某特大橋主墩承臺大體積混凝土施工質(zhì)量控制

秦 新 朝

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 611130）

0 前 言

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國大橋跨度、建設(shè)水平、建設(shè)質(zhì)量已經(jīng)位居世界前列。大型橋梁的承臺往往都采用大體積混凝土建造，大體積承臺具有體積大、施工條件復(fù)雜、鋼筋布置密集、預(yù)埋件多等特點(diǎn)。施工中由于水泥水化熱機(jī)理的復(fù)雜性，如控制不當(dāng)容易造成混凝土開裂，嚴(yán)重影響橋梁的建設(shè)質(zhì)量，因此，如何確保大體積混凝土的施工質(zhì)量，加快工程進(jìn)度是目前亟需解決的問題。

某特大橋位于兩河口水電站庫區(qū)復(fù)建縣道XV02線密貴溝至瓦日鄉(xiāng)，橋長560.4 m，橋梁結(jié)構(gòu)形式為5×16 m連續(xù)板梁+（110 m+200 m+110 m）連續(xù)剛構(gòu)+3 m×16 m連續(xù)板梁。該特大橋6號、7號主墩基礎(chǔ)為群樁承臺基礎(chǔ)，樁徑2.5 m，樁深35～45 m，承臺尺寸為16.5 m×16.5 m×6 m，鋼筋制安126 t，屬大體積混凝土，混凝土設(shè)計標(biāo)號C40。

1 施工工藝

工藝流程：鑿樁頭、澆注承臺基底墊層混凝土→測量放樣、綁扎承臺鋼筋→安裝冷卻水管、測溫元件→安裝模板→澆筑第一層承臺混凝土→養(yǎng)護(hù)、施工縫處理、預(yù)埋墩身鋼筋及預(yù)埋件→澆筑第二層承臺混凝土→養(yǎng)護(hù)及拆模、冷卻管壓漿封閉。

1.1 鑿樁頭、澆注承臺基底墊層混凝土

本橋樁基礎(chǔ)采用人工挖孔工藝施工，灌注時樁頭預(yù)留20～30 cm鑿除段。鑿除樁頭時采用空壓機(jī)結(jié)合人工鑿除，鑿除過程中應(yīng)注意保護(hù)主筋且保證不擾動設(shè)計樁頂以下的樁身混凝土。樁頭鑿除完畢后復(fù)測樁頂高程并驗(yàn)收，確認(rèn)合格后由第三方檢測單位進(jìn)行樁基檢測工作。樁基檢測合格后，進(jìn)行墊層混凝土澆筑，根據(jù)設(shè)計要求澆筑墊層厚度為20 cm，混凝土標(biāo)號C30，墊層混凝土頂面標(biāo)高與承臺底標(biāo)高一致。

1.2 測量放樣、綁扎承臺鋼筋

承臺鋼筋綁扎前按照測量要求進(jìn)行放樣，平面控制測量和高程控制測量應(yīng)滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG／T F50-2011）。承臺鋼筋在鋼筋加工廠統(tǒng)一加工，墊層澆筑完畢后開始按照設(shè)計要求安裝承臺鋼筋。承臺鋼筋應(yīng)首先安裝底層防裂鋼筋網(wǎng)，底層防裂鋼筋網(wǎng)安裝完成后安裝承臺底主筋，并同時安裝樁基鋼筋深入承臺部分的繞筋。承臺頂面鋼筋安裝時采取設(shè)置支撐骨架的方法，防止頂面鋼筋塌陷或變形。鋼筋安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行，各類鋼筋的間距、數(shù)量、保護(hù)層厚度等參數(shù)必須符合設(shè)計值及規(guī)范要求。直徑16 mm的鋼筋采用雙面搭接焊，其余采用直螺紋套筒連接，接頭位置按規(guī)范要求相互錯開。根據(jù)設(shè)計要求，在承臺四周最外層及頂層設(shè)置一層Ф6.5 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距8 cm。

