大橋主墩承臺大體積混凝土施工溫控技術(shù)分析

婁松方

摘要 澆筑混凝土過程中，因水化反應而產(chǎn)生過大熱能，若澆筑混凝土量較大，則熱量更多。熱量積累在結(jié)構(gòu)內(nèi)部后短時間內(nèi)難以消散，混凝土內(nèi)外溫差較大，嚴重的會導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。文章依托某大橋項目施工實踐，分析了承臺大體積混凝土溫控方案，主要為優(yōu)化原材料選擇及混凝土配合比、分層澆筑承臺大體積混凝土、科學埋設及控制承臺冷卻管等;提出了承臺混凝土溫度監(jiān)測的內(nèi)容、要求、標準及布設測溫點的措施，經(jīng)分析監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)，該文采取的溫控技術(shù)、措施有效，可在同類型項目中推廣應用。

關(guān)鍵詞 橋梁承臺工程;大體積混凝土;溫控技術(shù)

中圖分類號 U445.55 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0151-03

0 引言

混凝土廣泛應用于建筑領(lǐng)域，尤其是橋梁建設。但混凝土澆筑時有水化反應，產(chǎn)生熱量，混凝土澆筑量越多，產(chǎn)生熱量越多，積累在內(nèi)部，短時間內(nèi)難以消散，導致混凝土內(nèi)部溫度較高，外部溫度較低，內(nèi)外溫差較大則會影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。該文依托某特大橋項目施工實踐，研究了控溫技術(shù)和措施，經(jīng)溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該項目采取的措施富有成效，可大力推廣。

1 工程概況

某高速公路大橋，全長964 m，主橋長度為（80+2×125+75）m，結(jié)構(gòu)形式為預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)形式，該橋梁主橋橋墩為9#墩、10#墩和11#墩，其承臺橫橋向長22 m，順橋向?qū)?.3 m，高4 m。主墩承臺采用C30混凝土澆筑，單個澆筑方量約為782.674 m，屬典型的大體積混凝土，施工階段需采用溫控技術(shù)。

2 承臺大體積混凝土溫控方案

2.1 原材料選擇和混凝土配合比優(yōu)化

通過降低水化熱將混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差有效降低，可以采取優(yōu)化配合比的措施實現(xiàn)[1]：

（1）優(yōu)選水泥、調(diào)整外加劑、優(yōu)化摻料等，設置多組試驗對比分析，保障施工質(zhì)量和效果的前提下，適當降低水泥用量，控制產(chǎn)生熱量[1]。

（2）混凝土施工多為泵送形式，具有顯著優(yōu)勢，如施工便捷、效率更高等，但同時必須提升混凝土的粘聚性、和易性，經(jīng)項目實踐，表1所示為優(yōu)化后C30混凝土配合比。

2.2 承臺大體積混凝土分層澆筑措施

澆筑混凝土結(jié)合斜面分層法、全面分層法，將混凝土早期散熱問題有效解決：

（1）全面分層法，常依托結(jié)構(gòu)長邊開展施工，下層混凝土初凝完成后實施第二層澆筑[2]，圖1所示為具體澆筑示意圖。

（2）斜面分層法，結(jié)構(gòu)厚度與長度比低于1/3時，自下而上振搗，杜絕出現(xiàn)施工縫，圖2所示為具體施工方法。

（3）該項目澆筑承臺底層3 m采取斜面分層法，澆筑頂層2 m采取全面分層法。

2.3 承臺冷卻管埋設及控制要求

若承臺結(jié)構(gòu)尺寸較大，常采取一次性澆筑施工措施，除優(yōu)化配合比、減少水化熱對溫度進行控制外，還可以在承臺內(nèi)部加設冷卻管，實施水循環(huán)等措施，將多余熱量帶出，有效控制內(nèi)部溫度，降低內(nèi)外溫差。

（1）該項目選擇Φ50×2.5 mm焊管作為冷卻管布設在承臺中，為有效規(guī)避冷卻管長時間置于混凝土中產(chǎn)生的堵管問題，該項目采取單層獨設冷卻管形式循環(huán)水。

（2）該項目共設冷卻管4層，同時可以根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)厚度調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，科學進行溫度調(diào)節(jié)和控制[3]。

