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【摘 要】安徽蚌埠某跨越淮河斜拉桥，主桥20#墩承台为水下承台。承台直径达26m，体积较大。大体积混泥土水化过程产生较大的热量，承台可能由于内外温差过大而开裂。为防止承台开裂，在施工中进行了温度监控。参考有限元仿真计算的结果，根据监控结果采取了适当的措施，成功的防止了承台开裂。
【关键词】大体积混凝土；水化热；温度；监控；有限元
【Abstract】One cable-stayed bridge across huaihe river in Bengbu anhui province，the 20th pier pile cap is underwater.The diameter of the pile cap reaches 26m，thus the volume of the pile cap is very big. Greater heat will be produced by the massive concrete hydration process. Due to the large temperature difference between inside and outside of the pile cap， cracking maybe come into being.In order to prevent cap cracking，construction monitoring is used. Reference the result of finite element simulation， appropriate measures is taken according to the results of the monitoring，prevent cap cracking is succesful.
【Key words】mass concrete；hydration heat；temperature；monitor；finite element.
一、工程概況
安徽蚌埠某跨越淮河斜拉桥，主桥20#桥墩承台为水下承台，直径26.0m，三阶梯形状，自上而上高度分为1m，2m，3m，总高度为6m。基础采用群桩基础。承台结构形式如图1所示。
图1 承台形式
承台第一、二层混凝土设计强度等级为C35，第一层浇筑高度3.0m，方量1592.79m3；第二层浇筑高度为2.0m，方量为762.36 m3。共布设5层冷却管，水管采用φ32×1.5mm的薄壁钢管，第一层承台布设3层，第二层承台布设2层，冷却水为淮河水，按大体积混凝土施工。承台砼采用拌和站集中拌和，泵送入模，插入式振捣器振捣，为加快砼浇筑速度，承台砼施工时，2个拌和站同时拌和，对岸拌和站备用，砼通过8辆混凝土运输车转运到施工现场泵送入模，砼输送泵采用2台，入模砼方量按70m3/h考计。承台冷水管布置如图2所示。
图2 冷却水管布置图（cm）
二、监控目的
大体积混凝土结构混凝土浇筑后，水泥因水化引起水化热，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，形成较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。在混凝土养护期间，混凝土抗拉强度较低，当温差产生的拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则会在混凝土内部和混凝土表面产生裂缝。因此应对承台温度进行监控，采取适当措施，减小内外温差，防止承台由于内外温差过大而产生开裂。
三、监控方案
在承台互相垂直的两个对称轴上布置温度测点。共布置七层传感器了，从承台的圆心处开始布置温度传感器，传感器的间距如图3-1所示。第一层承台布置3层传感器，传感器分布距承台底面0.05m，1m，2m，共布置39个温度传感器；第二层承台布置2层传感器，各层传感器距第二层承台底距离分别为0.05m，1m，共布置26个温度传感器；第三层承台布置1层传感器，传感器居第三层承台底0.5m处，共布置7个传感器。另外在承台附近空气中布置一个传感器，用以测量承台附近的大气温度。传感器用细铁丝，固定在相应位置的钢筋上，数据线沿钢筋布置，每隔1m左右用细铁丝固定，以防止浇筑混凝土时传感器和数据线的移动。传感器布置详如图3所示。
图3 各层承台传感器布置图（m）
四、有限元仿真计算
采用大型有限元软件对承台建立有限元模型，采用solid70单元来模拟混凝土。模型共有30045个节点，146937个单元。根据现场实际情况确定各层承台的边界对流条件。承台的大气温度设为20℃，对流系数取12J/m2h℃，承台的初始温度设为20℃。承台有限元模型如图4-1所示。
有限元模型按照实际的承台浇筑顺序进行建模。将建模过程分为3步：第1步，浇筑第一层承台；第2步，浇筑第二层承台；第3步，浇筑第三层承台。承台建模顺序为：浇筑第一层承台→养护14天→浇筑第二层承台→养护14天→浇筑第三层承台箭头→养护14天。有限元计算结果如图4～图7所示。
图4 承台有限元模型
图5 第一层承台浇筑后承台温度分布图
图6 第二层承台浇筑后承台温度分布图
图7 第三层承台浇筑后承台温度分布图
