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宁夏公路建设管理局 宁夏银川 750001
摘要：随着我国经济的不断增长，大体积的混凝土施工工程越来越多，相应的施工技术也在完善和发展。本文阐述了大桥主墩承台基础混凝土水上施工的水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制，并针对对混凝土开裂问题，说明了混凝土裂缝控制的方法，为后续施工积累了宝贵的经验。
关键词：大桥主墩承台；大体积承台；裂缝控制；水上施工；降温法
1.工程简介
XX大桥主墩承台属于大体积混凝土，分三层浇筑，承台采用C35混凝土，总方量约为9000m3。由于承台体积大对施工准备组织设计和现场控制有较高的要求，在主墩承台施工前我们必须解决两个问题：（1）大体积混凝土水上施工对水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制。（2）大体积混凝土施工中由于水化热和外部约束条件所造成的混凝土开裂问题。
2.承台混凝土厚度浇筑的划分
承台混凝土浇筑属于水上作业，附近江水位的变化对他的施工会产生很大的影响。对于承台施工我们希望在我们套箱能够承受的范围内水位尽量高些。
在我们的承台施工过程中，封底混凝土的施工安全是我们最关心的问题。考虑最不利条件，即我们的抽水施工工况，8m的承台混凝土全部浇完时的工况。此时承台的所受的力为：Fw：刚套箱的浮力，Fn：封底混凝土与钢护筒的粘结力即握裹力，Ww：钢套箱的自重，Wf：封底混凝土自重，Wc：承台自重。
在我们抽水工况的时候，我们的水位就是+13.1m，钢套箱的底标高为-3.6m，钢套箱内口面积：1116.22 m2，钢套箱外口面积：1321.09m2，钢护筒直径：3m；
Fw=pgv=1321.09×16.7=220622kn
Fn=fn×3.14×d×32=15×2.6×3.14×3×32=117560kn
Ww=13000kn
Wf=1116.22×2.6-3.14×1.65×1.65×2.6×32=219
此时，Fn作为储备力，最大为117560kn。从上面的图例可以看出：握裹力。
3.对混凝土裂缝的控制
混凝土的裂纹产生有两大原因。（1）大体积混凝土水泥水化产生的温度不均使得結构产生温度应力。由于大体积截面厚度大水化热在内部不易散失，导致内部温度过高，一旦过高便会产生温度应力。在此过程中混凝土的抗拉强度不足抵应力时，便会产生温度裂缝。
3.1减小混凝土的水化热来控制裂缝
（1）控制混凝土的入模温度
混凝土的出机温度T0：
T0 =（0.2+Qs）Ws Ts+（0.2+Qg）Wg Tg0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww+0.2WcTc+（Ww-QsWs-QgWg）Tw0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww
式中：Qs、Qg分别为砂、石的含水量，以%计；Ws、Wg、Wc、Ww分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量；Ts、Tg、Tc、Tw分别为砂、石、水泥和水的温度。
（2）混凝土的浇筑温度Tp
Tp = T 0 +（Ta-T0）（θ1+θ2+ …+θn）式中：Ta为混凝土运输和浇筑时的气温；θ1、θ2、θn为系数，其数值如下：混凝土装、卸和转运，每次θ=0.032；混凝土泵送时θ=0.0018τ，τ为运输时间，以min计；浇筑过程中θ=0.003τ，τ为浇捣时间，以min计。
以下是我们的温度控制措施：a.砂石料尽量堆高以降低中心温度，并采取遮阳措施；水泥提前进场，停滞降温，有条件的可以放入冷库中做降温处理。b.对于使用前温度过高的要放入冷库中储存一段时间再使用；c.当气温高于入仓温度时，提高浇筑强度，尽量缩短混凝土运输时间和暴晒时间，罐车应该采用雨布遮挡防晒；d.在混凝土搅拌过程中还可以加入冷水、冰水降温，混凝土泵管外用草袋覆盖，浇水降温。e.另外还可以优化配合比，掺入掺合剂粉煤灰，减少水泥用量，降低混凝土的水化热温升，使用缓凝型高效泵送剂推迟温峰的出现。
3.2分层浇筑
分层浇筑又叫薄层分块浇筑法，就是对于2m或者3m厚的混凝土分多次浇筑，单层混凝土浇筑厚度控制在30cm以内。这样当第一次混凝土浇筑完成开始第二层时，第一层混凝土有充分的的时间冷却降温。而且也有利于我们混凝土的振捣施工，当时要合理调整混凝土的初凝时间，充分保证浇筑第二层时第一层还没有初凝，为此我们的混凝土将初凝时间调到30h。
3.3降温法
