济南黄河特大桥大体积承台混凝土施工控制

■ 景兆德 但唐进 古燕

京沪高速铁路济南黄河特大桥位于济南市区西外环，主桥桥墩位于黄河主河道内，其设计为京沪高速铁路和太青客运专线四线共建。主桥大体积承台4个，桥墩承台为长方体，承台平面尺寸为42.5 m×23.3 m，承台高度为6 m。承台混凝土量为6 000 m3，如施工和养护不当将造成承台混凝土内外温差很高，产生温度裂缝，引起质量事故。

1 机理分析

大体积承台混凝土用量大，结构横截面面积大，水化热不能及时释放，易造成混凝土芯部温度过高。当混凝土芯部温度与表面温差过大时，混凝土内部形成裂缝。裂缝是因混凝土干缩、温缩变形受到约束作用引起的约束拉伸开裂。混凝土随温度、湿度变化产生胀缩变形，收缩变形受约束作用产生拉应变和拉应力，拉应变或拉应力超过混凝土承耐能力即产生裂纹。混凝土结构在施工期及以后使用中，因温度、湿度变化并由此引发收缩变形很常见，而收缩变形受外部、内部约束作用在所难免。混凝土抗拉伸能力很弱，因此容易出现收缩裂缝。水泥水化热大，混凝土放热，其内部温度变化使湿度也产生变化。若混凝土芯部温度与表面温度控制不当将出现干缩、温缩变形，产生裂缝。有些混凝土裂缝是“表面性”的，对工程结构的承载能力或使用功能暂无任何影响，但不能保证混凝土的耐久性；有些裂缝具有“结构性”，使表面结构力学性能、使用功能或工程整体性能受到某种损害，个别裂缝将会对混凝土结构造成破坏，导致工程结构渗水、溶蚀或诱发钢筋锈蚀，损坏结构使用功能或降低工程耐久性。混凝土裂缝是影响工程质量的重要因素之一，必须控制好大体积承台混凝土的施工准备、浇筑和养护过程，确保工程质量。

2 大体积承台混凝土施工

混凝土水化热是因其内部胶凝材料水化化学反应产生的热量，其中水泥放热量最大。因此，混凝土配比在保证其强度等性能指标前提下，降低水泥用量可从根本上降低混凝土芯部温度，让混凝土以较低的温度入模。混凝土养护期间，通过混凝土内部预埋的冷却管，利用循环水降低混凝土芯部温度。因此，混凝土配比、混凝土生产和养护施工是大体积承台混凝土质量控制的3个重要环节，其中养护施工尤为重要。

2.1 前期混凝土配合比

大体积承台混凝土在保证其强度和坍落度的前提下，应尽量提高矿物掺和料和集料含量，降低每立方米混凝土的水泥用量。在施工许可条件内，应尽可能降低用水量，减小水灰比，减少水泥总发热量，降低混凝土芯部温度。掺入矿物掺和料可提高混凝土的抗渗性，延长使用寿命。

胶凝材料浆体组成中，集料含量越大，混凝土收缩值越小。集料体积在68%～70%时，对收缩的影响最敏感。从减少混凝土收缩角度看，集料体积大于70%时最有利。适当的砂率对控制混凝土裂缝有积极作用，混凝土的收缩随砂率的增大而增大，过高的砂率使混凝土结构表层产生较厚的砂浆层，不利于控制混凝土裂缝。

采用最佳粗集料级配，避免使用粒径分布集中、中间粒级颗粒少的粗集料。采用少量小粒级石子调整级配，使其级配曲线接近级配要求下限，且含有一定量的2.5～10 mm集料时，可在一定程度上减少混凝土的收缩。同时选用合适的减水剂，减少混凝土用水量，在保证混凝土流动性的前提下，可以减少水泥用量。减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，提高混凝土的抗裂性。减水剂的运用可改善混凝土的和易性，方便施工。

通过多次混凝土试配，确定水胶比为0.38。混凝土原材料用量见表1，混凝土性能见表2。

混凝土含气量为5.1%，未出现泌水现象。混凝土掺合料掺量较大，初始混凝土前期水化发热量较小，有利于混凝土养护温度的控制，避免出现混凝土温度裂缝。

2.2 大体积混凝土施工

根据设计要求，承台分2次浇筑，每层浇筑2 m。承台混凝土芯部预理水管，通过循环冷却水降低混凝土芯部温度。冷却在混凝土浇筑完成后进行，可有效控制因混凝土内外温差引起的结构物开裂。

