高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工技术研究

郭喜刚

（中铁二十局集团第一工程有限公司江苏苏州　215151）

高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工技术研究

郭喜刚

（中铁二十局集团第一工程有限公司江苏苏州215151）

随着混凝土发展的逐渐壮大，对于混凝土水化热导致的结构内外温差该怎样控制，已经成为技术人员关注的课题。就目前来说，大体积承台混凝土施工的主要难以攻克的问题在于防止出现温度应力引起的温度裂缝。结合新建郑徐铁路民权特大桥跨引黄渠连续梁的施工过程，本文详细阐述大体积混凝土温度控制理论计算、施工控制技术及温控结果，为解决高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工问题进行研究。

高速铁路；承台；大体积混凝土；施工技术

最近几年来，由于铁路工程的建设和高速铁路的迅猛发展，大体积混凝土在桥梁工程中的应用范围更加宽广。在位于桥梁结构的关键部位应用大体积混凝土来满足承载力和刚度要求，但是此种做法所出现的弊端诸多。因此，有必要对承台的力学性能和大体积混凝土的应用进行探究，为铁路桥梁承台大体积混凝土的施工奠定基础。

1　研究的现实意义

大体积混凝土常常在大型设备基础、高层楼房基础、水利大坝等地方使用到，它的显著特点就是体积大，散热较小，因此可以形成热量的积聚。不管是在升温阶段，还是在降温阶段，混凝土的中心温度总是高于混凝土的表面温度。根据热胀冷缩的原理，表面混凝土的膨胀速率要低于中心部分混凝土。在升温阶段，由于混凝土未充分硬化，导致抗应力较小，引起混凝土表面裂缝。

混凝土的工作性，至今还没有一个完全统一的定义，总体上说，它是指混凝土的和易性、坍落度损失、泌水性以及可振捣密实的配合施工，使其发生分层离析现象减少，其工作性能为成型密实的混凝土。工作性的好坏直接关系到大体积混凝土能否应用在建筑工程上，只有保证完成好最基础的施工措施，就可以达到密实结构的混凝土，就像一栋房子一样，有了牢固的地基，它才能经历风雨的洗礼仍旧屹立不倒，不仅如此，它还大大减轻施工人员的劳动强度，同时提高效率，降低能源消耗。[1]

因此该怎样全面的对这种容易产生温度裂缝的混凝土的工作性进行优化，是大体积混凝土施工技术研究领域的一个新的方向。

2　大体积混凝土的现状及应用

2.1大体积混凝土的现状

大体积混凝土的结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土，它的尺寸已经大到必须采取相应的施工技术措施来妥善处理温度差值，以至于可以合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。与普通混凝土相比，它的强度较高；可模性好，适用面广；耐久性和耐火性较好，增加了混凝土结构安全使用寿命，同时减少修补或拆补带来的浪费和建筑垃圾；维护费用低，减少自然资源和能源的消耗；[2]整体性好，延性好；防振、防辐射性能较好；易于就地取材。

正是由于具有诸多优越性能，自从产生以来，便得到广泛的关注，世界各国对其研究和应用的发展十分迅速。

2.2大体积混凝土的发展

20世纪初，就有相关学者发表水灰比等学说，对于混凝土强度的理论基础进行了初步奠定。在步入21世纪后，混凝土因其的诸多优点，开始作为主要的工程材料之一。我国是混凝土的生产大国和应用大国，据统计，我国内地的混凝土使用总量约占全世界的40%。迄今为止，混凝土结构在使用过程中，无论是国内还是国外，在安全方面都产生了严重的矛盾。例如，前苏联1973年开始修建的核电站不到20年，便发生核泄漏，事故后产生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍；重庆在1994年11月5日动工修建的彩虹桥由于混凝土强度不足，使用不到十年的时间便轰然倒塌，造成人员伤亡惨重等等。

工程事故所带来的严重后果，让人们醍醐灌顶，在设计人员进行结构设计时，除了在材料方面追求混凝土高强度的同时，必须以同样重要的眼光来看待混凝土的耐久性问题。

在以往，人们一般都认为混凝土的配制靠经验就可以，认为原材料的选择、配制工艺和施工应用都是比较简单的。但是，从20世纪后期开始，混凝土技术的发展已经超乎想象，它的发展技术开始逐渐步入高科技时代。相关人员研究出的混凝土能达到的强度已远远超出工程所要求的范围。

由于大体积混凝土的发展问题诸多，加上人们已经习惯普通混凝土，对大体积混凝土的认识还不够全面，阻碍大体积混凝土的广泛应用。在实际的工程建设当中，出于对耐久性的考虑，也就使得大体积混凝土的使用范围扩大，在工程应用中，若是对工程耐久性及经济效益的考虑，应优先考虑使用大体积混凝土。

