武佐河特大桥大体积混凝土施工温度控制

熊邵辉，黄明非

(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067)

1 工程概况

武佐河特大桥主桥为178m+380m+178m双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥，主塔承台为长方体结构(图1)，尺寸 33.8m ×22.2m ×5m，混凝土设计标号为C40混凝土，总方量为3751.8m3属于大体积混凝土，一次性浇筑完成。承台浇筑时间为2013年1月3日09:00～1月7日下午18:00，浇筑时间105h。主塔塔座为棱台形，分左右幅，单幅塔座底面尺寸为17.5m×14.5m，顶面尺寸为15.8m ×12.8m，塔座高3m，左右幅共计混凝土方量约为1433.7m3。右幅塔座混凝土浇注24h，左塔座浇筑21h。

图1 武佐河特大桥承台示意图(单位:cm)

2 温度控制的目标

由于大体积混凝土浇注后内外温差导致产生应变，但结构物的约束阻止这种应变，从而产生了温度应力，一旦温度应力超过混凝土所能承受的极限抗拉强度时，就会产生温度裂缝。因此温度监控目的是控制大体积混凝土内外温差，把裂缝控制在某个界限内或防止温度裂缝的产生。具体目标如下:

1)控制大体积混凝土内部升温速率，降低最高温升;

2)控制大体积混凝土内部降温速率，使其内外温差在允许范围内;

3)控制大体积混凝土的基础温差和上下层温差，以防止其出现贯穿性裂缝和层间裂缝。

3 温度控制的措施

产生温度裂缝的因素主要有水泥品种、混凝土配合比、外界温度、外部约束条件和混凝土收缩变形等。因此温度控制的措施也主要从优化配合比、控制入模温度、采用分层浇注施工、养护时采取循环水控温等方面来控制内外温差。

3.1 配合比优化设计

水泥水化热是引起混凝土温升的主要因素，在保证达到设计强度的情况下应尽可能地减少水泥用量。同时要求选用低水化热的普硅水泥，并根据试验室的试验数据掺入一定量的粉煤灰以降低发热量。外加剂要采用缓凝型的外加剂，使混凝土内部的温峰值推后。

3.2 合理分层浇筑

通过合理划分大体积混凝土浇筑块的层厚，可以利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土的内部温度。武佐河特大桥大体积混凝土浇筑划分为6个区域，每次浇筑层厚40cm。同时采取两次振捣、两次抹面的工艺，以提高混凝土的密实度和抗裂性。

3.3 降低入模温度

控制混凝土原材料的温度，选择混凝土的浇筑时间，降低混凝土的入模温度。武佐河特大桥承台混凝土浇筑时间在1月，外界气温平均达7℃，混凝土入模温度控制在17℃以下。塔座浇筑时间是在5月，外界平均气温达25℃，由于采取地下水冲洗碎石及砂，水泥温度降至22℃，左右塔座入模温度均在25℃以下。

3.4 循环水控温

承台:竖直方向冷却水管布置为4层，每层均采用3根进水管，3根出水管，进出水管均在混凝土内预埋，并通循环冷却水，冷却水管的间距为1m。

塔座:竖直方向冷却水管布置为3层，每层均采用2根进水管，2根出水管，进出水管均在混凝土内预埋，并通循环冷却水，冷却水管的间距为1m。

根据实测混凝土内外温度数据，调整水流速度和循环水水温，在温度上升期控制混凝土内部升温速率，降低最高温升。在温度下降期控制混凝土内部降温速率。

3.5 外层混凝土保温

武佐河特大桥大体积混凝土外层保温采用双层塑料薄膜包裹，防止热量向外扩散造成外层混凝土温度下降。冬季施工承台时顶面均采用温水养护，并搭棚采用点钨灯进行加温。

4 温度监控的实施

4.1 温度计算

分别将武佐河特大桥承台、左塔座、右塔座混凝土的实际参数代入温度计算经验公式，即可估算出相应大体积混凝土最大水化热绝对温升值。计算如下:

1)承台:

式中:T'max为最大水化热绝对温升值，℃;mc为每1m3混凝土水泥用量，kg/m3;Q为每千克水泥水化热量，可取290kJ/kg(普通425号水泥);C为混凝土的比热，在 0.84 ～1.05 之间，可取 0.96kJ/(kg·℃);ρ为混凝土的质量密度，kg/m3，取2450kg/m3。

则混凝土内部最高温度计算公式如下:

1)承台:

式中:T0为混凝土的入模温度，℃。

4.2 实时温度监测

实时温度监测是通过对埋入混凝土中的温度传感器进行实时测量，得到混凝土不同部位温度数据，通过对这些温度数据进行分析，掌握不同部位温度变化趋势。并配合施工单位采取有针对性的温控措施，防止产生温度裂缝。

1)温度传感器的埋设。

利用承台对称性选择承台的四分之一进行温度测量。为了确保所测数据具有代表性，因此沿承台高度设置4层，每层埋设13个测点，整个承台共设 置52个测点，具体测点布置如图2所示。

图2 武佐河特大桥承台温度传感器布置示意图(单位:cm)

单个塔座的温度传感器布设在平面上，采用按塔座顶面四分之一，每层16个点。沿高度上采用底层、中层和顶层3层布设，单个塔座共计需要温度传感器48个。温度传感器的布置如图3所示。

图3 武佐河特大桥塔座温度传感器布置图(单位:m)

2)温度监测频率。

承台温度数据采集频率在温度上升阶段每2h采集一次，在温度下降阶段每4h采集一次。塔座温度数据采集采用遥控实时监测系统(GPRS远程监测仪)进行连续观测，在混凝土温度峰值出现以前设定每20min采集一次，混凝土的温度峰值出现后每30min采集一次。

3)温度监测结果。

图4 武佐河特大桥承台混凝土内部测点温度数据变化图

根据温度监测结果，绘制测点实时温度曲线。观测结果见图4～图9。

图5 武佐河特大桥承台混凝土外部测点温度数据变化图

表1给出了承台和左、右塔座的温度理论计算值与实际观测值。

由表1可以看出:由于承台混凝土浇筑的入模温度较低，所以其理论温度峰值小于塔座理论温度峰值;另外，由于理论值计算并没有考虑体积大小对温度峰值的影响，而承台体积大于塔座体积，所以承台温度峰值的理论值低于实测值，而塔座则相反。

图6 武佐河特大桥左幅塔座混凝土内部测点温度数据变化图

图7 武佐河特大桥左幅塔座混凝土外部测点温度数据变化图

图8 武佐河特大桥右幅塔座混凝土内部测点温度数据变化图

图9 武佐河特大桥右幅塔座混凝土外部测点温度数据变化图

表1 温度理论计算值与实际观测值比较表 ℃

5 结论

通过武佐河特大桥大体积混凝土温度控制的实施，主要得出以下几点结论:

1)尽可能采用缓凝型减水剂，使混凝土内部温度峰值推后。

2)在保证混凝土设计强度的情况下，优化级配减少水泥用量。

3)在内部降温的同时一定要注意外部保温。

4)大体积混凝土施工，需制定详细的温度监控方案和温度控制措施。

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