大橋主墩承臺基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)探討

夏長寶

寧夏公路建設(shè)管理局 寧夏銀川 750001

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，大體積的混凝土施工工程越來越多，相應(yīng)的施工技術(shù)也在完善和發(fā)展。本文闡述了大橋主墩承臺基礎(chǔ)混凝土水上施工的水位和時間的選擇及混凝土澆筑厚度的控制，并針對對混凝土開裂問題，說明了混凝土裂縫控制的方法，為后續(xù)施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：大橋主墩承臺；大體積承臺；裂縫控制；水上施工；降溫法

1.工程簡介

XX大橋主墩承臺屬于大體積混凝土，分三層澆筑，承臺采用C35混凝土，總方量約為9000m3。由于承臺體積大對施工準(zhǔn)備組織設(shè)計和現(xiàn)場控制有較高的要求，在主墩承臺施工前我們必須解決兩個問題：（1）大體積混凝土水上施工對水位和時間的選擇及混凝土澆筑厚度的控制。（2）大體積混凝土施工中由于水化熱和外部約束條件所造成的混凝土開裂問題。

2.承臺混凝土厚度澆筑的劃分

承臺混凝土澆筑屬于水上作業(yè)，附近江水位的變化對他的施工會產(chǎn)生很大的影響。對于承臺施工我們希望在我們套箱能夠承受的范圍內(nèi)水位盡量高些。

在我們的承臺施工過程中，封底混凝土的施工安全是我們最關(guān)心的問題?？紤]最不利條件，即我們的抽水施工工況，8m的承臺混凝土全部澆完時的工況。此時承臺的所受的力為：Fw：剛套箱的浮力，F(xiàn)n：封底混凝土與鋼護(hù)筒的粘結(jié)力即握裹力，Ww：鋼套箱的自重，Wf：封底混凝土自重，Wc：承臺自重。

在我們抽水工況的時候，我們的水位就是+13.1m，鋼套箱的底標(biāo)高為-3.6m，鋼套箱內(nèi)口面積：1116.22 m2，鋼套箱外口面積：1321.09m2，鋼護(hù)筒直徑：3m；

Fw=pgv=1321.09×16.7=220622kn

Fn=fn×3.14×d×32=15×2.6×3.14×3×32=117560kn

Ww=13000kn

Wf=1116.22×2.6-3.14×1.65×1.65×2.6×32=219

此時，F(xiàn)n作為儲備力，最大為117560kn。從上面的圖例可以看出：握裹力。

3.對混凝土裂縫的控制

混凝土的裂紋產(chǎn)生有兩大原因。（1）大體積混凝土水泥水化產(chǎn)生的溫度不均使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由于大體積截面厚度大水化熱在內(nèi)部不易散失，導(dǎo)致內(nèi)部溫度過高，一旦過高便會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在此過程中混凝土的抗拉強度不足抵應(yīng)力時，便會產(chǎn)生溫度裂縫。

3.1減小混凝土的水化熱來控制裂縫

（1）控制混凝土的入模溫度

混凝土的出機溫度T0：

T0 =（0.2+Qs）Ws Ts+（0.2+Qg）Wg Tg0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww+0.2WcTc+（Ww-QsWs-QgWg）Tw0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww

式中：Qs、Qg分別為砂、石的含水量，以%計；Ws、Wg、Wc、Ww分別為每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量；Ts、Tg、Tc、Tw分別為砂、石、水泥和水的溫度。

（2）混凝土的澆筑溫度Tp

Tp = T 0 +（Ta-T0）（θ1+θ2+ …+θn）式中：Ta為混凝土運輸和澆筑時的氣溫；θ1、θ2、θn為系數(shù)，其數(shù)值如下：混凝土裝、卸和轉(zhuǎn)運，每次θ=0.032；混凝土泵送時θ=0.0018τ，τ為運輸時間，以min計；澆筑過程中θ=0.003τ，τ為澆搗時間，以min計。

