承台大体积混凝土冷却系统设计施工方案

李敏

（中铁十六局集团有限公司）

1 工程概况

泰和特大桥全长6.839km，桥址处赣江左岸地形陡峭、植被茂盛，跨越河槽宽约389m，本桥承台共计201个，为矩形实心承台，本桥承台尺寸多样，主要承台尺寸14.6m×10.6m×3m、12.3m×9m×2.5m、23.5m×17m×5.5m。最大承台混凝土2197m3，承台施工阶段正处于高温、汛期，浇筑的温度控制要求高，混凝土配比及原材料选择要求严，质量、安全风险大。

2 承台大体积混凝土施工方案

承台混凝土浇注前，首先清理基底顶面杂物，然后用水再次冲洗，确保基底干净、平整。本桥最大承台混凝土2197m3，其配合比按照大体积混凝土设计，最佳的施工配合比通过交叉配合比试验确定。施工时避开高温天气，夏季对骨料采取遮蔽措施，采用冷水或冰水拌制混凝土，降低混凝土的入仓温度，混凝土施工按30cm 分层浇注、分层振捣[1]，并严格控制浇注速度，加长混凝土水化热散热时间。顶部混凝土初凝前，对其压实抹平以减少表面裂缝，养护采用常规洒水、覆盖等方法。图1 为承台混凝土浇筑推进图。

为控制混凝土温度和收缩裂缝，主要采用如下手段：一是优化混凝土配合比，降低水泥的用量，降低水化热[2]；降低温差；延长初凝时间（控制其≥20h）；二是布置冷却管冷却系统，通水降温加快水化热散失。冷却管冷却系统是大体积混凝土施工必不可少的降温环节；三是加强浇注及养护期间混凝土温度的监测，及时调整方案及温控措施。

图1 承台混凝土浇筑推进图

3 控制水化热

混凝土选用低水化热或产生水化热均匀的胶凝材料和掺入粉煤灰、矿粉的胶凝材料，粗骨料最大粒径31.5mm，初始坍落度18cm 左右，浇筑时塌落度≥16cm，1h 后≥12cm（泵送施工）。水胶比＜0.55，砂率控制38%～42%，缓凝时间＞15h。有效增加混凝土水化热完全释放时长，降低混凝土升温的幅度和温度峰值。

4 冷却系统设计及实施方案

以本桥最大承台（23.5m×17m×5.5m）为例，进行冷却系统设计施工说明。

4.1 冷却系统设计

4.1.1 混凝土温度的计算

混凝土中心经计算最高温度69.8℃。承台浇筑后内外温差最大为34.5℃，为防止温差大产生裂缝，埋设冷却水管降温是一个有效的温控方式。

4.1.2 冷却管的布置及混凝土的降温验算

⑴冷却管的计算条件

在施工过程中运用了一次浇注法，采用外径40mm、内径38mm 冷却管，布置上下4 层，纵向间距1.4m，竖向间距为1.3m，初期水温为20℃，水的比热Cs=4.2kj/（kg·℃），Ts=10℃，水的密度ρs=1.0×103㎏/m3，水的流量Qs=1.25m3/h，冷却管总长度L=900m，混凝土的比热C=0.916kj/（kg·℃），混凝土导热系数λ=3.15W/m·k，容重ρ=2350㎏/m3，导温系数a=0.115m2/d。

⑵冷却管的计算

计算公式为：

式中，

Tm——混凝土内部平均温度，℃；

Tj——混凝土的初始温度，℃；

上软下硬地层盾构法施工时，硬层比对横向沉降的影响相对明显，而且地表沉降会随硬层比的增加呈增长趋势，整体的地表沉降量变小，沉降槽的变化趋势也相同。对于预测及模拟的结果进行分析，然后在施工阶段进行重点监测，监测的方面包括标准贯入试验、重型动力触探试验、静力触探试验、波速测试、旁压试验和水文地质试验。工程采用GPS及全站仪对勘探点位进行测放，高程采用1985国家高程基准。

Tb——混凝土的表面温度，℃；

Ca2——底部不绝缘，上层新混凝土向下层混凝土及表面散热的残留比；

X——冷却水管散热残留比；

Ca1——底部不绝缘，上层新混凝土接受下层混凝土传热并向表面散热的残留比；

Ts——冷却水管初期通水的水温，℃；

Tr——通过表面散热后的水化热温升，℃。

Tm，max=45.7℃，其温差为45.7－30=15.7℃＜25℃，满足规范要求。

4.2 冷却管的实施方案

进、出水口布置在角部，上下两层水管进出水口相互错开。出水口设调节流量的水阀，现场准备测流量设备。在水管覆盖一层混凝土后即开始通水，在混凝土温度达到峰值并开始下降后停止通水，使进出口水流温差≤6℃。冷却水流量根据热工计算控制，并及时根据混凝土温度监控进行调整。待通水散热完成后，水管内用与设计强度同标号混凝土或微膨胀水泥浆注浆填塞。图2 为承台混凝土冷却水管平面布置图。

图2 承台混凝土冷却水管平面布置图

4.3 承台施工冷却效果验证

根据设计参数，进行建模复核[3]，降温效果明显。图3 为大体积混凝土水化热云，图4 和图5 为大体积混凝土水化热管冷云图。

图3 大体积混凝土水化热云图

图4 大体积混凝土水化热管冷云图1

图5 大体积混凝土水化热管冷云图2

5 混凝土测温监控

布置测温点，采用预埋测温元件方式采集混凝土温度，具体布置位置如图2 所示，每个点从上到下布置三个测温点，顶上测温点深度距承台顶为5cm，底部测温点距承台底为5cm，中间测温点布置于承台中部，采用测温仪对混凝土内部及表面温度进行监控。

混凝土建筑完成7 日内，每三小时检查一次温度并进行详细记录；检查时间为每天的0 时、3 时、6 时、9时、12 时、15 时、18 时、21 时。7～15 日后一日两次，根据实测温度变化速率调整监测频率。

根据检测结果，随时调整水温及混凝土表面的覆盖情况，确保混凝土内外温差≤25℃，控制循环水箱里的温度，温差过大加入凉水。降温速率宜≤2.0℃/d，冷却水的流量应按设计保持在2m3/hr。混凝土浇筑体表面与大气温差宜≤20℃，在混凝土浇筑完成后，模板在3d 后才进行拆模，防止混凝土表面温度下降过快，并结合气温变化对混凝土表面洒水。

6 结束语

大体积混凝土由于水泥的水化热，混凝土内会产生很高的温度，极其不易散发，造成混凝土内部与表面产生很大温差，当其超过一定的临界值，应力作用下就会使混凝土出现裂缝，降低混凝土强度，从而影响结构物的质量。冷却管降温方案一直是大体积混凝土降温效果最明显的方法，本文通过对冷却系统的设计、施工、模型、监控等方面系统性分析，全面阐述了冷却管的降温效果，对同类工程施工具有较全面的参考价值。