桥梁大体积混凝土承台施工温度控制技术分析

邓福乾

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

混凝土是一种高脆性建筑材料，具有抗裂性差、抗拉强度低的特点。在工程建设中通常不考虑混凝土的拉伸作用。根据现行的浇筑技术规范，混凝土柱、楼板、剪力墙等部位施工后，无法避免地会出现一些裂缝[1]。为避免钢筋锈蚀，必须从防裂措施入手，确保裂缝长度符合规范要求，尽量减小裂缝宽度[2]。面对工程建设总量的快速增长，施工单位不能合理控制大体积混凝土施工和硬化过程中的高温裂缝，裂缝问题就会加剧，会威胁钢筋质量，对整个工程的施工质量也有很大的不利影响。为满足工程的施工要求，应把大体积混凝土中高温裂缝的合理控制作为关键内容。

1 工程概况

纳雍至兴义高速公路纳雍至晴隆段是国家高速公路横线G76（厦门— 成都）的联络线（G7612），该线起于纳雍，经六枝特区、晴隆，终于兴义汕昆高速公路，依次连接杭瑞、厦成、沪昆和汕昆四条国家高速公路，形成了我国西南地区一条重要的南北联络线。第T10 合同段起讫里程为YK84+605～YK86+650/ZK84+585.347～ZK86+640，按双向六车道设计，分离式桥面宽度为16.55 m，主要工程量有桥梁2 024 m/1 座（六枝特大桥），如图1 所示。

图1 桥基础平面

六枝特大桥纳雍岸引桥起点至ZK84+789.478/YK86+100.243 段位于分离式路基段上，左线位于R=6 500 m的圆曲线及直线段上，右线平面位于直线段；纵面位于2.5%的下坡段上；上部构造采用40 m 预应力混凝土先简后支连续T 梁，5 号过渡墩采用变截面空心薄壁墩，0号桥台采用桩柱式桥台。六枝特大桥主桥上部构造采用（166+3×320+166）m=1 292 m 预应力混凝土空腹式连续刚构箱梁，主桥中心桩号ZK85+435.979/YK85+455.000，6#～9#主墩采用双肢变截面空心薄壁墩。A 匝道桥（中心桩号：AK0+199.202）平面位于直线+缓和曲线段上，纵断面位于R=1 500 m 的凹曲线、i=3.722%上坡段上。上部构造采用2×30 m 预制T 梁。桥台采用U 台配群桩基础。B 匝道桥（中心桩号：BK0+321.202）平面位于缓和曲线+R=55 m 的缓和曲线+左偏圆曲线+缓和曲线+直线段上，纵断面位于i=-1.350%下坡、R=1 600 m 的凸型曲线、i=-3.991%下坡、R=1 400 m 的凹型曲线段上。该桥采用（36 m+3×38 m）+3×30 m 钢箱梁、预应力混凝土T 梁组合桥形式；桥台采用U 台配群桩基础。L 连接桥1 号桥（中心桩号：LK0+643）平面位于缓和曲线+R=120 m 的右偏圆曲线+缓和曲线段上，纵断面位于i=-4%下坡段上。该桥采用9×20 m 预制T 梁；桥台采用U 台配群桩基础。L 连接桥2 号桥（中心桩号：LK3+442.500）平面位于缓和曲线+R=200 m 的左偏圆曲线+缓和曲线段上，纵断面位于i=4%上坡段上。该桥采用5×20 m+19 m 预制T梁+现浇箱梁；桥台采用U 台配群桩基础。

混凝土热性能参数如表1 所示。

表1 混凝土热性能参数

2 混凝土温度和应力模拟分析及控制措施

2.1 温度分析

混凝土温度分析主要是分析水化热的产生、传导和损失。工程中混凝土阀门基础的限制，重点研究基岩对混凝土阀门基础的可能影响。混凝土温度应严格按照当地近三年同期平均温度选择，如图2 所示。混凝土发生水化反应后，水温迅速上升，混凝土结构中积累了巨大的热能。达到峰值65.8 ℃后进入冷却阶段，温度逐渐降低。

图2 混凝土热源变化曲线图

2.2 应力分析

温度的变化会改变混凝土的应力，导致混凝土开裂，重点研究温度在不同时期对混凝土拉应力的影响。研究表明，压力在72 h 前起主导作用。边缘位置提前进入冷却阶段，角部应力的变化也比较明显。随着温度逐渐下降，拉伸应力也增加。现阶段做好保温养护工作，尽量降低混凝土的上、下温度。