以下是我們的溫度控制措施：a.砂石料盡量堆高以降低中心溫度，并采取遮陽措施；水泥提前進(jìn)場，停滯降溫，有條件的可以放入冷庫中做降溫處理。b.對于使用前溫度過高的要放入冷庫中儲存一段時間再使用；c.當(dāng)氣溫高于入倉溫度時，提高澆筑強度，盡量縮短混凝土運輸時間和暴曬時間，罐車應(yīng)該采用雨布遮擋防曬；d.在混凝土攪拌過程中還可以加入冷水、冰水降溫，混凝土泵管外用草袋覆蓋，澆水降溫。e.另外還可以優(yōu)化配合比，摻入摻合劑粉煤灰，減少水泥用量，降低混凝土的水化熱溫升，使用緩凝型高效泵送劑推遲溫峰的出現(xiàn)。

3.2分層澆筑

分層澆筑又叫薄層分塊澆筑法，就是對于2m或者3m厚的混凝土分多次澆筑，單層混凝土澆筑厚度控制在30cm以內(nèi)。這樣當(dāng)?shù)谝淮位炷翝仓瓿砷_始第二層時，第一層混凝土有充分的的時間冷卻降溫。而且也有利于我們混凝土的振搗施工，當(dāng)時要合理調(diào)整混凝土的初凝時間，充分保證澆筑第二層時第一層還沒有初凝，為此我們的混凝土將初凝時間調(diào)到30h。

3.3降溫法

混凝土由于水化熱的原因，混凝土內(nèi)部溫度會隨時間緩慢升高。但是混凝土外部由于有良好的散熱條件，升溫并不明顯。這樣在水化熱峰值到達(dá)之前，混凝土內(nèi)外溫差會逐漸升高。因此要降溫法就是通過安裝冷卻水管用循環(huán)冷水來降低混凝土內(nèi)部溫度降低承臺內(nèi)部的混凝土溫度，來達(dá)到減小承臺內(nèi)外溫度差的目的。

該大橋44#主塔承臺第一層（2.0m）于6月10日14：30開始澆筑，6月11日12：00澆筑完成，歷時約20.5h，澆筑方量約為2122.5m3；澆筑溫度為26.2～28.0℃，未超出溫控標(biāo)準(zhǔn)5～28℃的要求。冷卻水在混凝土覆蓋測點2h后開通冷卻管。冷卻水進(jìn)口水溫在25.4～26.0℃范圍內(nèi)，出口水溫在28.2～33.5℃范圍內(nèi)，進(jìn)出水溫差基本符合溫控標(biāo)準(zhǔn)溫峰前≤5℃、溫峰后≤10℃的要求。

表1 大橋44#主塔承臺第一層大體積混凝土7d溫控監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總

燒筑溫度/℃ 內(nèi)部最高溫度/℃ 最高溫度出現(xiàn)時間/h 最大斷面均溫差/℃ 最大內(nèi)表溫差/℃ 進(jìn)水溫度/℃ 出水溫度/℃

26.2～28.4 59.9 44h 57.5 24.3 25.4～26.0 28.2～33.5

圖2 各測線溫度特征值歷時曲線圖

附件1：承臺溫度測點布置示意圖

3.4保溫法

在澆筑完每一層混凝土后，蓄水養(yǎng)護(hù)。在澆筑完3層混凝土后，用塑料布覆蓋其表面進(jìn)行全封閉保溫，保濕和蓄熱養(yǎng)護(hù)。以提高混凝土的表面溫度，達(dá)到減小內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生溫度裂紋的目的。防止溫度應(yīng)力大于同期混凝土抗拉強度而產(chǎn)生溫差裂縫和表面干縮裂縫，同時也保證了水泥的水化作用在良好潮濕環(huán)境下進(jìn)行，使混凝土早期抗拉強度較快上升。

3.5加強后期溫度檢測

即是在混凝土澆筑之前在承臺的相關(guān)位置安裝好溫控元件。待混凝土澆筑完后，立即對承臺進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。以調(diào)節(jié)我們冷卻水管交換冷卻水的時間和頻率。

