大体积承台低温施工温控工艺

摘要：文章以乌兰木伦河三号桥P2主拱座混凝土工程为例，介绍了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃气温下的浇筑措施及最低-17 ℃气温下的养护措施，并从温控角度出发，通过理论计算与实际施工措施，实现混凝土的低温浇筑及“内降外保”养护，为低温情况下的大体积混凝土施工提供可靠的工程借鉴。

关键词：大体积混凝土;低温;浇筑措施;养护措施;温控工艺

0 引言

桥梁工程中常通过承台将桩基进行连接，形成桩基础。承台体积较大，属于大体积混凝土工程[1]。混凝土硬化过程中产生大量的水化热，不同部位的混凝土水化热程度及收缩程度有所不同。对于大体积混凝土而言，温度应力和收缩应力的存在往往导致裂缝的出现[2-3]。因此对于大体积混凝土而言，需严格控制养护过程中的混凝土内部温度。

在施工领域中大体积混凝土的浇筑及养护已是相对较为成熟的技术，但在低温下的大体积混凝土工程鲜有进行。原因在于混凝土的强度生长极限为5 ℃，0 ℃以下时，混凝土内水分开始结冰，混凝土体积膨胀并产生较大侧压力，致使混凝土受到早期破坏而降低强度[4-5]。

由于施工进度、工序要求等，必要时期需进行低温下的混凝土工程。本文以乌兰木伦河三号桥P2主拱座混凝土工程为例，从温控工艺角度出发，介绍了5 310 m3混凝土在最低-5 ℃气温下的浇筑措施及最低-17 ℃气温下的养护措施，为低温情况下的大体积混凝土施工提供可靠的工程借鉴。

1 工程概况

乌兰木伦河3号桥是国内首座双飞翼景观特大桥梁，跨径布置为（5+74+200+64+5）m，属于中承式复式钢箱拱桥，桥面变截面宽度为42～65 m。桥梁上部主拱结构为飞翼式钢箱拱，向道路中心线外倾斜17 °，副拱结构为内倾式钢箱拱，向道路中心线内倾45 °，主拱、副拱和钢箱梁内部共设计8套除湿系统。本桥设置23对吊杆，其中主拱与钢箱梁间设置17对吊杆，主拱与副拱设置6对吊杆，桥面采用钢-STC+SMA组合桥面结构。

该桥P2承台桩基为32根2.2 m、长56 m的旋挖钻孔桩。承台混凝土为C40，C40施工配合比为水泥∶粉煤灰∶碎石∶砂∶∶减水剂=341∶139∶1 103∶697∶152∶9.6。承台体积为50 m×23.6 m×5.5 m。根据预应力布设及预埋段特点，将承台混凝土分两次进行浇筑，首次浇筑高度为1 m，第二次浇筑高度为4.5 m。本次混凝土浇筑体积为50 m×23.6 m×4.5 m，共计5 310 m3。混凝土浇筑期间最低温度为-5 ℃，养护期间最低温度为-17 ℃，属于冬季施工范围。

2 天气概况

按照施工进度，计划在11月份进行承台第二次混凝土浇筑，首先需要提前了解当地的天气。如图1所示，收集近8年鄂尔多斯市每一年11月份白昼、夜间的温度数据情况进行分析得出：日间平均气温为4.5 ℃，夜间平均气温为-4.2 ℃，依照相关规范要求属于冬季施工[6]。由此项目部第一时间积极调整，明确措施保证浇筑过程中混凝土的入模温度及养护温度等。在浇筑之前密切关注天气情况，选择温度最高的两天进行混凝土的浇筑。

3 浇筑及养护温控措施

对P2承台大体积混凝土拌和、运输、浇筑、保温、养护等方面进行设备、材料、人员布局，确保万无一失。通过一系列措施，控制入模温度，内降外保，控制内外温差。

3.1 拌和用水加热

优先采用对拌和用水加热的方式控制商品混凝土的出机温度。P2承台计划第二次浇筑混凝土5 400 m3左右，同时使用三个拌和站供料，计划浇筑时间48 h。因此每个拌和站平均出料1 800 m3，一個拌和站出料37.5 m3/h，一立方用水0.152 t，拌和用水为5.7 t/h，拌和用水加热到60 ℃。

蒸汽用量可按下式计算：

W=cmt/（I×H）（1）

式中：W——所需蒸汽量（kg/h）;

c——水的比热容[kJ/（kg·K）];

m——水的质量;

t——水升高的温度;

H——有效利用系数;

I——[ZK（]一定压力下蒸汽的含热量，蒸汽锅炉额定压力0.8 MPa，含热量为2 763 kJ/kg。

求得W=0.68 t/h，锅炉发热量为1 t/h，通过计算可知，锅炉满足要求。因此，采用蒸汽锅炉+水池连续升温，配立式蒸汽锅炉+燃油燃气蒸汽锅炉，水温控制在60 ℃左右。混凝土的搅拌时间应比常温时延长50%并符合有关规定[7]。

