白帝城长江大桥承台大体积混凝土温控分析

文/袁秀辉

1 工程概况

白帝城长江大桥全长1170m，起止桩号K6+363～K7+533，桥型布置为2x65mT型刚构+916m 钢箱梁悬索桥+4x30m 先简支后连续T 梁。白帝城长江大桥设置承台的墩共计3 个，承台共计6 个，主塔2#、3#墩塔座2 个，主塔2#墩底横梁1 道。两岸主塔2#、3#墩为群桩基础，单塔共计16 根桩基，承台尺寸21m×21m×7m，塔座底面尺寸为17m×16.1m、顶面尺寸为13.4m×12.5m、高3m。1#墩引桥为群桩基础，单幅共计6 根桩基，承台尺寸12.4m×9m×4m。承台均设置20cm 厚的C20 混凝土垫层，塔座及承台均为大体积混凝土，采用大体积混凝土施工工艺施工，并在施工中采取相应的温度监控措施。

2 承台大体积混凝土温控措施

为防止承台大体积混凝土出现施工裂缝，本工程采取分层浇筑、原材料控制、配合比设计、混凝土搅拌、冷却水管安装、保温保湿养护等综合性措施。

2.1 分层浇筑施工

按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）的相关规定，承台等大体积混凝土必须分级分块浇筑施工，主塔承台平面尺寸为高21m×21m，高2.5m，1#墩承台尺寸12.4m×9m、高4m，均是大体积混凝土施工。

其中,1#墩承台和3#墩承台是在地面现浇，根据以往施工经验，1#、3#墩承台均一次浇筑完成；2#墩由于设计为高桩承台，采取分层浇注施工，分两层进行浇筑，第一层浇筑3m，第二层浇筑剩余部分，塔座高3m，与承台第二层混凝土一次性整体浇筑[1]。

2.2 优化配合比设计

在水泥材料水化反应初期，通过掺加粉煤灰能使水化热释放速度减缓，抑制大体积混凝土温度快速变化的趋势；也就是说，用粉煤灰代替部分水泥材料，既能节省工程造价，又能有效控制温度峰值[2]。另外，主塔承台和1#墩承台、主塔塔座分别采用设计强度C30 和C40大体积混凝土，根据试验数据进行配合比设计，具体见表1。

表1 混凝土配合比设计结果

2.3 严控混凝土浇筑入模温度

混凝土经拌和、运输至模板内的温度即为混凝土浇筑入模温度，按照相关规范，浇筑温度控制在20℃左右。根据现场实际情况和施工计划，承台主要在夏季施工，根据工程所在地历年天气情况，施工期间温度在30～40℃。因浇筑混凝土温度较高，必须加强混凝土入模温度控制，入模前可采取喷雾或洒水措施进行全面降温，并从原材料控制和拌和用水温度控制着手，在砂石料储仓、搅拌设备设置顶盖和侧面遮挡，原材料储备降温，并尽量采取夜间浇筑；同时，在浇筑施工温度控制的过程中，还需要严格控制浇筑入模温度的实际温度情况。一般而言，在施工温度处于30～40℃之间，施工人员需要做好温度的降温控制工作。

2.4 冷水管安装及运用

承台大体积混凝土自然冷却过程十分缓慢，为达到快速降低承台混凝土施工中水化热的目的，避免出现混凝土温差裂缝，施工人员应在桥梁承台内布置循环冷却水管，并利用水箱建立冷却水循环系统。冷却水管主要由热传导性能优良、强度高的规格φ48×2、外径48mm、壁厚2mm 的普通焊接钢管制成。考虑到钢管自身刚度和强度较大，所以冷却管安装时其定位钢筋应与承台钢筋焊接，确保其成型效果。桥梁承台冷却管按照1 层/延米的层间距竖向布置，其与顶、底面的距离控制在50cm，冷却管间距1m。冷却管尽量顺结构长向布置，单根管长控制在200m 以内，减少接头、弯头，对于不可避免的接头应牢固固定，并加强密水检查工作，确保冷却管通畅。将每层冷却水管的各个管路单独编号，并增设独立控制阀门，通过流量调节以及向水箱内加冷水的方式达到温度控制的目的。冷却管安装结束后，应做通水试验，全面检查漏水情况，为便于通水，其进出口应统一设置在承台顶面并标记，各层的进出水口位置错开设置。在施工的过程中，为了能够提高冷却水管的应用效果，在安装完成之后工作人员还可以通过闭水实验的方式检查渗漏的情况，如果漏水现象严重，则需要根据实际的情况调整安装接口的位置，保证冷却管的通水性具备流畅功能。