1.3 安裝冷卻水管、測溫元件

6號、7號主墩大體積承臺混凝土冷卻管采用具有一定剛度的Φ48 mm×3.5 mm的無縫鋼管，單獨(dú)的架立角鋼（∠75 mm×6 mm）骨架支撐固定。按照6.0 m高度予以考慮，沿豎向布置冷卻管6層，其垂直間距和水平間距均為1.0 m，進(jìn)水口引出混凝土頂面0.3 m，出水口有調(diào)節(jié)流量的水閥和測流量設(shè)備。布管時冷卻管要與承臺主筋錯開，當(dāng)局部管段錯開有困難時，要適當(dāng)移動冷卻管的位置，但間隔不得大于1.2 m。冷卻管必須綁扎牢固，防止混凝土澆筑過程中，冷卻管變形或接頭脫落而發(fā)生堵水或漏水。冷卻管轉(zhuǎn)彎處采用90°的緩沖彎頭，冷卻管安裝完成后，將進(jìn)水管、出水管，水泵接通進(jìn)行通水試驗(yàn)，要求水管暢通且不漏水。

為了準(zhǔn)確測量、監(jiān)控混凝土芯部溫度，指導(dǎo)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，確保大體積混凝土的施工質(zhì)量，在承臺內(nèi)外合理地布設(shè)測溫裝置。

（1）內(nèi)部測溫設(shè)備。在結(jié)構(gòu)的平面位置上按照“井”字形均勻布置4個測溫點(diǎn)，每個測溫點(diǎn)在豎向位置上（距承臺底部0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m）布置6個溫度應(yīng)變片（由下至上編號為1～6號），利用導(dǎo)線引出地面，用溫度顯示儀采集數(shù)據(jù)。

（2）冷卻管進(jìn)出水測溫。在進(jìn)水口與出水口設(shè)三通管，采用電子溫度儀測溫度。

（3）環(huán)境溫度。在施工現(xiàn)場采用電子測溫儀測溫。

1.4 安裝模板

本承臺采用模板一次安裝、分兩層澆筑混凝土的工藝進(jìn)行，承臺模板采用大塊定型鋼木模板，模板安裝在鋼筋綁扎完畢后進(jìn)行。采用繃線法調(diào)直，吊垂球法控制其垂直度。模板的加固主要采用內(nèi)拉方式（縱、橫向）同時進(jìn)行，拉筋采用Φ22 mm鋼筋，按每100 cm一層，同一層中相鄰拉筋間距為80 cm布設(shè)；同時在外部輔以一定支撐，確保模板穩(wěn)定牢固、尺寸準(zhǔn)確。

1.5 澆筑第一層承臺混凝土

模板安裝完成后，及時進(jìn)行混凝土的澆筑，混凝土在拌和站集中拌和，用罐車運(yùn)至現(xiàn)場，再經(jīng)輸送泵輸送入模進(jìn)行澆筑。因混凝土方量大，澆筑時間長，澆筑過程必須嚴(yán)密組織施工，嚴(yán)格控制施工時間，保證整個施工過程在可控中進(jìn)行（具體準(zhǔn)備組織事項(xiàng)見下一節(jié)倉面設(shè)計）。

1.6 養(yǎng)護(hù)、施工縫處理、預(yù)埋墩身鋼筋及預(yù)埋件

混凝土澆筑完畢終凝前，根據(jù)氣候條件對大體積混凝土采取保溫保濕措施，按需要測定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫度控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)?；炷翝仓戤吅髴?yīng)立即覆蓋一層塑料薄膜，對混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，以防水分蒸發(fā)過快產(chǎn)生干縮縫。同時，可視溫度情況在塑料薄膜上覆蓋土工布，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。保溫是為了保持混凝土表面溫度不至過快散失，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫，澆筑后的養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。

混凝土澆筑完畢強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后，采用人工鑿毛將老混凝土表面含游離石灰的水泥膜（乳皮）清除，并使表層石子半露，形成有利于層間結(jié)合的麻面。施工縫鑿毛后，應(yīng)及時沖洗確保其表面無渣、無塵。然后開始綁扎預(yù)埋墩身鋼筋及預(yù)埋件，綁扎完畢后，對混凝土面進(jìn)行二次清洗，確保表面無渣、無塵后才能澆筑第二層混凝土。