主塔承臺混凝土預(yù)計施工時間為6～8月份，澆筑溫度設(shè)定為不大于28℃。在以上設(shè)定條件下，主塔承臺第一層內(nèi)部最高溫度計算值為60.2℃，第二層內(nèi)部最高溫度計算值為61.7℃，第三層（含下塔柱）內(nèi)部最高溫度計算值為65.0℃，溫峰出現(xiàn)時間約為澆筑后第2～3天，內(nèi)部最高溫度包絡(luò)圖見圖3。

圖3 主塔承臺（含下塔柱）最高溫度包絡(luò)圖（單位：℃）

從圖3可以看出混凝土內(nèi)部溫度較高、散熱較慢，冷卻水管布置（附圖1）采取了優(yōu)化承臺中間部位水管布置的方式以控制其內(nèi)部溫升。

從表2可以看出，承臺第一層混凝土因?qū)雍褫^小，早期（3d）應(yīng)力較小，后期約束條件增加，應(yīng)力水平較高。受澆筑層較厚較大影響，第二層、第三層混凝土早期（3d）應(yīng)力發(fā)展較快，集中于構(gòu)件表面；7d后有部分應(yīng)力向承臺內(nèi)部轉(zhuǎn)移并逐漸發(fā)展至穩(wěn)定水平。因合理地采取了強約束區(qū)分層澆筑的方式，承臺各澆筑層各齡期最小抗裂安全系數(shù)為1.42，安全系數(shù)較高（≥1.4），抗開裂能力較強?？筛鶕?jù)工況采取常規(guī)溫控措施，做好表面保溫保濕養(yǎng)護(hù)工作，控制內(nèi)表溫差以避免主塔承臺混凝土出現(xiàn)干縮裂縫及有害溫度裂縫。

表2 主塔承臺（含下塔柱）溫度應(yīng)力場結(jié)果

齡期 3d 7d 28d 半年

第一層溫度應(yīng)力（Mpa） 0.69 1.42 2.15 2.35

第二層溫度應(yīng)力（Mpa） 1.10 0.93 1.80 1.64

第三層溫度應(yīng)力（Mpa） 1.13 1.03 1.67 1.46

承臺最小安全系數(shù) 1.42 1.69 1.63 1.62

下塔柱溫度應(yīng)力（Mpa） 1.65 2.0 1.36 1.11

下塔柱安全系數(shù) 1.21 1.70 3.09 4.05

從表2可以看出，主塔下塔柱空心段因混凝土內(nèi)部溫升大同時散熱面積較大造成早期內(nèi)表溫差偏大，在下塔柱與承臺交界處存在應(yīng)力集中。后期因未考慮上部構(gòu)件的澆筑，應(yīng)力消散較快。下塔柱3d最小抗裂安全系數(shù)為1.21，低于安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)1.4，抗開裂能力不足，早齡期需加強其上表面及側(cè)面的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，延長帶模養(yǎng)護(hù)時間。必要時可采取一定的防裂附加措施，如采用水化熱減低劑混凝土、使用透水模板布、使用防裂鋼筋網(wǎng)等，避免主塔混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫。

4.結(jié)束語

綜上所述，（1）對于我們主墩2m、3m、3m的分層，混凝土的澆筑高度較大，應(yīng)該掛設(shè)串桶，防止混凝土離析。（2）在振搗過程中，振搗時，振搗棒應(yīng)插入混凝土內(nèi)，上層混凝土振搗時應(yīng)將振搗棒插入下層混凝土內(nèi)5～10cm，每一處振搗應(yīng)遵守快插慢拔的原則，必須振搗至該處混凝土不再下降，氣泡不再冒出，表面出現(xiàn)泛漿為止。（3）控制保護(hù)層厚度的方法：設(shè)置定位鋼筋，并配和有保護(hù)層墊塊。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志剛，魏寧.露水河大橋主墩承臺大體積混凝土施工技術(shù)[J].福建建材，2011（01）.

[2]余喜平.東華大橋主墩承臺疏水化合孔栓物混凝土施工技術(shù)[J].福建建設(shè)科技，2012（04）.