主塔承台冷却水管共布置7 层，塔座冷却水管布置3 层，1#墩承台冷却水管布置4 层，冷却水管平面间距及层间距均为1m。施工过程中，结合实时温度监测数据调整冷却水流量，保证大体积混凝土各温控指标均符合施工规范要求。主塔承台冷却管布置示意图详见图1。

图1 主塔承台冷却管布置（单位：cm）

开始浇筑承台混凝土后先不通水，待混凝土达到终凝状态后再开始通水，采用1.5m3/h 的流量进行水化热计算，1～7d 采用1.5～2m3/h 流量，7～14d 则根据施工现场环境温度及大体积混凝土温度监测数据调整冷却水流量。如果温差较大，应加大冷却水流速；相反，若温差小，可减小冷却水流速，待结束承台大体积混凝土循环冷却施工后，采用水泥砂浆填实冷却管，并将外露的进出水口部分截除，将承台表面整平处理。

3 温控控制监测

3.1 温度控制仿真模拟

本桥梁承台大体积混凝土温度控制仿真模拟通过MIDAS Civil 有限元软件水化热模块，结合桥梁工程承台结构及冷却管设置，以1#墩承台结构为例构建有限元仿真模型，共包括2.25×104个实体单元；结合分层施工设计模拟各层大体积混凝土施工及温控过程，该工程承台混凝土绝热温升53.96℃，导温系数0.672，比热96[kJ/kN·℃]，热传导率10.6[kJ/m·hr·℃]。

3.2 温控监测

采用由智能温度传感器与自动温度测试仪组成的自动温度测试系统进行该桥梁承台大体积混凝土温度监测，在设置混凝土内部温度监测点时，应结合承台混凝土结构及冷却管设置情况，在每层顶面、底面和中间设置测试断面和监测点[3]。

根据温度监测结果，选取承台大体积混凝土内部温度最高的两个测点和外部温度最低的三个测点绘制温度过程变化曲线。通过监测结果的对比分析发现，承台大体积混凝土浇筑61h 后，其结构内部温度峰值计算值达到56.5℃的最高水平；混凝土开盘鉴定后，75h 左右内部实测温度达到57.1℃的最高值。由于混凝土浇筑过程中按照不短于12h 的时间掺加缓凝剂，所以计算值与实测温度峰值及到达时间等基本一致。承台大体积混凝土里表温差最大值为22℃，在采取综合措施降温过程中混凝土浇筑体里表温差实测值在8.5～18.7℃区间内变化，这与实测结果基本吻合。根据上述分析结果，该桥梁工程承台大体积混凝土内部温度变动峰值以及温度控制过程中浇筑体里表温度差均符合规范要求。在本工程施工过程中，为了提高施工温度、减少大体积混凝土裂缝问题的出现，在施工温度检测的过程中要求工作人员全面记录施工过程的差数值，同时根据施工环境以及混凝土体内的温度变化情况进行了详细分析，由此该工程在具体施工的过程中，各项方面指数要求均达到了期望值。

3.3 应力场分析

本桥梁承台大体积混凝土温度控制措施实施历时共41d，在大体积混凝土浇筑养护期间表面并未出现明显裂缝，且根据承台混凝土应力场计算结果，其各层混凝土纵向拉应力分别为1.01MPa、1.02MPa 和1MPa，比相应龄期规范允许值1.28MPa、1.28MPa 和1.22MPa 小。计算的各层混凝土内部温度峰值所对应龄期抗拉强度与拉应力最大值的比值分别为1.22、1.21 和1.21，比规范要求的1.15 大[3]。由此可以判断，本桥梁工程承台大体积混凝土轴向拉应力最大值及混凝土抗裂安全系数均符合规范要求，承台大体积混凝土产生裂缝的可能性很小。

4 结语

白帝城长江大桥承台体积较大，施工时间安排在夏季，大体积混凝土浇筑过程中因环境温度较高而容易造成混凝土结构温度裂缝。由此，根据工程实际主要采取分层浇筑、原材料控制、配合比设计、混凝土搅拌、冷却水管安装、保温保湿养护等大体积混凝土温度控制综合性措施。在大体积混凝土结构内外设置温度监测点，并通过MIDAS Civil 有限元软件进行该桥梁承台大体积混凝土温度场和应力场的仿真模拟分析，结果显示，实测温度场变动趋势与仿真模拟结果吻合度良好，且综合性温控措施实施后大体积混凝土温度场及应力场指标均符合规范要求。