悬索桥主墩承台大体积混凝土施工

刘昆珏 李官勇 徐勇 沈国繁

1. 云南省建设投资控股集团有限公司 云南 昆明 650000；2. 成都云会科技有限公司 四川 成都 610031

1 项目概况

虎跳峡金沙江特大桥全长1017m，桥跨布置为：766m悬索桥+6×41.5mT梁+5m桥台，桥面为双向四车道。虎跳峡金沙江大桥主桥为单塔单跨钢桁梁悬索桥。主缆分跨为766+160m，矢跨比为1/10[1]。索塔为钢筋混凝土门型塔，左肢塔高161.6m，右肢塔高145.6m，共设置两道预应力混凝土等高度箱型横梁。

索塔基础采用桩基，桩基上单个承台结构尺寸为21.4×21.4×6m，采用C40混凝土浇筑，共2748m³。另外，在承台侧面与顶面设置D12防裂钢筋网片，底面设置D16防裂钢筋网片。在承台底面垫50cm厚C25素混凝土，平面尺寸23.4×23.4m。

2 水化热控制原理

现浇混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起裂缝结构，属于大体积混凝土施工[2]。经热工计算，该承台混凝土浇筑后，内部最大温升超过80℃，内部与表面温差超过25℃，需采取温控措施以降低温差。工程施工中，在确保混凝土具有良好和易性的基础上，一般采取优化混凝土级配、掺入外加剂、降低混凝土入模温度、改善混凝土浇筑方法以及构造设计等手段，控制浇筑的混凝土的温度升高和降温速度，使浇筑的大体积混凝土中水化热温度升温时间延长，以便于采取较经济的降温措施；使混凝土的水化热缓释，也可以使大体积混凝土的温度下降曲线趋缓，避免内外温差过大。控制混凝土施工中的内部最高温度和内部与表面的温差，将减小混凝土的收缩、提高混凝土极限拉伸强度，从而实现控制混凝土表面和贯穿裂缝的形成、保证结构物浇筑施工质量的目的。

3 温控及防裂措施

3.1 严把材料关，优化混凝土配合比

水化热与水泥品质、用量以及其他原材料的配比密切相关，选择级配良好的砂石料，在保证强度的前提下适量降低水泥用量，采用“三低”（低砂率、低坍落度、低水胶比）和“双掺”（掺高效减水剂和粉煤灰）技术控制[3]，再结合冷却降温技术，控制大体积混凝土浇筑施工过程中的最高温度和内外温差，是本项目采取的防裂控制技术的关键。

减水剂可有效地降低水灰比及用水量，而粉煤灰具有圆珠润滑效应，因此掺入减水剂和粉煤灰可减少水泥与水的用量；所以“双掺技术”对泵送混凝土既可提高混凝土的和易性又可减少其收缩，是一项应用比较成功的控制大体积水化热的技术，符合设计要求。基于此原则，项目优先选用低收缩性的水泥；骨料优先选用粒径较大、质量优良、级配良好的0.5～3cm连续级配碎石。在选择细骨料时，本工程选用不含有机质的中、粗机制砂。

根据“双掺”和“三低”技术与设计的要求，通过配比分析和试验，本项目拟定的承台每立方混凝土设计配合比为：水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶水＝293∶873∶984∶120∶5.8∶165kg。现场选定的原材料水泥为某水泥有限公司生产的42.5普通水泥；粉煤灰为某公司的Ⅱ级粉煤灰；外加剂为聚羧酸高性能减水剂。制备的混凝土坍落度为160～200mm，由于承台底层钢筋较密，在浇筑底层1m范围时，坍落度取偏大值，其他部位取坍落度偏小值，既服务于现场施工，同时能保证混凝土质量。

3.2 降低混凝土原材料温度

采取以下措施来降低制备混凝土的原材料的温度。

3.2.1 进入拌和站的水泥在储藏罐内应存放3d以上。

3.2.2 粗骨料应采用加蓬遮盖，并在使用前喷洒水雾降温。

3.2.3 在混凝土泵送过程中，对泵送管道进行覆盖，并进行浇水降温。

3.3 混凝土结构内部埋设冷却水管和进行温度监测

3.3.1 冷却水管的布置。按保证大体积混凝土内各层冷却管能独立通水且拆模不影响通水、每层分多根独立管道以缩短冷却路径保证混凝土冷却均匀的原则布置冷却水管。根据实际工程，本项目冷却水管路按回形布置，埋设了Φ42×2.5mm导热性能良好的薄壁钢管。水管接头采用钢丝管套接，两根冷却水管在钢丝管内应对碰，避免钢丝管弯折阻水。拐角处采用钢丝软管，用多重铁丝扎紧，做到管道畅通，接头牢靠，确保不漏水。冷却管水平管间距为135cm，距离四周边缘为57.5cm；高度方向分为6层，层间距为100cm，平均布置冷却水管，每层采用“两进两出”布置。层间进、出水管均各自独立，以便根据测温数据，相应调整各层水循环速度和进水温度。

第一层冷却水管距离地面50cm，恰好位于承台底层钢筋内，在钢筋安装时同时安装冷却水管，安装好的冷却水管加强防护，切勿在水管旁边焊接，避免伤及管壁；第三层冷却水管恰好位于承台N5钢筋位置，利用N5钢筋固定；第五、六层冷却水管位置含有墩身预埋水平钢筋，随着墩身水平钢筋的安装同步安装冷却水管；第二、四层冷却水管利用承台N4钢筋及、墩身预埋主筋固定，或在承台内部增加水平钢筋固定。