混凝土由于水化热的原因，混凝土内部温度会随时间缓慢升高。但是混凝土外部由于有良好的散热条件，升温并不明显。这样在水化热峰值到达之前，混凝土内外温差会逐渐升高。因此要降温法就是通过安装冷却水管用循环冷水来降低混凝土内部温度降低承台内部的混凝土温度，来达到减小承台内外温度差的目的。
该大桥44#主塔承台第一层（2.0m）于6月10日14：30开始浇筑，6月11日12：00浇筑完成，历时约20.5h，浇筑方量约为2122.5m3；浇筑温度为26.2～28.0℃，未超出温控标准5～28℃的要求。冷却水在混凝土覆盖测点2h后开通冷却管。冷却水进口水温在25.4～26.0℃范围内，出口水温在28.2～33.5℃范围内，进出水温差基本符合温控标准温峰前≤5℃、温峰后≤10℃的要求。
表1 大桥44#主塔承台第一层大体积混凝土7d温控监测数据汇总
烧筑温度/℃ 内部最高温度/℃ 最高温度出现时间/h 最大断面均温差/℃ 最大内表温差/℃ 进水温度/℃ 出水温度/℃
26.2～28.4 59.9 44h 57.5 24.3 25.4～26.0 28.2～33.5
图2 各测线温度特征值历时曲线图 附件1：承台温度测点布置示意图
3.4保温法
在浇筑完每一层混凝土后，蓄水养护。在浇筑完3层混凝土后，用塑料布覆盖其表面进行全封闭保温，保湿和蓄热养护。以提高混凝土的表面温度，达到减小内外温差，防止产生温度裂纹的目的。防止温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生温差裂缝和表面干缩裂缝，同时也保证了水泥的水化作用在良好潮湿环境下进行，使混凝土早期抗拉强度较快上升。
3.5加强后期温度检测
即是在混凝土浇筑之前在承台的相关位置安装好温控元件。待混凝土浇筑完后，立即对承台进行跟蹤监测。以调节我们冷却水管交换冷却水的时间和频率。
主塔承台混凝土预计施工时间为6～8月份，浇筑温度设定为不大于28℃。在以上设定条件下，主塔承台第一层内部最高温度计算值为60.2℃，第二层内部最高温度计算值为61.7℃，第三层（含下塔柱）内部最高温度计算值为65.0℃，温峰出现时间约为浇筑后第2～3天，内部最高温度包络图见图3。
图3 主塔承台（含下塔柱）最高温度包络图（单位：℃）
从图3可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，冷却水管布置（附图1）采取了优化承台中间部位水管布置的方式以控制其内部温升。
从表2可以看出，承台第一层混凝土因层厚较小，早期（3d）应力较小，后期约束条件增加，应力水平较高。受浇筑层较厚较大影响，第二层、第三层混凝土早期（3d）应力发展较快，集中于构件表面；7d后有部分应力向承台内部转移并逐渐发展至稳定水平。因合理地采取了强约束区分层浇筑的方式，承台各浇筑层各龄期最小抗裂安全系数为1.42，安全系数较高（≥1.4），抗开裂能力较强。可根据工况采取常规温控措施，做好表面保温保湿养护工作，控制内表温差以避免主塔承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。
表2 主塔承台（含下塔柱）温度应力场结果
龄期 3d 7d 28d 半年
第一层温度应力（Mpa） 0.69 1.42 2.15 2.35
第二层温度应力（Mpa） 1.10 0.93 1.80 1.64
第三层温度应力（Mpa） 1.13 1.03 1.67 1.46
承台最小安全系数 1.42 1.69 1.63 1.62
下塔柱温度应力（Mpa） 1.65 2.0 1.36 1.11
下塔柱安全系数 1.21 1.70 3.09 4.05
从表2可以看出，主塔下塔柱空心段因混凝土内部温升大同时散热面积较大造成早期内表温差偏大，在下塔柱与承台交界处存在应力集中。后期因未考虑上部构件的浇筑，应力消散较快。下塔柱3d最小抗裂安全系数为1.21，低于安全系数控制标准1.4，抗开裂能力不足，早龄期需加强其上表面及侧面的保温保湿养护，延长带模养护时间。必要时可采取一定的防裂附加措施，如采用水化热减低剂混凝土、使用透水模板布、使用防裂钢筋网等，避免主塔混凝土出现有害温度裂缝。
4.结束语
综上所述，（1）对于我们主墩2m、3m、3m的分层，混凝土的浇筑高度较大，应该挂设串桶，防止混凝土离析。（2）在振捣过程中，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应遵守快插慢拔的原则，必须振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止。（3）控制保护层厚度的方法：设置定位钢筋，并配和有保护层垫块。
参考文献：
[1]李志刚，魏宁.露水河大桥主墩承台大体积混凝土施工技术[J].福建建材，2011（01）.
[2]余喜平.东华大桥主墩承台疏水化合孔栓物混凝土施工技术[J].福建建设科技，2012（04）.
