厚度为1.5m。第二级基础为矩形基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为20.865m（横向）×8.0m（纵向），厚度为2.2m。

拱肋基础为一级矩形扩大基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为12.0m（横向）×14.5m（纵向），厚度为4.0m。

二、大体积混凝土裂缝出现的原因分析

大体积混凝土施工，是一种较为特殊的施工工艺，在堵多原因的综合作用下，导致混凝土出裂缝，水泥水化热则是混凝土裂缝产生的主要因素。混凝土在入模成型之后，由于水泥水化作用，使混凝土温度迅速升高，根据热胀冷缩原理，升温后的混凝土体积膨胀。混凝土表面与外界接触面大，散热速度快，因此混凝土浇筑初期内部温度比表面温度高得多，内部体积膨胀比表面体积膨胀大，所以混凝土表面形成拉应力，混凝土内部形成压应力。当混凝土水化热温度消退后，由于混凝土表面施工保温养护的原因，内部混凝土降温速度比表面混凝土快，此阶段混凝土表面形成压应力，混凝土内部形成拉应力。混凝土的特性是抗压强度高，而抗拉强度低，不足以承受由温差产生的拉应力，因此出现裂缝。这种裂缝的严重程度与混凝土厚度相关，厚度越大，越容易产生裂缝。按照规范要求，大体积混凝土里表温差不宜大于25℃。

三、扩大基础大体积混凝土施工方案

根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）的定义，混凝土结构物实际最小尺寸不小于1m，称为大体积混凝土。本工程拱肋基础的厚度达到4m，为最不利情况，因此本文以拱肋基础施工作为重点介绍。

拱肋基础为一级扩大基础。基础为矩形基础，C35混凝土，外轮廓平面尺寸为12.0m（横向）×15.35m（纵向），厚度为 4.0m。

拱脚基础计划一次浇筑成型，采用内部铺散热管的方式降低混凝土内外温差。本工以φ40mm普通钢管作为散热管道，分为上、中、下3层布置，散热管层间间距为100cm，水平间距为80cm。用水泵向散热管内注用冷却水。散热管道的布设方式，最终要经过热工计算验证其可行性。注水降温工作结束后，散热管道以注浆方式处理。

1、材料选择

（1）水泥：采用低热硅酸盐水泥，标号为425#。

（2）粗集料：采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1%。

（3）细集料：采用中砂，其细度模数大于2.3，含泥量不大于3%。

（4）粉煤灰：粉煤灰采用外掺法，配比掺入量在10%以内。

（5）外加剂：没有具体要求，一般参照过去在其它工程上的使用经验。

2、混凝土浇筑

（1）在整个平截面范围内水平分层进行浇筑，每层厚度为30cm，并合理安排浇筑层次及顺序，避免出现施工缝。

（2） 浇注砼时，砼垂直运输至结构物处由高处卸落，卸落高度大于2米时，采用导管式滑槽送至砼浇筑面，以防砼发生离析。

（3） 控制砼入模质量，从生产、运输至浇筑要求不间断连续进行，对于因坍落度、离析及其他原因致使砼质量不合格，严禁入模。

（4）沿纵向从一端往另一端分层浇筑，每层厚度为30cm，浇筑上层混凝土的最佳时刻应在下层混凝土初凝前为宜。

（5） 采用插入式振捣器振捣，振捣器平移距离不大于振捣器作用范围的1.5倍，并插入下层砼中5—10cm。

3、拆模及养护

混凝土浇筑完成后，即可向散热管道内注入冷却水进行降温，表面混凝土初凝后，即可覆盖麻袋并洒水养护；保温保湿养护至少保持7天。当混凝土强度达到2.5MPa后，即可拆除侧模。

四、混凝土的温控计算

1、基本参数

（1）混凝土配合比

水泥：水：砂：石：外加剂=1：0.44：2.08 ：2.75 ：0.007。

材料：每立方混凝土含P.LH42.5水泥386Kg，西江砂801Kg，4.75-31.5mm连续级配碎石1063Kg，FDN-2缓凝效减水剂2.7Kg，拌合水170 Kg。

（2）气象资料

工程地点位于珠海市横琴岛，周边地形空旷，近海。施工季节在春节，环境平均温度约为20℃，风力3～4级，潮湿多雨。

（3）混凝土拌和方式

采用自动配料机送料，拌和站集中拌和，混凝土搅拌车运输至施工现场。

（4）计算参数取值

单位水泥用量C=386Kg/立方米；水化热Q=375J/ Kg，混凝土比热c=0.97J/ Kg℃，混凝土密度=2400 Kg/立方米。

水的特性参数：水的比热c水=4.2103J/Kg℃；水的密度ρ水=1.0103Kg/立方米；冷却管的直径D=40mm。

2、混凝土最高水化热温度及3d、7d的水化热绝热温度

最高水化热绝热升温：

3、混凝土各龄期收缩变形值计算

查《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）表B.2.1得：

3d的收缩变形值：

7d的收缩变形值：

4、混凝土各龄期收缩变形换算成当量温差

5、混凝土各龄期内外温差计算

设入模温度：T0=20℃，混凝土表面温度Tf=23℃。

3d龄期

7d龄期

经过以上热工计算，可知混凝土里表温差最大值为30.3℃，大于规范中关于大体积混凝土里表温差为不宜超过25℃的规定；因此，本工程采用在混凝土中埋设散热管理、注入冷却水的方式降低混凝土的里表温差。

6、散热管道布置及混凝土的降温计算

混凝土内部铺设的散热管道，使用φ40mm普通钢管，上、中、下分3层布置，竖向间距为100cm，水平间距为80cm。冷却水使用水泵强制循环水。钢管的平面布置图如图2。

水的特性参数：水的比热c水=4.2×103J/ Kg℃；水的密度水=1.0×103Kg/m3；冷却管的直径D=40mm。

拱脚基础混凝土的体积（除去冷却管后）：

承台混凝土由于冷却管作用的降温计算：

式中：

v水—冷却管中水的流速

t—冷却管通水时间

ρ水—水的密度

? △T水—进出水口处的温差

C水—水的比热

V砼—混凝土的体积

? ρ砼—混凝土的密度

c砼—混凝土的比热

3d龄期：

图2

冷却管通水时间：持续通水（按t=1d计算），出水管和进水管的温差：△T=4℃

预埋冷却管后各龄期混凝土内外温差值：

3d龄期：

△T=20.2-5/1.5=16.9℃ （安全系数为1.5）

7d龄期：

△T=30.3-9/1.5=24.3℃ （安全系数为1.5）

浇注大体积混凝土过程中，水泥会在水化过程内部产生大量的热量使其内部温度升高，当内外温度相差过大时就容易出现温度裂缝，在混凝土中埋设冷却管是降低混凝土内外温差行之有效的方法。计算表明，混凝土中埋设冷却管后内外温差均小于25℃，满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中的规定。

五、结语

本方案经过验算以后，符合相关规范的要求；在施工过程中，严格把关，并严密监控各项施工数据，特别是混凝土温度及冷却水温度。各项数据均在规范限值范围内，本工程在验工验收过程中，100%一次性通过验收，表明该方案效果显注。本文结海鸣桥工程，对大体积混凝土施工技术进行介绍，可供类似项目施工参考。