3.3.2 测温点的布置。测点的布置按照重点突出、兼顾全局的原则。根据承台平面内混凝土立方体双对称的特点，测点布置在承台1/2范围内。靠近表面区域温度梯度较大，测点布置较密；中心区域混凝土温度梯度较小，测点布置减少。承台的测温点共分7层布置，底层、顶层为混凝土外表面向内50mm。

在混凝土浇筑完毕后的升温和峰值持续阶段，即开始的3～4d，每隔3h测温1次；待升温趋于平稳后的降温阶段，每6h测温1次。在测量混凝土内部温度的同时，测量外界的环境温度。记录所测温度数据，直到测点的混凝土内外温差小于25℃并趋于稳定时为止。

取混凝土入模温度、环境温度、固定温度均为20℃，混凝土表面的施工对流系数为12kcal/（m2·h·℃），冷却水流入温度为15℃，流量为2.5m³/h，冷却水的对流系数随冷却水的流速变化而发生变化，其对流系数为318.5 kcal/（m2·h·℃），按施工图的冷却水管布置和设计的混凝土浇筑过程，根据迈达斯计算结果可知：承台6m一次性浇筑时，最高温度为58.1℃，最大里表温差为19.3℃，满足规范要求。拉应力主要分布在承台外表面及棱边，最大值发生在承台与垫层混凝土接触处。棱边处双面散热，温度梯度大，承台底部受垫层及基岩的约束作用强，均为拉应力集中分布部位，应加强养护。

4 施工工艺及温控结果

4.1 混凝土浇筑

模板安装和钢筋绑扎经检查合格后，在原材料准备和天气条件允许的情况下，立即进行混凝土浇筑。综合考虑场地限制因素、工期及工程作业难度，本方案采用泵送混凝土，入模温度不低于5℃，且不宜高于28℃。采用8台搅拌车运输，以确保混凝土及时供应。由两台输送泵泵送混凝土入模，浇筑速度控制在0.13m/h，保证在46h之内浇筑完成。根据现场混凝土输送能力及浇筑人员组织，现场按照最大30cm浇筑分层控制，严禁在模板附近连续浇筑。

为保证混凝土浇筑时其自由下落高度不大于2m，防止混凝土的离析，底部4m范围内浇筑时考虑设置溜槽，并在承台、塔座顶层钢筋上开5个“天窗”，待浇筑到顶面时补焊截断的钢筋。“天窗”尺寸大小为50×50cm，并方便人员进出承台钢筋骨架。由于承台浇筑面较大，整个浇筑面共设置5个下料点，以每个下料点为中心、5.5m为半径的区域设置一个浇筑振捣区，共划分5个混凝土振捣区。

4.2 混凝土养护

防止混凝土开裂的一个重要原则是尽可能使新浇筑混凝土少失水分及内外温差控制在允许范围内（不大于25℃）。本桥承台混凝土浇筑面积较大，承台顶面混凝土完工持续的时间较长，且内外温差较大，在施工中采用保湿蓄热法养护，表面（包括承台四周模板外侧）洒水，在潮湿状态下包裹一层塑料薄膜，再外包1层土工布保温，防止混凝土表面干裂。拆模时选择在温度比较高的时间段，以单列模板为一个拆除单元，不得一次性全部打开养护土工布，拆模过程中保持洒水养护，拆模后，继续覆盖土工布封闭养护。

养护期间注意事项：①内部最高温度不大于75℃；②测温过程中发现混凝土内外温差超过25℃，应及时采取相应措施，加强保温措施，及时调整混凝土内外温差；③混凝土降温速度根据工程情况控制在2℃/d以内；④降温阶段进出口水的温差宜小于或等于10℃，且水温与内部混凝土的温差宜不大于20℃；⑤撤除保温覆盖层时混凝土表面与大气温差不应大于20℃；⑥养护期间，混凝土强度达到2.5MPa之前不得使其承受行人、运输工具、模板等荷载。⑦混凝土的抗压强度达到拆模强度要求（10MPa），且浇筑体表面与大气温差不大于20℃时即拆除模板。拆模时避免重撬硬砸，以免损伤砼面。

4.3 温控结果

为了说明情况，选取承台中心点来说明温度变化情况，温度曲线布点如表1所示。

表1 温度曲线布点

混凝土采用“三低”和“双掺”技术，改善了混凝土的性能，特别在高温环境下施工，对于提高混凝土施工的可操作性，确保混凝土的内部质量和外观质量，防止混凝土出现温度裂缝，是非常好的措施，提高了经济效益。

通过采取以上措施，使浇注第一层混凝土时，最高温度为58.0℃，表面温度为40.2℃，其内外温度差为17.8℃；浇注第二层混凝土时，内部最高温度为57.4℃，表面温度为38.6℃，内外温差为18.8℃，均控制在25℃范围以内，完全满足设计规范要求。此数据说明达到了大体积混凝土质量控制要求，证明了该承台大体积混凝土施工温控的切实可行性。

影响大体积混凝土性能的因素很多，除要有切实可行的温度控制措施外，关键在于施工过程的控制。要有严密的施工组织设计（专项施工方案），以控制好混凝土的各道工序质量，才能确保大体积混凝土结构物的工程质量。

5 结束语

本文对混凝土的温度变化进行跟踪监测，不仅随时掌握混凝土的温度情况，指导温控工作，而且能真实反映出大体积混凝土的温度特征和变化规律，对日后类似工程的质量监控有重要的指导性意义。