大体积混凝土温控技术在大桥墩身施工中的应用

通州建总集团有限公司 南通 226301

1 概述

崇启大桥南引桥长为2.2 km（起讫桩号K32+150～K34+350），为长50 m预应力混凝土连续箱梁段，桥墩基础采用了钢管桩基础，承台采用圆形分离式承台，墩身采用矩形倒圆角花瓶形结构，墩身高度为13.49～32.70 m，墩身底标高+2.0 m，墩身采用C45高性能海工混凝土。

本工程46#～48#墩身为实心墩，其余为空心墩，空心墩最下面4 m段为实心结构。墩身底部长5.5 m、宽2.5 m或3 m，拟定的单节最大浇筑高度为6 m，为大体积混凝土施工，必须采取合理的施工措施，确保墩身混凝土的施工质量。

2 大体积混凝土的施工特点

现在的建筑规模越来越大，结构越来越复杂。一些大型基础工程，如高层建筑中的基础部分，混凝土厚度都在1 m以上，混凝土总量大，工程条件复杂，施工技术要求高。

大体积混凝土在凝结硬化过程中，由于混凝土中水泥的水化反应会放出热量，使混凝土结构温度不断上升，特别是其内部温度上升幅度较其表层温度上升幅度要大得多[1-4]。另一方面，在混凝土升温峰值过后的降温过程中，由于一般大体积混凝土结构都比较厚，表面系数相对较小，所以水化反应产生的热量在结构内部不易散失，内部降温速度又比其表层慢得多，混凝土内部的热量无法及时散发出去，造成内外温差过大[5,6]。温差过大会在混凝土内产生温度应力，当温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝，裂缝可能在混凝土表面，也可能在内部，甚至出现严重危害结构的贯通裂缝。

3 温控技术在墩身中的应用

3.1 墩身温度分析

上海港湾院对墩身混凝土进行了温度应力分析，以施工温度30 °C建立数模。图1是桥墩浇注后混凝土温度随时间变化曲线，图2是浇注后3 d时桥墩混凝土温度分布图。

图1 桥墩温度——时间曲线

由图中可以看出，混凝土3 d左右温度将会达到峰值，若施工温度在30 °C，混凝土内部最高温度在64 °C左右，表层温度在27 °C左右。

图2 浇注3 d桥墩混凝土温度分布

3.2 温度监控

3.2.1 墩身温度监控的标准

（a）墩身混凝土内外温差小于25 K。

（b）拆模时混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不得大于15 K。

3.2.2 温度监控措施

为了掌握混凝土内外温差，指导混凝土温度控制，必须对墩身内部的温度变化进行实时监测。

施工中使用便携式数字温度计进行温度监测，在墩身混凝土中预埋TP-01热电偶探针。每根测温线一端是探针，一端是插头。

探针按照施工方案布置，立面布5 个。测温线插头留在外面，用塑料袋罩好，避免受潮，保持清洁。在测温线插头上标好字母记号，以便于区分深度。图3为测温点。

图3 温度测点布置

3.2.3 温度监控要求

（a）一般在混凝土浇注完毕，初凝后开始测温。每次测温都要记录墩身温度和环境温度。

（b）测温工作应连续进行，4 d内每3 h测一次，5～7 d每4 h测一次，8～14 d每6 h测一次。

（c）测温数据应认真仔细记录分析，及时整理，以便及时调整混凝土的温控措施。

3.2.4 实测温度分析

在正式施工水上墩身前，首先进行了陆上试验墩的浇筑和测温，试验墩的施工完全模拟水上墩身施工工况，测温数据见图4。

图4 实际温度变化折线

从上图可以发现实际施工中，墩身内部及表层温度比理论计算都要高5～6 K，降温速度没有理论上的快。所以我们在水上墩身施工中根据实际收集的测温数据，及时进行了冷却水管循环通水降温，并实时调整水流速度，确保混凝土内外温差小于25 K，并严格控制降温速率。

3.3 冷却水管

该技术利用预埋在墩身中的冷却水管的通水循环作用，带走墩身混凝土内部的水化热量。

循环冷却用水采用淡水，由于大桥所在区域属于长江入海口，所以循环用淡水全部从陆上运至设置在承台上的水箱内。利用增压水泵将水从水箱内抽出后注入进水口，出水口出来的水经过软管重新流入水箱内，从而完成一次循环。

3.3.1 冷却水管的布置

依据以往经验，墩身中设置2 排冷却水管，立式布置，上下距混凝土表面均为500 mm，水管竖向间距为750～1 000 mm。冷却水管布置如图5所示。

图5 冷却水管布置

3.3.2 冷却水管安装

冷却水管采用Φ32 mm、壁厚2 mm的薄壁镀锌铁管。冷却水管转角处采用直角PVC弯头连接，薄壁镀锌铁管与直角PVC弯头之间用强力胶粘结牢固。利用墩身中的原有钢筋，将冷却水管固定在相应的辅助拉筋上，用铁丝扎牢并焊死。

3.3.3 施工注意点

（a）冷却水管安装要牢固，在混凝土浇筑过程中应避免受到振动棒的振击，否则会造成冷却水管位置偏移及弄破水管而导致漏水。

（b）在安装水管和绑扎钢筋的过程中，要加强对水管的保护意识。因为冷却水管壁较薄，受到碰撞和挤压后极易被碰弯、压扁、弄破等。

（c）在浇筑混凝土前要进行水管的通水试验，确保冷却水管能正常循环通水。

（d）根据温度监控结果适时调整冷却水的流量，出水口流量10～20 L/min，使进、出水温差不大于10 K。冷却水与混凝土之间的温差不大于22 K。严格控制降温速率，防止因降温过快产生裂缝。

（e）冷却水管使用完毕后进行压浆处理。先用空压机将残留在管道内的水份彻底清除，再用水泥灌浆料注入管道中，直至将管道压满。

3.4 双高掺技术

墩身混凝土为C45高性能海工混凝土，水泥采用的是P.O 42.5水泥。由于硅酸盐水泥水化热较高，为减少大体积混凝土水化反应产生的热量，采用双高掺技术，即增大混凝土中粉煤灰和高效减水剂的掺量，以降低水泥用量，优化混凝土配合比，达到减小混凝土水化热量的目的（表1）。

表1 墩身混凝土采用的配合比

3.5 浇筑温度的控制

降低混凝土的浇筑温度有利于减小混凝土内部温度值，减小裂缝产生的机率。相同的混凝土结构，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。特别是在夏季施工时，应尽量降低混凝土的入模温度，可采取如下措施降低混凝土的浇筑温度：

（a）水泥使用前应充分冷却。

（b）在混凝土搅拌船的骨料仓上搭设遮阳棚，堆高骨料、底层取料、用水喷淋骨料。

（c）避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，控制入模前的模板与钢筋温度等。合理安排工期，尽量采用夜间浇筑。

（d）当气温高于入仓温度时，应加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。混凝土输送管外用草袋遮阳，并经常洒水。

（e）混凝土升温阶段，为降低最高温升，应对模板及混凝土表面进行冷却，如洒水降温、避免暴晒等。

（f）使用搅拌船底仓的低温淡水作为搅拌用水。

4 结语

大体积混凝土由于内外温差较大，易产生裂缝，这是施工的难点。本工程施工中采用优化高性能混凝土配合比、预埋冷却水管、对混凝土温度实时监测、降低混凝土的入模温度、合理安排拆模时间、在拆模后及时进行养护等一系列温控措施，墩身混凝土的温升和温差都得到了有效的控制，对降低有害于混凝土结构裂缝的产生起到了积极的作用，确保了墩身的施工质量。