2.4 承臺大體積混凝土的合理養(yǎng)護

混凝土澆筑后，科學實施養(yǎng)護，有效規(guī)避開裂通病?；炷翝仓螅菀壮霈F(xiàn)干縮裂縫，主要是因為養(yǎng)護混凝土前期措施不當，導致水分散失較快，水泥顆粒未及時與水結(jié)合而發(fā)熱，穩(wěn)定結(jié)晶未形成，導致強度不足，最終出現(xiàn)干縮裂縫。必須加強養(yǎng)護措施，確?；炷帘砻鏉駶?。

（1）養(yǎng)護混凝土的重要措施之一為控制溫度，一般采取內(nèi)部結(jié)合外部的控制措施。內(nèi)部措施為依托循環(huán)冷卻水，實施物理降溫，降低因水化熱導致的溫度升高，實現(xiàn)溫度控制;外部措施則為，混凝土終凝前，通過麻袋、塑料薄膜、海綿等保溫材料，覆蓋混凝土表面，有效阻斷結(jié)構(gòu)外表面和環(huán)境，科學控制內(nèi)外溫差，該措施為保溫法。通過上述“內(nèi)降溫、外控溫”的內(nèi)外結(jié)合措施，避免出現(xiàn)溫度裂縫[4]。

（2）根據(jù)施工情況，有效增加養(yǎng)護時長。因該項目在冬季開展承臺施工，外界溫度較低，混凝土內(nèi)部水化速度較慢，需較長時間才能達到相應要求，且水分散失更快，所以，溫度、濕度必須與養(yǎng)護條件相符，確保結(jié)構(gòu)表面更加濕潤，同時依托養(yǎng)護情況安排合適時間實施養(yǎng)護施工，該項目養(yǎng)護時間超過3周。同時，養(yǎng)護時間段內(nèi)，若混凝土強度大于2.5 MPa，才能附加載荷，如進行模板施工等，不然會對整體結(jié)構(gòu)造成影響[5]。

（3）科學規(guī)劃實施拆模。模板拆除前，應首先明確混凝土強度，了解其表面溫度與環(huán)境溫度差。一般而言，強度必須大于10 MPa，且溫差不應大于20 ℃，滿足上述兩個條件后，方可拆除模板。拆除模板過程中，應重視保護結(jié)構(gòu)，確保表面完整性。拆除模板時及拆除后，還需繼續(xù)實施保溫措施，同時進行灑水養(yǎng)護[6]。

3 承臺混凝土溫度監(jiān)測

施工時應強化監(jiān)測和溫度控制，將測試點布設于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，實施信息化控制措施，對混凝土內(nèi)部溫度變化情況及時獲取，溫度監(jiān)測的流程如下：

3.1 監(jiān)測內(nèi)容及基本要求

溫度監(jiān)測由兩部分組成，一部分為監(jiān)測混凝土溫度，另一部分為監(jiān)測環(huán)境溫度：

（1）混凝土溫度是施工階段控溫的主要指標之一，需要重點監(jiān)測施工前、施工中和施工后的溫度數(shù)據(jù)，了解其變化情況。監(jiān)測內(nèi)容主要包含以下幾部分：混凝土完成拌和制備溫度、入模溫度、澆筑溫度、控溫措施后的溫度等，尤其是澆筑混凝土后，可以根據(jù)監(jiān)測的溫度有針對性地采取養(yǎng)護措施，隨時調(diào)整養(yǎng)護措施，提升養(yǎng)護的精確性，需予以重視[7]。

（2）環(huán)境溫度。影響環(huán)境溫度的因素有很多，如施工季節(jié)、施工當天天氣狀況、養(yǎng)護情況等。

3.2 承臺混凝土溫度控制標準

根據(jù)現(xiàn)行大體積混凝土施工標準和要求，與該項目施工情況相結(jié)合，確定下列控制混凝土溫度指標：

（1）嚴格控制混凝土入模溫度，通常入模溫度介于5 ℃至≤28 ℃之間。

（2）混凝土內(nèi)部溫度最大值不應超過75 ℃，對比入模溫度，二者溫差不應超過50 ℃。

（3）從整體上看，內(nèi)外溫度應控制在25 ℃以下。

（4）溫度降低時，降溫速度應低于2 ℃/d。

（5）降溫過程中，進出口處冷卻水溫差小于10 ℃。

（6）若要拆模，必須確保承臺環(huán)境溫度與表面溫度差低于20 ℃[8]。

3.3 承臺溫度監(jiān)測點的布置

澆筑承臺階段應加強監(jiān)測，將溫度傳感器布設25%的區(qū)域，垂直方向分層設置傳感器，對結(jié)構(gòu)中的測點位置應均勻設置，尤其是承臺結(jié)構(gòu)的重點區(qū)域[9]，圖3和圖4所示為布設測點示意圖。