摘要：随着我国经济的不断增长，大体积的混凝土施工工程越来越多，相应的施工技术也在完善和发展。本文阐述了大桥主墩承台基础混凝土水上施工的水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制，并针对对混凝土开裂问题，说明了混凝土裂缝控制的方法，为后续施工积累了宝贵的经验。
关键词：大桥主墩承台；大体积承台；裂缝控制；水上施工；降温法
1.工程简介
XX大桥主墩承台属于大体积混凝土，分三层浇筑，承台采用C35混凝土，总方量约为9000m3。由于承台体积大对施工准备组织设计和现场控制有较高的要求，在主墩承台施工前我们必须解决两个问题：（1）大体积混凝土水上施工对水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制。（2）大体积混凝土施工中由于水化热和外部约束条件所造成的混凝土开裂问题。
2.承台混凝土厚度浇筑的划分
承台混凝土浇筑属于水上作业，附近江水位的变化对他的施工会产生很大的影响。对于承台施工我们希望在我们套箱能够承受的范围内水位尽量高些。
在我们的承台施工过程中，封底混凝土的施工安全是我们最关心的问题。考虑最不利条件，即我们的抽水施工工况，8m的承台混凝土全部浇完时的工况。此时承台的所受的力为：Fw：刚套箱的浮力，Fn：封底混凝土与钢护筒的粘结力即握裹力，Ww：钢套箱的自重，Wf：封底混凝土自重，Wc：承台自重。
在我们抽水工况的时候，我们的水位就是+13.1m，钢套箱的底标高为-3.6m，钢套箱内口面积：1116.22 m2，钢套箱外口面积：1321.09m2，钢护筒直径：3m；
Fw=pgv=1321.09×16.7=220622kn
Fn=fn×3.14×d×32=15×2.6×3.14×3×32=117560kn
Ww=13000kn
Wf=1116.22×2.6-3.14×1.65×1.65×2.6×32=219
此时，Fn作为储备力，最大为117560kn。从上面的图例可以看出：握裹力。
3.对混凝土裂缝的控制
混凝土的裂纹产生有两大原因。（1）大体积混凝土水泥水化产生的温度不均使得結构产生温度应力。由于大体积截面厚度大水化热在内部不易散失，导致内部温度过高，一旦过高便会产生温度应力。在此过程中混凝土的抗拉强度不足抵应力时，便会产生温度裂缝。
3.1减小混凝土的水化热来控制裂缝
（1）控制混凝土的入模温度
混凝土的出机温度T0：
T0 =（0.2+Qs）Ws Ts+（0.2+Qg）Wg Tg0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww+0.2WcTc+（Ww-QsWs-QgWg）Tw0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww
式中：Qs、Qg分别为砂、石的含水量，以%计；Ws、Wg、Wc、Ww分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量；Ts、Tg、Tc、Tw分别为砂、石、水泥和水的温度。
（2）混凝土的浇筑温度Tp
Tp = T 0 +（Ta-T0）（θ1+θ2+ …+θn）式中：Ta为混凝土运输和浇筑时的气温；θ1、θ2、θn为系数，其数值如下：混凝土装、卸和转运，每次θ=0.032；混凝土泵送时θ=0.0018τ，τ为运输时间，以min计；浇筑过程中θ=0.003τ，τ为浇捣时间，以min计。
以下是我们的温度控制措施：a.砂石料尽量堆高以降低中心温度，并采取遮阳措施；水泥提前进场，停滞降温，有条件的可以放入冷库中做降温处理。b.对于使用前温度过高的要放入冷库中储存一段时间再使用；c.当气温高于入仓温度时，提高浇筑强度，尽量缩短混凝土运输时间和暴晒时间，罐车应该采用雨布遮挡防晒；d.在混凝土搅拌过程中还可以加入冷水、冰水降温，混凝土泵管外用草袋覆盖，浇水降温。e.另外还可以优化配合比，掺入掺合剂粉煤灰，减少水泥用量，降低混凝土的水化热温升，使用缓凝型高效泵送剂推迟温峰的出现。
3.2分层浇筑
分层浇筑又叫薄层分块浇筑法，就是对于2m或者3m厚的混凝土分多次浇筑，单层混凝土浇筑厚度控制在30cm以内。这样当第一次混凝土浇筑完成开始第二层时，第一层混凝土有充分的的时间冷却降温。而且也有利于我们混凝土的振捣施工，当时要合理调整混凝土的初凝时间，充分保证浇筑第二层时第一层还没有初凝，为此我们的混凝土将初凝时间调到30h。
3.3降温法
混凝土由于水化热的原因，混凝土内部温度会随时间缓慢升高。但是混凝土外部由于有良好的散热条件，升温并不明显。这样在水化热峰值到达之前，混凝土内外温差会逐渐升高。因此要降温法就是通过安装冷却水管用循环冷水来降低混凝土内部温度降低承台内部的混凝土温度，来达到减小承台内外温度差的目的。