3 大体积混凝土浇筑施工计划及流程

3.1 施工计划

降低大体积混凝土施工完成后开裂的概率，提前预防及分析易发生混凝土开裂的因素，提前制定一系列预防措施，重点做好施工过程中关键环节的施工。在混凝土施工过程中，需要做以下工作：

（1）在混凝土构件中预安装水循环过程中的冷却管，有效处理一般区域内混凝土内部温度不合理的问题。

（2）观察并记录温度，在混凝土表面洒水。在混凝土上下温度基本稳定的前提下，移除保温层。

（3）鉴于混凝土材料供应不及时，浇筑现场道路混乱，为浇筑机械的正常运行清理出一条畅通的道路，保证混凝土浇筑工程的有效进行[3]。

（4）定期控制原材混凝土温度。混凝土上下温度控制在25 ℃以内，混凝土表面温度与大气温度之差控制在20 ℃以内。当温度失控应及时采取相应的温度控制措施。

3.2 施工流程

在大体积混凝土浇筑阶段，温度控制不当是导致混凝土裂缝的主要因素，严重时会降低混凝土的结构承载力。对大体积混凝土浇筑过程中存在的问题及处理对策进行了研究。大批量混凝土浇筑的实施需要高度重视混凝土的质量和影响混凝土温度的各种因素。研究在出现热现象时的应对措施，避免处理不当导致的裂缝问题。大体积混凝土的浇筑过程包括：

3.2.1 科学配比混凝土原料

具体项目施工前，施工单位应根据施工现场的实际情况制定项目施工计划，明确施工计划的前提下，准备满足施工要求的混凝土原材料。施工中，骨料粒径的控制是一项重要内容。连续级配粒度必须控制在10～40 mm，中砂直径必须控制在2～8 mm，才能达到混凝土骨料的搅拌条件。混凝土生料比的有效管理有助于减少混凝土裂缝的发生。浇筑前应对混凝土的各项技术指标进行严格测试。

3.2.2 应用控温设备

在保证钢板温度满足规范要求的前提下，也要严格控制混凝土内部温度应力引起的膨胀和收缩，该工程主要采用直径为16 cm、25 cm、32 cm 的钢筋，现场温控措施为温度传感器智能控温，设备的精准温控，抵消了温度应力的影响，具有增强混凝土结构稳定性的作用。

3.3 合理降低混凝土制备的混凝土用量

混凝土配制过程中，根据相关标准和规范合理控制混凝土的掺量，根据混凝土配制的相关参数向混凝土中适当掺入粉煤灰，避免水化热的形成，减少混凝土中高温应力的产生。

3.4 分层分段浇筑

体积较大的混凝土浇筑，一般采用分层浇筑的方法，一次性施工会因温度应力的增加而形成大量裂缝。为保证大体积混凝土的高质量浇筑，严格根据施工现场的实际情况制定最佳的浇筑方案，按照相关标准和程序进行大体积混凝土的浇筑[4]。合理控制混凝土的运输时间，避免运输时间过长导致混凝土凝结或离析，从而避免裂缝的发生。混凝土运至施工现场后，工作人员应及时检查混凝土的坍落度，如不合格将影响混凝土结构的浇筑质量。混凝土易凝固，调整外加剂以达到缓凝效果，确保下层混凝土初凝前完成上层混凝土浇筑，浇筑工作必须连续进行，防止分层浇筑产生冷缝。完成混凝土施工后，应对顶面进行收面，在终凝前进行二次收面，完成二次收面后立即覆盖土工布并洒水保湿，防止表面温度降低和裂缝的发生。通过现场实践发现，采用土工布覆盖洒水保湿的养护效果比使用塑料薄膜或养护剂涂层效果更佳。混凝土养护期间，根据环境气温确定是否需要采取保温措施，采用保温措施时，保温覆盖层需要当混凝土表面温度与环境最大温差小于20 ℃时，方可拆除。