（1）冷却管布设。冷却水管采用直径25 mm的钢管，按蛇形排列，水平管距为1.0 m，分上、中、下3层，并通过立管连接。混凝土浇筑前进行冷却管漏水试验，确保冷却管畅通、不漏水。提前对冷却水进行沉淀处理，避免水中杂质堵塞冷却管，影响水流量。水流量根据混凝土内外温差确定，一般为20 L/min。

（2）测温片布置。为真实体现混凝土温度，并得到可靠数据，混凝土浇筑时应设专人预埋测温管。测温线应按测温平面布置图预埋，预埋时测温管与钢筋应绑扎牢固，避免产生位移或损坏。在每组测温线中的3根线上部用胶带进行标记，以利于区分深度。测温线用塑料带罩好，绑扎牢固，避免测温端头受潮。在测温线位置用保护木框进行标志，便于查找。在承台上布置9个测温点，每个测温点预埋4个测温片，4个测温片位置距承台底部分别为50、130、210、290 mm。

表1 混凝土原材料用量 kg

表2 混凝土性能

（3）混凝土浇筑。混凝土用量庞大，原材料应准备充足，检查搅拌设备和浇筑设备。对混凝土搅拌用水温度进行测试，夏季施工利用井水搅拌或拌和水加冰进行降温处理，保证混凝土较低的出仓温度，并及时浇筑入模。冬季施工应对原材料与拌和水采取保暖加温措施。混凝土浇筑采用分层浇筑方式，第一层浇筑完成后，在混凝土还未初凝时浇筑第二层，如此逐层连续浇筑。这种浇筑方式适用于平面尺寸不大的结构，浇筑从短边开始，沿长边推进，必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间浇筑。浇筑混凝土时，每台泵车的出灰口处配置1～2台振捣器，由于混凝土的坍落度较大，在1.5 m厚的底板内可斜向流淌1 m左右。2台振捣器主要负责斜向流淌混凝土的振捣密实，另外2～4台振捣器主要负责上部混凝土的振捣。由于混凝土坍落度较大，其表面钢筋的下部出现水分，或钢筋上部表层混凝土出现细小裂缝。为防止出现这种裂缝，混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。现场每浇筑100 m3制作2组试块，不足100 m3的制作2组养护试件，养护过程中应记录同条件下的养护温度。

（4）混凝土养护。温度和湿度是保证混凝土强度的2个重要因素。温度是保证混凝土强度的重要条件之一，湿度也不能忽视，其对低水灰比混凝土的影响大于对高水灰比混凝土的影响。因为低水灰比混凝土养护时，如果混凝土内部水泥水化消耗的水补充不及时，将出现自干燥收缩，导致外层混凝土产生内应力，使混凝土表面出现裂纹。混凝土初凝后应及时进行表面全部覆盖养护。冷却管冷却水开始循环，利用循环水对混凝土表面浇水进行养护，每2～4 h浇水一次，遇到大风或酷热天气增加浇水次数。每2 h对混凝土芯部温度、表面温度、土工布养护温度和循环水进出温度进行测试，以便调整养护措施。当混凝土芯部温度与表面温度温差过大时，加大循环水流量，以降低混凝土芯部温度。

（5）测温结果。济南黄河特大桥主桥1#墩承台第一次浇筑测温结果为混凝土芯部最高温度58 ℃，出现时间在浇筑完成约88 h，养护期间混凝土芯部温度与表层温度温差为15 ℃。通过观察，承台混凝土表面未出现破坏性裂缝，混凝土质量优良。养护14 d混凝土芯部温升见图1，混凝土芯部与表层温差分析见图2。

3 结束语

在济南黄河特大桥大体积承台混凝土施工中，混凝土合理的配比、混凝土浇筑质量、大体积承台混凝土养护是三大重要施工环节。控制好这三大施工环节，浇筑的混凝土结构表面无蜂窝、麻面和裂缝等。现场制取混凝土抗压试件强度满足设计要求，混凝土构件采用超声波回弹法检测，强度满足设计要求，无有害裂纹。大体积承台混凝土施工应选择合理的施工工艺和混凝土养护，减少温度裂纹产生。