该大桥44#主塔承台第一层（2.0m）于6月10日14：30开始浇筑，6月11日12：00浇筑完成，历时约20.5h，浇筑方量约为2122.5m3；浇筑温度为26.2～28.0℃，未超出温控标准5～28℃的要求。冷却水在混凝土覆盖测点2h后开通冷却管。冷却水进口水温在25.4～26.0℃范围内，出口水温在28.2～33.5℃范围内，进出水温差基本符合温控标准温峰前≤5℃、温峰后≤10℃的要求。
表1 大桥44#主塔承台第一层大体积混凝土7d温控监测数据汇总
烧筑温度/℃ 内部最高温度/℃ 最高温度出现时间/h 最大断面均温差/℃ 最大内表温差/℃ 进水温度/℃ 出水温度/℃
26.2～28.4 59.9 44h 57.5 24.3 25.4～26.0 28.2～33.5
图2 各测线温度特征值历时曲线图 附件1：承台温度测点布置示意图
3.4保温法
在浇筑完每一层混凝土后，蓄水养护。在浇筑完3层混凝土后，用塑料布覆盖其表面进行全封闭保温，保湿和蓄热养护。以提高混凝土的表面温度，达到减小内外温差，防止产生温度裂纹的目的。防止温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生温差裂缝和表面干缩裂缝，同时也保证了水泥的水化作用在良好潮湿环境下进行，使混凝土早期抗拉强度较快上升。
3.5加强后期温度检测
即是在混凝土浇筑之前在承台的相关位置安装好温控元件。待混凝土浇筑完后，立即对承台进行跟蹤监测。以调节我们冷却水管交换冷却水的时间和频率。
主塔承台混凝土预计施工时间为6～8月份，浇筑温度设定为不大于28℃。在以上设定条件下，主塔承台第一层内部最高温度计算值为60.2℃，第二层内部最高温度计算值为61.7℃，第三层（含下塔柱）内部最高温度计算值为65.0℃，温峰出现时间约为浇筑后第2～3天，内部最高温度包络图见图3。
图3 主塔承台（含下塔柱）最高温度包络图（单位：℃）
从图3可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，冷却水管布置（附图1）采取了优化承台中间部位水管布置的方式以控制其内部温升。
从表2可以看出，承台第一层混凝土因层厚较小，早期（3d）应力较小，后期约束条件增加，应力水平较高。受浇筑层较厚较大影响，第二层、第三层混凝土早期（3d）应力发展较快，集中于构件表面；7d后有部分应力向承台内部转移并逐渐发展至稳定水平。因合理地采取了强约束区分层浇筑的方式，承台各浇筑层各龄期最小抗裂安全系数为1.42，安全系数较高（≥1.4），抗开裂能力较强。可根据工况采取常规温控措施，做好表面保温保湿养护工作，控制内表温差以避免主塔承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。
表2 主塔承台（含下塔柱）温度应力场结果
龄期 3d 7d 28d 半年
第一层温度应力（Mpa） 0.69 1.42 2.15 2.35
第二层温度应力（Mpa） 1.10 0.93 1.80 1.64
第三层温度应力（Mpa） 1.13 1.03 1.67 1.46
承台最小安全系数 1.42 1.69 1.63 1.62
下塔柱温度应力（Mpa） 1.65 2.0 1.36 1.11
下塔柱安全系数 1.21 1.70 3.09 4.05
从表2可以看出，主塔下塔柱空心段因混凝土内部温升大同时散热面积较大造成早期内表温差偏大，在下塔柱与承台交界处存在应力集中。后期因未考虑上部构件的浇筑，应力消散较快。下塔柱3d最小抗裂安全系数为1.21，低于安全系数控制标准1.4，抗开裂能力不足，早龄期需加强其上表面及侧面的保温保湿养护，延长带模养护时间。必要时可采取一定的防裂附加措施，如采用水化热减低剂混凝土、使用透水模板布、使用防裂钢筋网等，避免主塔混凝土出现有害温度裂缝。
4.结束语
综上所述，（1）对于我们主墩2m、3m、3m的分层，混凝土的浇筑高度较大，应该挂设串桶，防止混凝土离析。（2）在振捣过程中，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应遵守快插慢拔的原则，必须振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止。（3）控制保护层厚度的方法：设置定位钢筋，并配和有保护层垫块。
参考文献：
[1]李志刚，魏宁.露水河大桥主墩承台大体积混凝土施工技术[J].福建建材，2011（01）.
[2]余喜平.东华大桥主墩承台疏水化合孔栓物混凝土施工技术[J].福建建设科技，2012（04）.