3　结合实例分析优化方案

3.1工程概况

跨引黄渠连续梁位于民权县野岗乡，该桥全长177.5m，承台长×宽×高为12.3m×8.6m×3m，全桥承台共计4个，实心墩4个，最高墩15m。钻孔桩40根，共计2550m，直径2m的桩20根，1505m；直径1.25m的桩20根，1045m，设计为C30混凝土。

3.2承台混凝土施工温度计算

3.2.1优化设计材料配合比

设计配合比需通过计算和试配来确定，这部分的设计要求满足强度、工作性、耐久性和经济指标，根据施工所采用的原材料，在与施工同条件下进行多次试验，确定最佳配合比。在施工过程中，当水泥、砂石和外加剂等因素的来源、质量发生改变时，应当重新进行配合比设计，并经批准后方可使用。

从这方面来说，在满足施工要求的前提下适量减少水泥用量，从而降低水化热。配合比设计使用高效减水剂，选用优质骨料，控制材料含泥量，提高混凝土质量。

表1　混凝土配合比

3.2.2施工条件

当地气候炎热，夏秋季节温差大，施工环境不理想，日平均气温18℃左右，混凝土统一在搅拌站拌合，由混凝土泵车运输，并通过特殊管道设备泵送到施工部位。

3.2.3承台检查

表2　检查项目详表

3.2.4温度计算

混凝土最高水化热绝热温升公式为：

式中：Tmax——混凝土最高水化热绝热温升，℃；

W——每立方混凝土水泥用量，kg/m3；

Q——水泥最终水化热，J/g；

ξ——散热系数；

C——混凝土比热，J/g·℃；

ρ——混凝土比重，kg/m3。

代入数据计算Tmax=42.7℃。

根据温度计算结果，采取必要的优化措施，保证混凝土施工质量达标。

3.3优化施工项目

3.3.1减少混凝土内外温差

在入模前，利用冷却循环水冲洗砂石料，用透气布料覆盖来降低骨料温度。为了提高混凝土表面以及周边散热面的温度，也可在混凝土浇筑成型后，利用保温法、定时喷浇热水、蓄存热水等办法，做到从施工结构的外部对温度进行控制[4]。比如保温法基本原理就是是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，通过人为的控制，在缓慢的散热过程中，可以使混凝土获得必要的强度。

3.3.2在承台内部设置降温水管

在承台混凝土内设置降温水管，其水管的弯头要求特别定制。为了避免混凝土在振捣过程中被破坏，因此，水管的设置位置要紧贴主筋。实施混凝土浇筑工序后需要将水管通水，根据混凝土的温度高低来对水管的进水温度和时间进行控制。在这个过程中，需要注意的是在混凝土浇筑前对水管进行密闭性试验，避免产生不必要的问题。

3.3.3加强混凝土振捣

对于分层厚度不宜大于40cm。混凝土的振捣工序要协调统一，保证紧密结合。混凝土浇筑的方向是逐渐向四周推进的，重点控制振捣时间，保证混凝土表面密实，以免发生浮浆聚集，同时保证混凝土的自由下落高度小于1m，以免混凝土发生离析现象。

除了施工技术的保证，同时机械台班的安排也尤为重要，合理巧妙安排施工人员，进一步保证施工质量。

3.3.4承台表面收光抹平

承台表面收光抹平这一工序也很重要，这一环节保证了混凝土表面结构的均匀密实。由于气候炎热干燥，混凝土的表面水分蒸发加快，极易造成收缩裂纹，所以要及时一边覆盖一边抹平。对于实际施工操作中形成的脚印压痕也要及时覆盖抹平，避免造成二次收缩裂纹。

3.3.5承台混凝土保湿保温

在承台内部降温水管通水的同时，在承台外部覆盖一层保温材料，混凝土在潮湿条件下，水泥的水化作用可以更加顺利地进行，从而提高混凝土的极限拉伸应力。

4　结束语

当下，在我国的工程建设中，大体积混凝土取得的应用范围越来越广泛。也在各方面取得了不少的经济社会效益。久而久之，大体积混凝土的发展前景极为广阔。对其进行施工技术的优化探究也是重要而必要的课题之一。

[1]韩西宁.桥梁承台大体积混凝土施工温控技术[J].城市建设理论研究（电子版），2012（23）：21～45.

[2]马家安.浅析高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制[J].建筑·建材·装饰，2014（19）：5～6.

[3]康东方.铁路桥梁承台大体积混凝土浇筑施工技术及质量控制[J].建材与装饰，2014（4）：158～159.

[4]丁启胜.浅谈大体积承台混凝土施工温度控制[J].城市建设理论研究（电子版），2012（10）：53～61.

U445.57

A

1673-0038（2015）13-0164-02

2015-3-17

郭喜刚（1982-），男，助理工程师，本科，主要从事高铁施工技术工作。