1.7 澆筑第二層承臺混凝土

施工工藝同澆筑第一層承臺混凝土類似。澆注達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后的混凝土，應(yīng)由專門的抹面人員收面找平。根據(jù)柱筋上的控制標(biāo)高，拉線控制混凝土上表面的標(biāo)高，并用木抹子收平混凝土面。澆筑后的混凝土初凝開始至終凝前，對找平收面的混凝土再次收面抹壓，消除由于混凝土干縮造成的細(xì)微裂縫，并把面層收成毛光。該工序在必要時應(yīng)多次進(jìn)行，保證混凝土表面無裂縫。

1.8 養(yǎng)護(hù)及拆模、冷卻管壓漿封閉

養(yǎng)護(hù)方式同上文所述，混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后可拆除模板?；炷羶?nèi)部溫度降低到設(shè)計要求時，可終止冷卻水管循環(huán)系統(tǒng)，并對冷卻水管進(jìn)行壓漿封閉。采用壓漿泵進(jìn)行壓漿，壓漿前用空壓機(jī)吹盡管道內(nèi)雜物及積水，水泥漿調(diào)制均勻后，須經(jīng)2.5 mm×2.5 mm的濾網(wǎng)過濾后方可壓入管道。出漿口出漿濃度與進(jìn)漿濃度一致后，先關(guān)閉出漿口，進(jìn)漿口在0.5～0.6 MPa壓力下保持2 min，以確保壓入的漿體飽滿密實(shí)。

2 倉面設(shè)計

因承臺混凝土澆筑方量較大，澆筑前必須進(jìn)行倉面設(shè)計。

2.1 配合比設(shè)計

大體積混凝土配合比設(shè)計，除應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》（JGJ55～2011）外，更重要的是應(yīng)通過實(shí)際配制試驗(yàn)確定。該特大橋承臺C40混凝土設(shè)計配合比為水泥374 kg、砂773 kg、碎石 1 025 kg、水 164 kg、粉煤灰 93 kg、外加劑5.62 kg，單位體積重量2 430 kg。

2.2 倉面組成

6號、7號承臺尺寸為16.5 m×16.5 m×6 m，總方量為1 633.5 m3，分兩層澆筑，每層澆筑高度3 m，澆筑方量816.75 m3。澆筑時倉面分為9個布料及振搗區(qū)，按分區(qū)編號順序分區(qū)、分層連續(xù)布料及振搗，布料厚度每層不超過30 cm，具體如圖1所示。

圖1 澆筑倉面組成示意（單位：m）

2.3 人員、材料、機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備情況

管理人員設(shè)置倉面負(fù)責(zé)人、技術(shù)員、安全員、資料員、溫控負(fù)責(zé)人。施工人員設(shè)置澆筑振搗人員、養(yǎng)護(hù)人員、溫控人員。每次承臺大體積混凝土澆筑前至少按照施工需求量的120%儲備原材料。機(jī)械設(shè)備有：攪拌機(jī)2臺，每小時生產(chǎn)能力50 m3；車載泵2臺（其中1臺備用），每小時泵送能力80 m3；罐車4臺，總裝載能力44 m3（2臺10 m3罐車，2臺12 m3罐車）。