3.2 混凝土出机、运输及入模温度

混凝土搅拌、运输、出机、入模温度均需经过计算，在满足相关规范要求的情况下，即混凝土出机温度>10 ℃，入模温度>5 ℃，方可进行施工。相关计算公式主要参照《公路桥涵施工技术规范》[7]进行，计算时外界温度按-10 ℃计算，骨料温度按5 ℃计算，混凝土运输至浇筑成型按1 h计算。具体公式如下。

混凝土运输过程中，对罐车配置保温套，减缓混凝土在运输途中的散热。由图2可以看出在P2浇筑过程中，混凝土的出料温度均>10 ℃，入模温度均>12 ℃，满足相关规范要求。

3.3 冷却管等效路径布置

针对50 m×23.6 m×4.5 m的大体积混凝土浇筑及养护，设计了相应的多路阀循环冷却系统设计技术及纵横桥向等效路径布置方法。图3所示为冷却管布置图，在原有1 m混凝土的基础上进行布置。自下而上，第一层及第三层冷却管为六进六出，第二层及第四层冷却管为七进七出，四层冷却管距离第一层混凝土顶面的距离依次为75 cm、175 cm、275 cm、400 cm。

利用测温仪检测进水口、出水口及混凝土表面温度。当出水口与承台表面温度差<15 ℃时，可直接将出水口冷却水排放到承台顶面进行混凝土养护。

通过图4中Midas软件模拟结果可以看出，本次设计的混凝土冷却系统可有效降低混凝土水化热，混凝土养护过程中最高温度为55.4 ℃，满足规范要求（最高温度不高于75 ℃）。

本次设计的混凝土冷却系统已经应用于P1混凝土浇筑中，浇筑体积同样为50 m×23.6 m×4.5 m。下页图5所示为养护过程中不同部位P1混凝土的温度监控情况，可以看出该措施可保证养护期间混凝土里表温差值基本<25 ℃，最高温度<75 ℃，满足相关规范要求，可应用于P2承台大体积混凝土浇筑及养护中。

3.4 混凝土蒸汽养护

利用支护桩和承台顶面钢管做骨架，用彩条布+棉被搭设1 m高暖棚，采用蒸汽机蓄热对大体积混凝土进行升温养护，动态调节温度蓄热，保证混凝土表外温差≤20 ℃（见下页图6）。蒸汽管道间隔5 m设置，每隔30 cm处开孔，进行喷汽养护，管道距离混凝土结构30 cm。

4 温度监控

通过布置测温点的方式监测混凝土内部及表面温度，布置方式见图7。在承台混凝土对角线的1/2范围内均匀布置4组测温电缆，每组测温电缆在距混凝土上表面垂直距离分别为0.5 m、1.5 m、3.0 m、4.0 m处布置相应温度传感器，用于测量混凝土内部温度;承台表面布置三组测温电缆，每组布置一个温度传感器，用于测量混凝土表面温度。

P2承台与P1承台均采用上文所述冷却管布置方法。根据P1大体积混凝土温度监控的数据分析可知，P2混凝土温度理论上满足要求。从图8中可以看出，P2混凝土养护期间里表温差值<25 ℃，最高温度<75 ℃。与P1混凝土不同的是，受蒸汽养护的影响，除距表面0.5 m处混凝土温度较低外，距表面1.5 m、3.0 m、4.0 m处混凝土的温度相差不大。

5 抗压强度

在混凝土浇筑过程中按规定制作20组混凝土立方体试块，每组2块，进行标养。同时，增加3组试块与结构进行同条件养护，并在解冻后试压。其中，标养条件下的试块抗压强度平均值为47.2 MPa，同养条件下的试块抗压强度平均值为46.8 MPa，均达到C40混凝土抗压强度要求。

6 结语

本文以乌兰木伦河三号桥P2主拱座混凝土工程为例，介绍了大体积混凝土低温施工的温控工艺。

（1）通过一系列措施，使得-5 ℃温度下的混凝土出机、运输及入模温度在理论计算及实际测量中均滿足相关规范要求。

（2）设计的冷却管纵横桥向等效路径布置方法，可满足常温天气及低温情况下大体积混凝土养护过程中温度的相关规范要求。

（3）采用暖棚及蒸汽养护可有效控制混凝土表外温差，降低外界温度对混凝土的影响。

（4）标准条件养护及同条件养护下的混凝土立方体抗压强度均达到C40混凝土的要求。

[1]潘广明.大体积混凝土承台施工及其裂缝控制分析[J].西部交通科技，2019（4）：91-94，117.

[2]付晓鹏，刘 蕾，严汝辉.青山长江大桥副航道桥大体积深水承台施工技术分析[J].西部交通科技，2019（8）：107-110.

[3]王水转.大体积混凝土浇筑施工产生裂缝预防措施研究[J].建材与装饰，2020（3）：39-40.

[4]金书成，徐文远，黄云涌.冬季承台大体积混凝土分层浇筑温控措施研究[J].铁道建筑，2019，59（11）：55-58.

[5]杨跃平.建筑工程混凝土冬季施工工艺及质量控制措施研究[J].工程技术研究，2019，4（9）：98-99.

[6]JGJ/T104-2011，建筑工程冬期施工规程[S].

[7]G/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

作者简介：邓李坚（1980—），高级工程师，主要从事公路桥梁施工技术管理工作。