转体T 构桥梁承台大体积混凝土水化热控制

李超

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原030024）

1 工程概况

武汉城市圈环线高速公路跨汉丹铁路立交桥工程，桥梁全长220m。2*65m 转体T 型刚构，桥面宽28.2m，上跨汉丹铁路。T 型刚构箱梁采用转体法施工，转体重量达1.5万吨。

转体墩承台尺寸为21.2m*19.2m*4m，为预应力钢筋混凝土结构。采用C50 混凝土，在基坑内现浇施工。为便于球铰安装，承台分两次浇筑，第一次浇筑高度2.67m，第二次浇筑高度1.33m（转体球铰安装在该层）。第一次混凝土浇筑方量1048m3。第二次混凝土浇筑方量537m3。

混凝土配合比如下：

水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加剂=153∶420∶74∶703∶1100∶5.93。

水泥采用P.O 42.5 水泥；砂采用中砂；碎石采用5-10mm、10-20mm 组成的连续级配碎石，其中5-10mm 占20%，10-20mm 占 80%；粉煤灰为 F 类 I 级粉煤灰；外加剂为ART-JR 型聚羧酸高性能减水剂。

2 MIDAS 承台水化热仿真

2.1 建立仿真模型

利用大型结构分析软件MIDAS CIVIL 2015，建立桥梁结构承台的整体模型进行温控分析，计算模型网格划分见图1。

计算相关参数取值：施工中的混凝土入模温度考虑取16℃，承台混凝土计算中考虑的绝热温升选择θ=26.71×（1-e-0.05τ），承台中混凝土计算式的比热容采用1.004kJ·kg-1·℃-1，同时换热系数采用 45kJ·m-2·h-1·℃-1，传导系数采用9.185 kJ·m-2·h-1·℃-1。

图1 承台有限元模型

分析中有关冷却水管的布置方案：考虑施工实际，冷却管选取导热性能相对质量良好的φ50×3mm 薄壁钢管，在弯头处考虑采取同等规格聚氯乙烯弯管进行连接，在连接位置处缠绕一定数量的密封胶带，防止产生漏水现象。冷却水管结合承台尺寸考虑分三层布置，在每意层按照左右两侧对称布置，共设置2 个进水口（中间）和出水口（两侧），管径约为46mm，其中水平间距控制为1500mm，垂直间距控制为2000mm。冷却水采用就近取材的地下井水，水温控制在10℃左右，冷却管的水流量控制在2m3/h。

2.2 温度场计算结果

通过图2-图3、表1 分析可知：

通过对比分析两种不同工况发现，承台中布设冷却水管工况下，混凝土最高温的峰值以及达到时间、包括两者之间的对应关系差异性较大，布设冷却水管可有效缩短承台混凝土的保温养护时间，可有效降低保温养护的技术控制难度。

通过图4-图5、表2 分析可知：

图2 承台（1/2）布设冷却水管工况下的温度场分析（120h）

图3 承台（1/2）不布设冷却水管工况下的温度场分析（240h）

表1 温度场数值仿真分析结果

图4 承台（1/2）布设冷却水管工况下的应力场分布

图5 承台（1/2）不布设冷却水管工况下的应力场分布（最大拉应力）

①不布设冷却水管工况下的温度应力峰值，明显大于布设冷却水管工况；

②由计算结果分析，出现拉应力峰值的部位均处于承台混凝土与空气接触的表面位置。

因此，在承台混凝土施工过程中，加强承台表面的保温、保湿工作尤为重要。

表2 承台混凝土应力场分布结果

3 温控原则与方案设计

3.1 温控原则

对于承台大体积混凝土施工，通常采用一次浇筑的施工工艺，结合相关文献的介绍以及类似项目经验，主要的温控原则如下：

①采用有效措施，尽可能降低大体积混凝土的温度上升、尽量延迟最高温度峰值出现时间；

②进一步降低温度在降温时候的速度；

③尽可能降低承台混凝土中心区域和表面位置之间的温度差异；

④进一步降低承台混凝土表面和周围大气温度之间的温度差异。

3.2 温控标准

结合依托工程的材料特性及施工实际，确定温控标准如下：

混凝土入模基础上控制温升值范围：≤50℃；

混凝土中心位置与表面的温度差异：≤25℃；

混凝土中心位置的温度峰值：≤60℃；

混凝土的降温控制速度：≤2.0℃/d；

进出水口温差：≤6℃。

3.3 测点布置方案

由于承台结构的形式为平面轴对称布置，因此可选取1/2 结构为主要温度控制现场测试区，同时将测点平面布置在对称轴上。

图 6 承台测点平面布设图（单位/m）

图7 测点布设立面图（单位/m）

图8 测点布设及编号三维预览图

图9 现场测点布置图

图10 测点布设及走位图

承台共计布设有三层温度控制测点，每层温度测点分别布置于承台中心点1 个，对称轴中点2 个，承台边缘2个，每层温度测点共计5 个；混凝土承台内部共计布置测点15 个，另布置环境温度监测点1 个，进出口水温监测点4 个。因此承台共计布设温度传感器20 个。

4 温控测试效果分析

根据施工进度监测周期为2019 年6 月15 日20 点起至2019 年7 月12 日10 点止，累计监测的总时长约为 30 天。

通过监测数据整理分析，相关温度测点的水化热变化情况如图11-图12 所示。

监测数据分析发现：承台大体积混凝土水化热阶段最高温度峰值为：44.2℃，出现时间为：6 月 19 日 15∶46 分，浇筑后约89 小时左右到达峰值。峰值持续时间约32 小时左右，于 6 月 20 日 23∶45 分进入降温阶段。

图11 承台顶层温度时间曲线图

图12 承台中间层温度时间曲线图

图13 承台底层温度时间曲线图

现场监测结果表明：在承台大体积混凝土的中心位置处，对称布设的各层温度测试点温度变化总体趋势较为一致，且实测温差基本符合计算结果；在进入降温节段后，在同一监测时间区间内，承台边缘位置的测试点温度数值明显低于内部测点，说明承台外边缘的降温速度超过内部。

5 结论

通过对承台大体积混凝土水化热的数值仿真分析和现场实测监测，可以得出以下结论：①有限元仿真分析发现，采取合理的温控措施，可有效控制水化热现象，减少温度裂缝形成的概率；②现场实测数据说明，承台混凝土外边缘的平均温度明显低于内部，现场的温控措施可有效使混凝土里表温差均处于控制标准范围内；③基于MIDAS数值分析而制定的温控方案，可有效指导现场动态监测与控制，实测的温控效果与计算结果基本一致。