2.4 施工方法和施工順序

混凝土設(shè)計初凝時間為4 h，分區(qū)分層澆筑，每層澆筑厚度30 cm，澆筑方量約81 m3，每層按泵車每小時泵送30 m3計算，最長覆蓋時間不超過3 h，滿足施工要求。上一分區(qū)澆筑完成一層混凝土后將泵管移動到相鄰的下一分區(qū)繼續(xù)澆筑，上一分區(qū)進(jìn)行振搗施工，振搗時間控制在30 s以內(nèi)，初次振搗后30 min后再次振搗。上一層混凝土振搗時振搗棒應(yīng)深入下一層混凝土10 cm左右。依次布料，所有分區(qū)澆筑完一層混凝土后重新從分區(qū)1開始澆筑下一層混凝土，循環(huán)澆筑至完成。澆筑時每層冷卻水管被覆蓋后立即開始通水循環(huán)。澆筑完成后混凝土頂面覆蓋薄膜并灑水養(yǎng)護(hù)，日照強(qiáng)烈天氣可在承臺頂面覆蓋一層彩條布保護(hù)混凝土面，安排施工人員24 h值班養(yǎng)護(hù)，澆筑完成72 h以內(nèi)每2 h灑水一次，72 h以后6 h灑水一次。

澆筑前先對冷卻水管通水進(jìn)行水密性試驗(yàn)，滿足要求后開始澆筑混凝土。澆筑分區(qū)共分為9個，澆筑時由遠(yuǎn)及近，按“分區(qū)1→分區(qū)2→分區(qū)3→分區(qū)6→分區(qū)5→分區(qū)4→分區(qū)7→分區(qū)8→分區(qū)9”的順序逐層施工直至澆筑完成。

2.5 施工過程注意事項(xiàng)及過程記錄

混凝土澆筑前，對全體施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底；認(rèn)真檢查拌和設(shè)備、罐車、輸送泵的完好情況；澆筑混凝土前搭設(shè)防雨篷，澆筑前及澆筑過程中應(yīng)及時測定砂石含水率（特別是雨期施工時），確?；炷僚浜媳鹊臏?zhǔn)確性；控制并記錄好混凝土出機(jī)溫度、澆筑溫度；試驗(yàn)人員在現(xiàn)場應(yīng)做混凝土坍落度等試驗(yàn)，控制好混凝土的施工性能；混凝土入模時應(yīng)配備一定數(shù)量的鋼串筒，確保混凝土傾落高度不超過2 m，混凝土不得堆積，振動棒操作人員應(yīng)安排有操作經(jīng)驗(yàn)的人員擔(dān)任，不得用振搗棒趕混凝土，避免振動棒碰撞模板、墩身預(yù)埋鋼筋或其它預(yù)埋件，混凝土澆筑、振搗過程泌水嚴(yán)重時及時引流抽排；在混凝土澆筑過程中，必須安排專人對模板、支撐進(jìn)行觀察，如有變形、移位、沉陷等應(yīng)立即校正并加固，待處理合格后方可繼續(xù)澆筑混凝土。

該特大橋6號、7號承臺一共分四次澆筑完成，四次澆筑分別用時30 h、24 h、25 h、23 h，澆筑速度分別為 27.2 m3／h、34 m3／h、32.7 m3／h、35.5 m3／h，施工過程中泵車、拌合站、罐車均運(yùn)行正常，現(xiàn)場實(shí)測混凝土塌落度172～177 mm，滿足設(shè)計塌落度140～200 mm要求，共取樣36組，測試強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。

3 溫度控制

3.1 溫控總體要求

根據(jù)設(shè)計要求，該特大橋6號、7號主墩為大體積混凝土，需要采取溫控措施。大體積混凝土的溫度控制宜按照“內(nèi)降外?！钡脑瓌t，對混凝土內(nèi)部采取設(shè)置冷卻水管通循環(huán)水冷卻，對混凝土外部采取覆蓋蓄熱或蓄水保溫等。

混凝土開始澆筑前，首先測量環(huán)境溫度。第一車混凝土入模并振搗完成后，測量澆筑溫度，且每層混凝土都要測量澆筑溫度?；炷翝仓瓿梢院?，為保證大體積混凝土的質(zhì)量，測溫點(diǎn)進(jìn)行24 h連續(xù)測溫，同步監(jiān)控水流的各進(jìn)出水管溫度。通過對測溫數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、分析，及時指導(dǎo)現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護(hù)；通過調(diào)節(jié)冷卻水流量及進(jìn)水溫度等方法，來調(diào)控混凝土內(nèi)部溫度；通過改變混凝土表層養(yǎng)護(hù)手段，調(diào)控混凝土表層溫度。