3.5 强化混凝土施工的裂缝控制

后浇带是指根据建筑设计和施工单位标准的要求，在适当部位预留混凝土带，以避免现浇钢筋混凝土构件因收缩或沉降不均匀而形成有害裂缝。当浇筑带在混凝土完工后振动时，通常采用补偿收缩的方法来完成裂缝控制。这种方法的应用对混凝土的温度有严格的要求。混凝土两端相差太大，会导致混凝土结构的不平衡沉降。在混凝土浇筑的过程中，进行混凝土控制，以避免混凝土浇筑后混凝土两端的强度差。分层浇筑法是减小混凝土结构内外温差的主要措施。

防止因振动力过大而产生裂缝，混凝土施工需要使用合适的振动机械。过度振捣混凝土会导致粗骨料沉降和混凝土飞溅，混凝土分布不平衡，过振会出现表面浮浆，浮浆抗裂性较差。此类裂缝问题的处理，需要从以下几个方面入手：

（1）已进入止水带的部位，为了避免锈蚀影响钢板质量，需要及时清除其上的灰尘和积水[5]。

（2）未安装钢板止水带的位置，应在其上粘贴橡胶止水带。

（3）混凝土标号的选择必须严格按照设计要求进行，在浇筑混凝土之前，为保证新旧混凝土能良好黏结，最有效措施是通过优化配合比调整外加剂从而延长混凝土缓凝时间，在下承层混凝土初凝前浇筑完成上承层混凝土。

（4）发现混凝土结构裂缝内有积水，应及时清除积水及其中的沉淀物，防止沉淀物长期堆积腐蚀混凝土结构层。

4 大体积混凝土施工过程中温度裂缝优化措施

4.1 采用温度钢筋的控制技术

采用高温钢筋孔径材料控制技术的主要价值是使用过程中抑制裂缝。在施工阶段，对混凝土表面积，单向设置能防止裂缝的高温钢筋大直径材料，当直径达到相应标准时，配筋率控制在0.1%以上，尽量使用较小的钢筋孔径，以便抑制建筑构件中高温应力引起的热膨胀和收缩。在实际施工过程中，钢筋材料的孔径应控制在5～12 mm，钢筋孔径与钢筋材料的合理间隙应为90～140 mm，从而消除高温应力引起的热危害，确保混凝土表面的热平衡。钢筋的埋设深度应根据施工现场的具体特点严格控制。将独立的抗拉钢筋材料设置为搭接或锚固在周边修建的相关结构区域。

4.2 温度控制技术的运用

控制结构裂缝施工应加强冷却技术在施工过程中的应用，预防和控制可能出现的裂缝。为提高建筑构件的热稳定性，工程技术人员需要在施工过程中正确使用水循环冷却技术，在建筑构件的中、下部区域布置供热管，使循环冷却水注入，以降低组件中的高温。在结构外部设置能够保持温度和湿度的保护材料。在外表面结构上铺设隔热保湿膜，以保证结构外部区域的温度和湿度，通过技术手段将结构内外温差控制在20～25 ℃，防止结构内外温差过大而产生裂缝。采用冷却水技术时，后浇钢筋不会断开，属于钢筋加密设置部分，为确保一次浇筑完成，钢筋绑扎工作必须按照相应施工参数的要求完成，避免钢筋结构在支模和浇筑时出现偏差，保证施工安全。

4.3 加强混凝土的养护管理

（1）进行保温保湿保养。混凝土浇筑完成后，进入混凝土保护阶段。在混凝土构件的管理和维护过程中，必须在构件表面涂覆保温材料进行保护。养护材料主要分为三层，即一层土工布、一层塑料膜和一层土工布。土工布和胶膜能保证土工布中的水分尽量不流失，使混凝土表面长期保持湿润，防止混凝土干缩裂缝的发生。微膨胀剂的补偿收缩效应也能在一定程度上提高混凝土结构的强度。

（2）合理延长拆模日期和养护时间。主要是减少混凝土内部的温降，减少混凝土的降温时间和冷却速度，使混凝土表面长期保持湿润，提高混凝土的抗拉强度。拆模时，为避免混凝土表面温度急剧下降，混凝土构件的内表面温度必须控制在20 ℃，控制表面温差在15 ℃以内。

5 结语

综上所述，导致大体积混凝土开裂问题的因素大多来自不合理的施工操作，大体积混凝土的开裂问题严重影响整体施工结构质量，导致整个工程无法满足安全和稳定性的要求，危及建筑和人民的人身安全。必须合理运用温度裂缝控制技术，结合工程特点，选择针对性的预防措施，以满足工程的最终施工目标。