某特大桥主墩承台大体积混凝土施工质量控制

秦 新 朝

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 611130）

0 前 言

据相关资料统计，随着我国社会经济的高速发展，中国大桥跨度、建设水平、建设质量已经位居世界前列。大型桥梁的承台往往都采用大体积混凝土建造，大体积承台具有体积大、施工条件复杂、钢筋布置密集、预埋件多等特点。施工中由于水泥水化热机理的复杂性，如控制不当容易造成混凝土开裂，严重影响桥梁的建设质量，因此，如何确保大体积混凝土的施工质量，加快工程进度是目前亟需解决的问题。

某特大桥位于两河口水电站库区复建县道XV02线密贵沟至瓦日乡，桥长560.4 m，桥梁结构形式为5×16 m连续板梁+（110 m+200 m+110 m）连续刚构+3 m×16 m连续板梁。该特大桥6号、7号主墩基础为群桩承台基础，桩径2.5 m，桩深35～45 m，承台尺寸为16.5 m×16.5 m×6 m，钢筋制安126 t，属大体积混凝土，混凝土设计标号C40。

1 施工工艺

工艺流程：凿桩头、浇注承台基底垫层混凝土→测量放样、绑扎承台钢筋→安装冷却水管、测温元件→安装模板→浇筑第一层承台混凝土→养护、施工缝处理、预埋墩身钢筋及预埋件→浇筑第二层承台混凝土→养护及拆模、冷却管压浆封闭。

1.1 凿桩头、浇注承台基底垫层混凝土

本桥桩基础采用人工挖孔工艺施工，灌注时桩头预留20～30 cm凿除段。凿除桩头时采用空压机结合人工凿除，凿除过程中应注意保护主筋且保证不扰动设计桩顶以下的桩身混凝土。桩头凿除完毕后复测桩顶高程并验收，确认合格后由第三方检测单位进行桩基检测工作。桩基检测合格后，进行垫层混凝土浇筑，根据设计要求浇筑垫层厚度为20 cm，混凝土标号C30，垫层混凝土顶面标高与承台底标高一致。

1.2 测量放样、绑扎承台钢筋

承台钢筋绑扎前按照测量要求进行放样，平面控制测量和高程控制测量应满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG／T F50-2011）。承台钢筋在钢筋加工厂统一加工，垫层浇筑完毕后开始按照设计要求安装承台钢筋。承台钢筋应首先安装底层防裂钢筋网，底层防裂钢筋网安装完成后安装承台底主筋，并同时安装桩基钢筋深入承台部分的绕筋。承台顶面钢筋安装时采取设置支撑骨架的方法，防止顶面钢筋塌陷或变形。钢筋安装应严格按照设计图纸进行，各类钢筋的间距、数量、保护层厚度等参数必须符合设计值及规范要求。直径16 mm的钢筋采用双面搭接焊，其余采用直螺纹套筒连接，接头位置按规范要求相互错开。根据设计要求，在承台四周最外层及顶层设置一层Ф6.5 mm钢筋网，网格间距8 cm。

1.3 安装冷却水管、测温元件

6号、7号主墩大体积承台混凝土冷却管采用具有一定刚度的Φ48 mm×3.5 mm的无缝钢管，单独的架立角钢（∠75 mm×6 mm）骨架支撑固定。按照6.0 m高度予以考虑，沿竖向布置冷却管6层，其垂直间距和水平间距均为1.0 m，进水口引出混凝土顶面0.3 m，出水口有调节流量的水阀和测流量设备。布管时冷却管要与承台主筋错开，当局部管段错开有困难时，要适当移动冷却管的位置，但间隔不得大于1.2 m。冷却管必须绑扎牢固，防止混凝土浇筑过程中，冷却管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。冷却管转弯处采用90°的缓冲弯头，冷却管安装完成后，将进水管、出水管，水泵接通进行通水试验，要求水管畅通且不漏水。

为了准确测量、监控混凝土芯部温度，指导混凝土的养护工作，确保大体积混凝土的施工质量，在承台内外合理地布设测温装置。

（1）内部测温设备。在结构的平面位置上按照“井”字形均匀布置4个测温点，每个测温点在竖向位置上（距承台底部0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m）布置6个温度应变片（由下至上编号为1～6号），利用导线引出地面，用温度显示仪采集数据。

（2）冷却管进出水测温。在进水口与出水口设三通管，采用电子温度仪测温度。

（3）环境温度。在施工现场采用电子测温仪测温。

1.4 安装模板

本承台采用模板一次安装、分两层浇筑混凝土的工艺进行，承台模板采用大块定型钢木模板，模板安装在钢筋绑扎完毕后进行。采用绷线法调直，吊垂球法控制其垂直度。模板的加固主要采用内拉方式（纵、横向）同时进行，拉筋采用Φ22 mm钢筋，按每100 cm一层，同一层中相邻拉筋间距为80 cm布设；同时在外部辅以一定支撑，确保模板稳定牢固、尺寸准确。

1.5 浇筑第一层承台混凝土

模板安装完成后，及时进行混凝土的浇筑，混凝土在拌和站集中拌和，用罐车运至现场，再经输送泵输送入模进行浇筑。因混凝土方量大，浇筑时间长，浇筑过程必须严密组织施工，严格控制施工时间，保证整个施工过程在可控中进行（具体准备组织事项见下一节仓面设计）。

1.6 养护、施工缝处理、预埋墩身钢筋及预埋件

混凝土浇筑完毕终凝前，根据气候条件对大体积混凝土采取保温保湿措施，按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温度控制在规范要求范围内。混凝土浇筑完毕后应立即覆盖一层塑料薄膜，对混凝土进行保湿养护，以防水分蒸发过快产生干缩缝。同时，可视温度情况在塑料薄膜上覆盖土工布，进行保温养护。保温是为了保持混凝土表面温度不至过快散失，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，浇筑后的养护时间不少于14 d。

混凝土浇筑完毕强度达到2.5 MPa后，采用人工凿毛将老混凝土表面含游离石灰的水泥膜（乳皮）清除，并使表层石子半露，形成有利于层间结合的麻面。施工缝凿毛后，应及时冲洗确保其表面无渣、无尘。然后开始绑扎预埋墩身钢筋及预埋件，绑扎完毕后，对混凝土面进行二次清洗，确保表面无渣、无尘后才能浇筑第二层混凝土。

1.7 浇筑第二层承台混凝土

施工工艺同浇筑第一层承台混凝土类似。浇注达到设计标高后的混凝土，应由专门的抹面人员收面找平。根据柱筋上的控制标高，拉线控制混凝土上表面的标高，并用木抹子收平混凝土面。浇筑后的混凝土初凝开始至终凝前，对找平收面的混凝土再次收面抹压，消除由于混凝土干缩造成的细微裂缝，并把面层收成毛光。该工序在必要时应多次进行，保证混凝土表面无裂缝。

1.8 养护及拆模、冷却管压浆封闭

养护方式同上文所述，混凝土达到设计强度后可拆除模板。混凝土内部温度降低到设计要求时，可终止冷却水管循环系统，并对冷却水管进行压浆封闭。采用压浆泵进行压浆，压浆前用空压机吹尽管道内杂物及积水，水泥浆调制均匀后，须经2.5 mm×2.5 mm的滤网过滤后方可压入管道。出浆口出浆浓度与进浆浓度一致后，先关闭出浆口，进浆口在0.5～0.6 MPa压力下保持2 min，以确保压入的浆体饱满密实。

2 仓面设计

因承台混凝土浇筑方量较大，浇筑前必须进行仓面设计。

2.1 配合比设计

大体积混凝土配合比设计，除应符合现行国家标准《普通混凝土配合比设计规范》（JGJ55～2011）外，更重要的是应通过实际配制试验确定。该特大桥承台C40混凝土设计配合比为水泥374 kg、砂773 kg、碎石 1 025 kg、水 164 kg、粉煤灰 93 kg、外加剂5.62 kg，单位体积重量2 430 kg。

2.2 仓面组成

6号、7号承台尺寸为16.5 m×16.5 m×6 m，总方量为1 633.5 m3，分两层浇筑，每层浇筑高度3 m，浇筑方量816.75 m3。浇筑时仓面分为9个布料及振捣区，按分区编号顺序分区、分层连续布料及振捣，布料厚度每层不超过30 cm，具体如图1所示。

图1 浇筑仓面组成示意（单位：m）

2.3 人员、材料、机械设备准备情况

管理人员设置仓面负责人、技术员、安全员、资料员、温控负责人。施工人员设置浇筑振捣人员、养护人员、温控人员。每次承台大体积混凝土浇筑前至少按照施工需求量的120%储备原材料。机械设备有：搅拌机2台，每小时生产能力50 m3；车载泵2台（其中1台备用），每小时泵送能力80 m3；罐车4台，总装载能力44 m3（2台10 m3罐车，2台12 m3罐车）。

2.4 施工方法和施工顺序

混凝土设计初凝时间为4 h，分区分层浇筑，每层浇筑厚度30 cm，浇筑方量约81 m3，每层按泵车每小时泵送30 m3计算，最长覆盖时间不超过3 h，满足施工要求。上一分区浇筑完成一层混凝土后将泵管移动到相邻的下一分区继续浇筑，上一分区进行振捣施工，振捣时间控制在30 s以内，初次振捣后30 min后再次振捣。上一层混凝土振捣时振捣棒应深入下一层混凝土10 cm左右。依次布料，所有分区浇筑完一层混凝土后重新从分区1开始浇筑下一层混凝土，循环浇筑至完成。浇筑时每层冷却水管被覆盖后立即开始通水循环。浇筑完成后混凝土顶面覆盖薄膜并洒水养护，日照强烈天气可在承台顶面覆盖一层彩条布保护混凝土面，安排施工人员24 h值班养护，浇筑完成72 h以内每2 h洒水一次，72 h以后6 h洒水一次。

浇筑前先对冷却水管通水进行水密性试验，满足要求后开始浇筑混凝土。浇筑分区共分为9个，浇筑时由远及近，按“分区1→分区2→分区3→分区6→分区5→分区4→分区7→分区8→分区9”的顺序逐层施工直至浇筑完成。

2.5 施工过程注意事项及过程记录

混凝土浇筑前，对全体施工作业人员进行技术交底；认真检查拌和设备、罐车、输送泵的完好情况；浇筑混凝土前搭设防雨篷，浇筑前及浇筑过程中应及时测定砂石含水率（特别是雨期施工时），确保混凝土配合比的准确性；控制并记录好混凝土出机温度、浇筑温度；试验人员在现场应做混凝土坍落度等试验，控制好混凝土的施工性能；混凝土入模时应配备一定数量的钢串筒，确保混凝土倾落高度不超过2 m，混凝土不得堆积，振动棒操作人员应安排有操作经验的人员担任，不得用振捣棒赶混凝土，避免振动棒碰撞模板、墩身预埋钢筋或其它预埋件，混凝土浇筑、振捣过程泌水严重时及时引流抽排；在混凝土浇筑过程中，必须安排专人对模板、支撑进行观察，如有变形、移位、沉陷等应立即校正并加固，待处理合格后方可继续浇筑混凝土。

该特大桥6号、7号承台一共分四次浇筑完成，四次浇筑分别用时30 h、24 h、25 h、23 h，浇筑速度分别为 27.2 m3／h、34 m3／h、32.7 m3／h、35.5 m3／h，施工过程中泵车、拌合站、罐车均运行正常，现场实测混凝土塌落度172～177 mm，满足设计塌落度140～200 mm要求，共取样36组，测试强度满足设计要求。