3.2 溫控標(biāo)準(zhǔn)

（1）澆筑溫度?；炷寥雮}并經(jīng)過平倉振搗后，在上層混凝土覆蓋前距混凝土表面10～15 cm處的溫度為澆筑溫度，控制澆筑溫度對降低混凝土內(nèi)部最高溫度具有重要意義。夏季應(yīng)控制混凝土澆筑溫度不高于28℃。冬季應(yīng)控制混凝土澆筑溫度不低于5℃。

（2）內(nèi)表溫差。大體積混凝土塊體內(nèi)部斷面最高溫度與表面溫度之差為內(nèi)表溫差。為防止混凝土內(nèi)外溫差過大引起表面裂縫，施工中需將混凝土內(nèi)表溫差控制在25℃以內(nèi)，表面溫度與大氣溫度差須在20℃以內(nèi)，且混凝土內(nèi)部最高溫度不高于75℃。

（3）降溫速率?？刂平禍厮俾士墒够炷羶?nèi)部溫度應(yīng)力得到及時釋放，對減少溫度裂縫具有重要意義。在混凝土內(nèi)部通水降溫時，進(jìn)出口水的溫度差宜小于或等于10℃，且水溫與內(nèi)部混凝土的溫差宜不大于20℃，降溫速率宜不大于2℃／d。

3.3 測溫制度

混凝土拌制過程應(yīng)對使用的砂、石、水泥、粉煤灰、水等進(jìn)行溫度測量，并做好記錄，每班要對出罐溫度進(jìn)行測量。

澆筑養(yǎng)護(hù)過程測溫，澆筑完成后即開始24 h連續(xù)測溫，前三天溫升階段2 h測一次，降溫開始后可4 h測一次，14 d后改為8 h測一次，每次測溫同時測定大氣溫度并真實(shí)填寫測溫記錄表。

3.4 溫度記錄

6號、7號承臺每次澆筑混凝土均按設(shè)計要求進(jìn)行了嚴(yán)格的測溫記錄，并依據(jù)測溫記錄對養(yǎng)護(hù)用水的溫度、流量進(jìn)行調(diào)整，下面以6號墩承臺第二次澆筑為例進(jìn)行分析（見表1）。6號墩承臺第二次澆筑共計用時24 h，澆筑強(qiáng)度為34 m3／h。自混凝土澆筑完成后開始連續(xù)測溫，以下為混凝土內(nèi)部及進(jìn)出水溫度記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)（選取1號、3號對角點(diǎn)為例），1號、3號測溫點(diǎn)溫度變化曲線見圖2、3。

表1 6號墩承臺第二次澆筑混凝土溫度記錄 ℃

圖2 1號測溫點(diǎn)溫度變化曲線

圖3 3號測溫點(diǎn)溫度變化曲線

3.5 溫度變化趨勢分析

自混凝土開始澆筑3天后（澆筑完成2天后），溫升達(dá)到最大值，最高溫度59.5℃。進(jìn)水口溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度溫差為28.5℃，出水口溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度溫差為21.4℃，進(jìn)水口與出水口的最高溫差為7.5℃。

混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最大值之后第1天，受水泥水化熱持續(xù)影響，1天降溫2～3℃，之后進(jìn)入2～3天明顯降溫階段，大約5～6℃／d，隨后又進(jìn)入平穩(wěn)降溫階段，大約2～3℃／d。

4 結(jié) 論

該特大橋6號、7號主墩大體積混凝土承臺順利完成，拆模后表面光潔，無施工冷縫和溫度裂縫，證明所采取的施工方法、養(yǎng)護(hù)措施、降溫措施是正確有效的。說明充分的準(zhǔn)備工作、詳盡的倉面設(shè)計、合理的人員機(jī)械及技術(shù)交底是大體積混凝土順利完成的前提，合理選用水泥、砂石骨料、外加劑等原材料質(zhì)量，加強(qiáng)施工過程控制、保溫保濕養(yǎng)護(hù)以及合理的降溫措施是保證大體積混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵。