斜拉桥承台大体积混凝土水化热及温度控制

马凡尹

(四川公路桥梁建设集团有限公司大桥工程分公司, 四川成都 610000)

大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题。大体积混凝土常常由于内外温差过大产生的温度应力，导致其表面开裂。为保证大体积混凝土施工质量，避免产生温差裂缝，确保桥梁的使用寿命和安全，必须制定切实可行的温度控制方案以确保施工质量[1-5]。本文结合盐坪坝长江大桥南岸5#承台的施工，提出了一系列的温度控制措施，并结合Midas Civil对其的水化热分析结果，进行了优化。

1 工程概况

盐坪坝长江大桥主桥为主跨480 m双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，采用“江鱼”拱形混凝土桥塔，塔高181.5 m，跨径布置为45+51+97+480+97+51+45=866m。大桥上跨北岸规划滨江大道、南岸规划丽雅大道；跨中桥面宽度40 m，边跨桥宽最大约60 m。图1为盐坪坝长江大桥效果图。

该桥南岸5#墩承台为矩形，承台顺桥向长度25.6 m，横桥向长度42.6 m，高度6 m，承台四角为半径2 m的圆弧倒角，总计浇筑C40混凝土6 600 m3。该承台属于大体积混凝土工程，体积超大，温度控制难度极大，拟采用一系列温度控制措施保证施工质量。

2 温度控制指标

根据JTGT F50-2011《公路桥涵施工技术规范》的相关规定，综合参考其他相关规范及类似工程的施工经验，该工程对混凝土入模温度的控制为：大于等于5 ℃且小于等于28 ℃，混凝土在入模温度基础上实际温升值不大于50 ℃，且内部最高温度不应超过75 ℃，内表温差控制在25 ℃以内。

3 温度控制方案

大体积混凝土温控是对混凝土质量的全面控制。为达到温控标准的要求，采取了一系列温控措施进行有效监控，落实到混凝土的质量控制，浇筑温度的控制，混凝土拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护及保温每一施工环节[6-8]。

3.1 原材料选择

根据最大限度降低混凝土水化热量及释放速度的原则，在混凝土的原材料选用方面，采取了以下措施：选用中低水化热品种的水泥、降低水泥的用量、掺加I级粉煤灰、优选粗细骨料及掺入超缓凝型聚羧酸高性能减水剂、控制拌合水温等措施，最终确定如表1的配合比。

表1 混凝土配合比 kg/m3

3.2 施工措施

3.2.1 分层浇筑

南岸5#墩承台分成3 m+3 m两次浇筑。每层浇筑时采用整体式水平分层连续浇筑，每层浇筑厚度控制在30～50 cm范围。并在施工中，根据拌合站生产能力和现场泵送、浇筑能力，确定每层混凝土的最适宜浇筑层厚，以尽量缩短层间间隔时间，确保在下层混凝土能充分塑化之前完成上层混凝土的覆盖浇筑完成。

3.2.2 布置冷却水管

按照分2层的浇筑方案，采用Midas Civil 软件的混凝土水化热分析模块进行无冷却水管温度应力场分析后，发现承台第一浇筑层和第二浇筑层均在浇筑后2 d的时候结构内部的温度达到最高温(图2和图3)，并在2～7 d始终保持在54～56 ℃，而表面最低温度保持在20 ℃，结构内表最大温差达到了36 ℃，大于25 ℃，不满足温度控制指标的要求，需设置冷却水管。

图2 第一浇筑层浇筑后2d时温度云图

图3 第二浇筑层浇筑后2d时温度云图

参照以往类似工程及实际施工经验，在满足温度控制要求的前提下尽量少设冷却水管数量，初步拟定每一浇筑层设置3层冷却水管，水平及竖直间距均为100 cm。每根冷却水管长度不超过200 m，冷却水温18 ℃，流量3.0 m3/h，拟定在混凝土浇筑后12 h开始通以冷却水。采用Midas Civil 软件对拟定的冷却水管方案进行分析，混凝土内部最高温度云图如图4和图7，各层混凝土浇筑中心点、表面点温度及应力时程曲线如图5、图8和图6、图9，各层混凝土内部最高温度和最大内表温差见表2。通过分析可以发现，添加三层冷却水管，混凝土内部最高温度降低了10 ℃左右，最大内表温差为22.2 ℃，小于25 ℃，符合规范要求，该方案可行，同时也发现后期混凝土内部温度下降速度过快，在施工过程中应根据温度监测结果，降低冷却水的速率或停止部分冷却水管。

图4 第一浇筑层冷却水管下最高温度云图

图5 第一层混凝土浇筑中心点、表面点温度时程曲线

图6 第一层混凝土浇筑中心点、表面点应力时程曲线

图7 第二浇筑层冷却水管下最高温度云图

图8 第二层混凝土浇筑中心点、表面点温度时程曲线

图9 第二层混凝土浇筑中心点、表面点应力时程曲线

表2 各层混凝土内部最高温度和最大内表温差

3.3 养护措施

对于结构侧面，拆模前，带模养护，并覆盖保温层+防雨布，拆模后有条件回填的情况下尽快回填，不能及时回填的拆模后覆盖塑料薄膜保湿，并覆盖保温层保温，养护时间不小于14 d。对于分层面，凿毛后覆盖薄膜+保温层，养护至上层浇筑为止。对于永久暴露的表面，边收面边覆盖塑料薄膜，初凝后覆盖保温层，养护时间不小于14 d。

4 温度监测

为检验施工质量和温控效果，掌握温控信息，以便及时调整和改进温控措施，做到信息化施工，需对混凝土进行温度监测。温度检测仪采用智能化数字多回路温度巡检仪，温度传感器为热敏电阻传感器。每层测点的布置如图10。

图10 温度监控测点布置

5 施工效果

盐坪坝长江大桥南岸5#承台混凝土浇筑情况见表3，温度监测于2018年1月28日8:00开始，截至2月28日12:00时，监测数据如表4所示。鉴于篇幅有限，仅图示了第一层混凝土温度特征值发展历时曲线如图11所示。

表3 南岸5#墩承台混凝土浇筑情况

表4 南岸5#墩承台混凝土温度监控结果

由图11和表4可以看出，内部最高温度45.5～50.9 ℃，各层混凝土最高温度符合小于等于60 ℃的温控标准。混凝土内表温差前期随内部温度增加而增加，后期随表面温度波动而波动，最大内表温差为23.8～24.9 ℃，第一浇筑层最大内表温差为23.8 ℃，第二浇筑层最大内表温差为24 ℃，均符合小于等于25 ℃的温控标准；温峰过后通过调节冷却水控制降温速率约为0.3～1.4 ℃/d，均符合小于等于2.0 ℃/d的温控标准。但混凝土温度峰值的时间却比数值模拟分析时延迟了近24 h，经分析后确定应属于混凝土浇筑温度较低和外加剂的缓凝成分两种原因推迟了混凝土温峰出现的时间，而外加剂的缓凝作用在数值模拟分析时无法考虑。

图11 第一浇筑层温度时程

6 结论

本文针对盐坪坝长江大桥南岸5#墩承台大体积混凝土水化热问题提出了相应的温度控制方案，并采用有限元软件对温度控制中冷却水管的布置进行了理论分析，对比了采取温控措施后混凝土内表温度的变化，并在施工过程中进行了监控实测，以验证方案的合理性。

最终施工成果表明，采用优选低中热类硅酸盐水泥、优化配合比、分层施工、布置冷却水管及正确的养护措施的联合温控措施，并结合有限元软件模拟实际施工情况，是能够确保超大体积的混凝土施工结果合规的有效途径。