3 温度控制

3.1 温控总体要求

根据设计要求，该特大桥6号、7号主墩为大体积混凝土，需要采取温控措施。大体积混凝土的温度控制宜按照“内降外保”的原则，对混凝土内部采取设置冷却水管通循环水冷却，对混凝土外部采取覆盖蓄热或蓄水保温等。

混凝土开始浇筑前，首先测量环境温度。第一车混凝土入模并振捣完成后，测量浇筑温度，且每层混凝土都要测量浇筑温度。混凝土浇筑完成以后，为保证大体积混凝土的质量，测温点进行24 h连续测温，同步监控水流的各进出水管温度。通过对测温数据进行计算、分析，及时指导现场混凝土养护；通过调节冷却水流量及进水温度等方法，来调控混凝土内部温度；通过改变混凝土表层养护手段，调控混凝土表层温度。

3.2 温控标准

（1）浇筑温度。混凝土入仓并经过平仓振捣后，在上层混凝土覆盖前距混凝土表面10～15 cm处的温度为浇筑温度，控制浇筑温度对降低混凝土内部最高温度具有重要意义。夏季应控制混凝土浇筑温度不高于28℃。冬季应控制混凝土浇筑温度不低于5℃。

（2）内表温差。大体积混凝土块体内部断面最高温度与表面温度之差为内表温差。为防止混凝土内外温差过大引起表面裂缝，施工中需将混凝土内表温差控制在25℃以内，表面温度与大气温度差须在20℃以内，且混凝土内部最高温度不高于75℃。

（3）降温速率。控制降温速率可使混凝土内部温度应力得到及时释放，对减少温度裂缝具有重要意义。在混凝土内部通水降温时，进出口水的温度差宜小于或等于10℃，且水温与内部混凝土的温差宜不大于20℃，降温速率宜不大于2℃／d。

3.3 测温制度

混凝土拌制过程应对使用的砂、石、水泥、粉煤灰、水等进行温度测量，并做好记录，每班要对出罐温度进行测量。

浇筑养护过程测温，浇筑完成后即开始24 h连续测温，前三天温升阶段2 h测一次，降温开始后可4 h测一次，14 d后改为8 h测一次，每次测温同时测定大气温度并真实填写测温记录表。

3.4 温度记录

6号、7号承台每次浇筑混凝土均按设计要求进行了严格的测温记录，并依据测温记录对养护用水的温度、流量进行调整，下面以6号墩承台第二次浇筑为例进行分析（见表1）。6号墩承台第二次浇筑共计用时24 h，浇筑强度为34 m3／h。自混凝土浇筑完成后开始连续测温，以下为混凝土内部及进出水温度记录部分数据（选取1号、3号对角点为例），1号、3号测温点温度变化曲线见图2、3。

表1 6号墩承台第二次浇筑混凝土温度记录 ℃

图2 1号测温点温度变化曲线

图3 3号测温点温度变化曲线

3.5 温度变化趋势分析

自混凝土开始浇筑3天后（浇筑完成2天后），温升达到最大值，最高温度59.5℃。进水口温度与混凝土内部最高温度温差为28.5℃，出水口温度与混凝土内部最高温度温差为21.4℃，进水口与出水口的最高温差为7.5℃。

混凝土内部温度达到最大值之后第1天，受水泥水化热持续影响，1天降温2～3℃，之后进入2～3天明显降温阶段，大约5～6℃／d，随后又进入平稳降温阶段，大约2～3℃／d。

4 结 论

该特大桥6号、7号主墩大体积混凝土承台顺利完成，拆模后表面光洁，无施工冷缝和温度裂缝，证明所采取的施工方法、养护措施、降温措施是正确有效的。说明充分的准备工作、详尽的仓面设计、合理的人员机械及技术交底是大体积混凝土顺利完成的前提，合理选用水泥、砂石骨料、外加剂等原材料质量，加强施工过程控制、保温保湿养护以及合理的降温措施是保证大体积混凝土施工质量的关键。