4 溫度監(jiān)測結(jié)果與分析

收集各測點溫度數(shù)據(jù)，形成表2所示的測試結(jié)果，根據(jù)該表數(shù)據(jù)進行分析。

（1）承臺混凝土溫度變化呈典型的前期快速升溫，后期下降的特點。一般升溫期為2～3 d，達到最高溫度后，經(jīng)計算斷面平均最高溫度介于39.05～56.09 ℃之間。

（2）分析各測點數(shù)據(jù)，與中心距離越近，則升溫值越大，代表水化反應較為激烈，釋放大量熱量，且消散速度較慢，導致溫度快速提升，需對重點區(qū)域加強溫度監(jiān)測。

（3）經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，各層斷面最大溫差介于18.38～24.09 ℃之間，滿足相關(guān)標準要求。

（4）經(jīng)監(jiān)測，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度最高值介于41.27 ～59.41 ℃之間，均滿足相應峰值標準，同時溫度峰值出現(xiàn)后持續(xù)時間較短[10]。

5 結(jié)論

對大體積混凝土澆筑施工而言，溫度監(jiān)測至關(guān)重要，通過多種措施，如優(yōu)化配合比、科學分層澆筑、“內(nèi)控溫、外保溫”等，輔以信息化監(jiān)測措施，及時了解內(nèi)外溫度情況，同時有針對性地進行調(diào)整，對溫度裂縫有效控制，從而提升混凝土施工質(zhì)量。該大橋項目施工實踐表明，各項溫控措施科學有效，施工后未有溫度裂縫出現(xiàn)，工程質(zhì)量高，經(jīng)濟效益好，值得在同類型工程中推廣應用。

參考文獻

[1]劉哲， 李桐， 于藝林， 等. 東洲湘江大橋水中墩大體積承臺施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù)， 2017（S2）： 826-830.

[2]劉文忠， 李友明， 徐天良. 高墩大跨曲線連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)行為分析[J]. 公路與汽運， 2013（4）： 186-188.

[3]劉杰， 趙超. 缺水山區(qū)大體積混凝土溫控技術(shù)[J]. 中外公路， 2015（3）： 188-191.

[4]楊朋， 李建新， 鮑樹峰， 等. 某大橋主橋索塔承臺大體積混凝土溫度控制[J]. 江西建材， 2021（12）： 252-253+256.

[5]趙健， 田亮， 高偉. 混凝土水化效應的抗裂性能優(yōu)化與數(shù)值模擬分析[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2017（8）： 5-8+17.

[6]李根林. 淺析路橋施工中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因及防裂技[J]. 福建質(zhì)量管理， 2016（5）： 132-133.

[7]劉江明， 王偉男， 喬陽， 等. 承臺及橋墩大體積混凝土溫度與應力場控制研究[J]. 國防交通工程與技術(shù)， 2022 （2）： 71-74+77.

[8]毛振龍， 吳源華， 張際斌， 等. 體育場大體積混凝土溫度場分析及監(jiān)控[J]. 低溫建筑技術(shù)， 2022（1）： 70-76.

[9]沈曉雷， 周茂強， 葛暢. 高樁承臺海上升壓站大體積混凝土承臺施工技術(shù)[C]//. 2020年全國土木工程施工技術(shù)交流會論文集（上冊）， 2020.

[10]秦文濤， 郭小坤， 郭軍峰， 等.? 低海拔河谷熱壩區(qū)橋梁大體積承臺施工溫度控制技術(shù)研究[C]//. 第二屆工程總承包項目管理經(jīng)驗交流會暨2019中國建筑學會工程總承包專業(yè)委員會年會論文集， 2019.