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摘要：从大体积混凝土的选材开始，叙述了在承台大体积混凝土施工时，进行的仿真计算、温度控制、冷却水管布置、混凝土养护、施工控制及监理。

关键词：大体积混凝土 计算 温度 施工 控制 养护 监理

1.前言

西堠门大桥是舟山大陆连岛工程中的第四座大桥，北端连接册子岛，南端连接金塘岛，横跨西堠门水道，为主跨1650m的大跨径悬索桥。其南北承台混凝土平面尺寸为16.8×22.8m、高7m，单个承台混凝土方量约2643m³，砼设计强度等级C30。南北承台均采用桩基础，承台底部为12根Ф2.8m嵌岩桩。

大体积混凝土由于水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这个阶段中混凝土的体积亦随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力，混凝土就会开裂。

为防止大体积混凝土温度裂缝的产生，应主要从两方面着手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性；二是减小外力、温度、约束等作用在结构内部产生的效应。

大体积混凝土施工主要难度在于如何控制水化热，避免混凝土开裂或造成过大的温度应力。目前采用的通用办法就是优化配合比，调节混凝土材料的入模温度，混凝土内部进行温度调节，合理划分浇筑高度及浇筑顺序，加强混凝土的养护等措施。

2.混凝土配合比优选及原材料选择

为使大体积混凝土具有水化热低、可泵性好、体积稳定性好、抗侵蚀性和抗裂性能优良等性能，砼进行如下试配：

2.1水泥：选用采用华新32.5矿渣硅酸盐水泥，备选南京双猴32.5矿渣硅酸盐水泥，根据试验结果，水泥的细度、标准稠度、凝结时间、安定性、胶砂强度均满足规范要求。

2.2粉煤灰：选用谏壁电厂I级粉煤灰，其品质检验指标符合规范要求。

2.3外加剂：选用江苏建科院JM-2缓凝高效降水剂，其品质检验指标符合规范要求。

2.4砂子：选用福建闽江砂，其性能检验指标符合规范要求。

2.5石子：选用镇海大东方石场石子，其物理、化学性能检验指标符合规范要求。

2.6水：自来水。

2.7砼的水胶比为0.414，经过多次试配及监理试验室平行试验，确定C30泵送砼每立方材料用量：水泥259kg、中砂759kg、碎石1069kg、水153.2kg、粉煤灰111kg、外加剂2.22kg；坍落度为80～185mm。

3、大体积混凝土温度应力仿真计算

大体积砼施工的关键是控制温度裂缝的出现，为了验算砼温差和砼收缩所产生的温度应力是否超过当时承台砼的极限抗拉强度，进行了防裂理论计算：

3.1数值模型

计算中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度的数值模型分别为：

3.1.1绝热温升

绝热温升公式取双曲线函数

3.1.2 弹性模量

3.1.3徐变度

3.2混凝土材料参数

承台混凝土弹性模量、劈裂抗拉强度、绝热温升、线膨胀系数根据经验取值。

表3－1混凝土物理热学参数

工程部位	混凝土标号	弹模增长 指数	最终弹模 (×104MPa)	热胀系数 (10-6/℃)	混凝土绝热温升(℃)
承台	C30	0.15	3.4	8.46	32.0

表3－2混凝土劈裂抗拉强度取值表（MPa）

龄期(d)	7	14	28	60
C30	1.21	2.15	3.01	3.4

3.3其他计算条件

u         单个承台混凝土平面尺寸为16.8×22.8m，高7m，分四层浇筑，浇筑厚度分别为1.5m、1.5m、1.5m、2.5m。

u         承台受12根Ф2.8m桩基约束，计算时基础弹模取2.4×10⁴MPa。

u         计算时考虑混凝土表面的保温，按侧面覆盖一层聚乙烯卷材和一层彩条布、顶部覆盖两层麻袋考虑。

u         计算时考虑冷却水管降温效果。承台混凝土共布设五层冷却水管，冷却水管水平间距为0.9m。取C30承台混凝土水化热温升32℃。

u         气温资料参考招标文件，平均风速按6m/s考虑。

u         计算时考虑徐变对混凝土应力的影响。

3.4计算结果

表3－3承台混凝土内部最高温度计算结果

工程部位	混凝土标号	最高温度(℃)	龄期(d)	最大内表温差(℃)
承台第一层	C30	41.8	2-3	12.5
承台第二层	C30	42.0	2-3	12.6
承台第三层	C30	42.0	2-3	12.6
承台第四层	C30	42.3	1-2	12.6

表3－4承台混凝土温度应力特征值（MPa）

龄期 部位	7d	14d	28d	60d	90d	120d
承台第一层	0.83	1.25	1.51	1.91	2.32	2.29
承台第二层	0.87	1.27	1.55	1.89	2.30	2.26
承台第三层	0.87	1.26	1.52	1.85	2.30	2.25
承台第四层	0.97	1.24	1.48	1.79	2.32	2.23

对比表3－2、表3－4可以看出，承台分四次浇筑，砼内部各龄期主拉应力均小于混凝土劈裂抗拉强度，混凝土抗裂安全系数K≥1.3，能满足要求。

4.温控标准

混凝土温度控制的原则是：1）尽量降低混凝土温升、延缓最高温度出现时间；2）降低降温速率；3）降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面和气温之间温差。温度控制的方法和制度需根据气温（季节）、混凝土内部温度、结构尺寸、约束情况、混凝土配合比等具体条件确定。根据本工程的实际情况，控制如下温控标准：

◆  混凝土夏季最高浇筑温度≤30℃；

◆  混凝土最大水化热温升：承台C30混凝土≤29℃；

◆  最大内表温差及相邻块温差：承台≤25℃；

◆  冬季混凝土表面温度与气温之差≥20℃，混凝土表面养护水温度与混凝

土表面温度之差≤15℃；

u       允许混凝土最大降温速率≤2.0℃／d。

5.施工

5.1混凝土浇筑温度的控制

降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。混凝土的入模温度应视气温而调整。在炎热气候下不应超过30℃，冬季不应低于5℃。在混凝土浇筑之前，通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，可以估算浇筑温度。若浇筑温度不在控制要求内，则应采取相措施。

5.1.1夏季降低混凝土入仓温度的措施有：

1）水泥使用前应充分冷却，确保施工时水泥温度≤50℃。

2）搭设遮阳棚，堆高骨料、底层取料、用水喷淋骨料。

3）避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附

近的局部气温不超过40℃。为此，应合理安排工期，尽量采用夜间浇筑。

4）当浇筑温度超过30℃，应采用拌和水加冰措施。

5）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。

6）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。

5.1.2冬季施工

如日平均气温低于5℃时，为防止混凝土受冻，可采取拌和水加热及运输过程的保温等措施。

5.2控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度

各层混凝土浇筑间歇期应控制在5－7天左右，最长不得超过10天。为降低老混凝土的约束，需做到薄层、短间歇、连续施工。如因故间歇期较长，应根据实际情况在充分验算的基础上对上层混凝土层厚进行调整。

结合施工要求，承台砼拟分四层浇筑，浇筑厚度分别为1.5m、1.5m、1.5m、2.5m。为减小基础约束并考虑结构的特点，分层厚度由薄到厚，分层厚度示意图见图5－1。

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