济南黄河特大桥大体积混凝土施工技术

■ 王增社 但唐进

1 工程概况

京沪高速铁路济南黄河特大桥位于济南市区西外环边，主桥桥墩处于黄河主河道里，主桥设计为京沪高速铁路二车道和太青铁路二车道。桥墩承台为长方体，承台平面尺寸为34 m×13 m，高度为5 m，承台需要混凝土量为2 210 m3。混凝土用量大，若大体积承台施工和养护不当，会造成承台混凝土内外温差过高，产生温度裂缝，易引起质量事故。

2 施工准备工作

大体积混凝土施工技术要求较高，特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择、技术措施等有关环节做好充分准备，才能保证大体积混凝土顺利施工。

2.1 材料选择

2.1.1 水泥

普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，混凝土芯部温度过高，与混凝土表面产生较大温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。因此，确定采用水化热较低的硅酸盐水泥，标号为P·O42.5，并通过掺加合适的外加剂改善混凝土性能，提高混凝土的抗渗能力。水泥的各项检测指标见表1。

2.1.2 细骨料

采用中砂，平均粒径大于0.5 mm，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少约10%的用水量，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。中砂的各项检测指标见表2。

2.1.3 粗骨料

采用碎石，粒径5～31.5 mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，减少水泥水化热，降低混凝土温升。碎石的各项检测指标见表3。

表1 水泥的各项检测指标

2.1.4 掺合料

按照规范要求，采用硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10%以内。粉煤灰的各项检测指标见表4，矿渣粉各项检测指标见表5。

2.1.5 外加剂

减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。同时减水剂的运用，能改善混凝土的和易性，方便施工。减水剂的各项检测指标见表6。

2.2 混凝土配合比

大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应尽量提高矿物掺合料及集料的含量，降低每立方混凝土的水泥用量。在施工条件许可范围内，尽可能降低用水量，从而减少水灰比，减少水泥总发热量，以降低混凝土芯部的最高温度。

在胶凝材料浆体组成一定时，集料体积含量越大，混凝土的收缩值越小。集料体积在68%～70%范围内变化时，对收缩的影响最敏感。从减少混凝土收缩的角度看，集料体积含量大于70%时，最为有利。适当的砂率对混凝土裂缝控制有积极作用。混凝土的干缩随砂率的增大而增大。过高的砂率使结构表层容易产生较厚的砂浆层，对混凝土的裂缝控制不利。

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干缩。通过多次混凝土试配，确定水胶比为0.38。

混凝土含气量为5.9%，未出现泌水现象。混凝土掺合料参量较大，初始混凝土前期水化发热量较小，有利于控制混凝土养护温度，避免出现混凝土温度裂缝。

3 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，同时在承台混凝土芯部预理水管，通过冷却水，降低混凝土芯部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，可有效控制因混凝土内外温差引起的结构物开裂。冷却水管可采用直径25 mm的钢管，按蛇形排列，水平管距1.5～3.0 m，通过立管相连接。通水流量根据混凝土内外温差确定，一般流量为20 L/min。

3.1 混凝土浇筑

由于混凝土量庞大，必须在浇筑前准备充足的原材料，对搅拌设备和浇筑设备进行检查，确保浇筑顺利进行。

混凝土浇筑时应采用全面分层浇筑方法，即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。这种方案适用于结构平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置1～2台振捣器。因为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台振捣器主要负责下部斜坡流淌处振捣密实，另外2～4台振捣器主要负责顶部混凝土振捣。

由于混凝土坍落度较大，会在表面钢筋下部产生水分，或在表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝。为了防止出现这种裂缝，在混凝土初凝前和预沉后采取二次抹面压实措施。

表2 中砂的各项检测指标

表3 碎石的各项检测指标

表4 粉煤灰的各项检测指标 %

表5 矿渣粉各项检测指标 %

表6 减水剂各项检测指标

现场按每浇筑100 m3制作1组试块作为同条件下养护试件，同时记录同条件养护温度。

3.2 混凝土养护

混凝土浇筑时应设专人配合预埋测温管。测温线应按测温平面布置图进行预埋，预埋时测温管与钢筋绑扎牢固，以免位移或损坏。每组测温线有3根测温线，在线的上段用胶带做上标记，便于区分深度。测温线用塑料带罩好，绑扎牢固，不允许测温端头受潮。测温线位置用保护木框作为标志，便于保温后查找。3个不同高度的测点分别距垫层0.4、0.5、0.5 m。

混凝土温度由专门技术人员测量，并做好记录。

混凝土浇筑后，根据混凝土芯部温度，可以通过冷却管对混凝土芯部进行降温，将出水口的温水用于混凝土表面的养护，并覆盖一层塑料薄膜保温。

新浇筑的混凝土水化速度较快，盖上塑料薄膜后可进行保温保养，防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝，同时可避免草席因吸水受潮而降低保温性能。

通过对混凝土芯部温度、混凝土表层温度和环境温度数据的分析，得出混凝土在28 d养护期间内混凝土芯部温度与混凝土表层温度温差<20 ℃（见图1），混凝土表层温度与环境温差<20 ℃（见图2），混凝土养护期间未出现温差大于20 ℃情况。

通过冷却管对混凝土芯部温度的调节，可使混凝土能保证一定的温度促进水泥水化反应，同时也控制了混凝土芯部温度与混凝土表层温度之差在控制的范围之内，保证混凝土质量。

4 结论

浇筑完成的混凝土成品，颜色均匀，无蜂窝、麻面、狗洞等质量通病出现。现场制取混凝土抗压试件强度合格。混凝土构件经现场超声波-回弹法检测强度合格，经仔细检查确认混凝土无有害裂纹产生。因此，大体积混凝土必须做好浇筑与养护，避免出现温度裂纹，造成混凝土结构不稳定。