从图中数据可以看出，浇筑第一层承台后，承台最高温度63.712℃，承台大部分位置的温度为56℃左右；浇筑第二层承台后，承台最高温度70.002℃，承台大部分位置的温度为67℃；浇筑第三层承台后，承台最高温度80.047℃，承台大部分位置的温度为71℃左右。承台最大升温超过初始温度60℃，承台大部分位置温度较高，容易产生开裂，因此有必要对承台采取降温措施，并对承台的升温过程进行监控，为承台的升温过程的控制，提供数据。
五、 监控过程
由于各地的水泥、砂、外加剂等材料存在差别，升温过程不尽相同。为了准确捕捉承台水化热温度的最高值，本次承台水化热温度的监控每小时采集一次数据。当监控到温度升高速度大于1℃/h时，及时通知施工单位通水冷进行降温，当承台温度下降后当温度降温速度大于1℃/h时，及时通知施工单位进行相应的保温措施。保证承台内外温差不大于25℃，表里温差不大于20℃，混凝土降温速度不大于2℃/h。
六、 监控结果
混凝土的入模温度最大值为26.63℃，至混凝土温度升温达到最高点时，内部最高温度为62.81℃，温升最大值为38.83℃。每一层承台从浇筑混凝土开始至升温达到最高值再到温度开始下降，承台芯表温差最大值为27.65 ℃；承台外表温度与环境温度差最大值27.94℃。
七、 结论
经过温度监控过程和施工过程的紧密结合，对承台由于水化热产生的升温过程采取了及时有效的措施。保证了承台内外温差和表里温差均在混凝土可承受范围内，混凝土未产生开裂现象。参考有限元仿真计算结果进行的温度监控是可行的。
参考文献：
[1] 王军，，李峰，王韶翔。斜拉桥承台大体积混凝土水化热三维有限元分析研究[J]。 交通标准化，2007 年第12 期（ 总第172 期）。
[2] 陈 强，彭学理，马林，牛斌。斜拉桥大体积混凝土浇筑水化热温度监测及分析[J]。铁道 建 筑，2007年第10期。
[3] 王 磊，杨培诚。大体积混凝土水化热施工期温度场及应力场仿真分析[J]，交通科技，2010年第3期。
【关键词】大体积混凝土；水化热；温度；监控；有限元
【Abstract】One cable-stayed bridge across huaihe river in Bengbu anhui province，the 20th pier pile cap is underwater.The diameter of the pile cap reaches 26m，thus the volume of the pile cap is very big. Greater heat will be produced by the massive concrete hydration process. Due to the large temperature difference between inside and outside of the pile cap， cracking maybe come into being.In order to prevent cap cracking，construction monitoring is used. Reference the result of finite element simulation， appropriate measures is taken according to the results of the monitoring，prevent cap cracking is succesful.
【Key words】mass concrete；hydration heat；temperature；monitor；finite element.
一、工程概況
安徽蚌埠某跨越淮河斜拉桥，主桥20#桥墩承台为水下承台，直径26.0m，三阶梯形状，自上而上高度分为1m，2m，3m，总高度为6m。基础采用群桩基础。承台结构形式如图1所示。
图1 承台形式
承台第一、二层混凝土设计强度等级为C35，第一层浇筑高度3.0m，方量1592.79m3；第二层浇筑高度为2.0m，方量为762.36 m3。共布设5层冷却管，水管采用φ32×1.5mm的薄壁钢管，第一层承台布设3层，第二层承台布设2层，冷却水为淮河水，按大体积混凝土施工。承台砼采用拌和站集中拌和，泵送入模，插入式振捣器振捣，为加快砼浇筑速度，承台砼施工时，2个拌和站同时拌和，对岸拌和站备用，砼通过8辆混凝土运输车转运到施工现场泵送入模，砼输送泵采用2台，入模砼方量按70m3/h考计。承台冷水管布置如图2所示。
图2 冷却水管布置图（cm）
二、监控目的
大体积混凝土结构混凝土浇筑后，水泥因水化引起水化热，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，形成较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。在混凝土养护期间，混凝土抗拉强度较低，当温差产生的拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则会在混凝土内部和混凝土表面产生裂缝。因此应对承台温度进行监控，采取适当措施，减小内外温差，防止承台由于内外温差过大而产生开裂。
三、监控方案
在承台互相垂直的两个对称轴上布置温度测点。共布置七层传感器了，从承台的圆心处开始布置温度传感器，传感器的间距如图3-1所示。第一层承台布置3层传感器，传感器分布距承台底面0.05m，1m，2m，共布置39个温度传感器；第二层承台布置2层传感器，各层传感器距第二层承台底距离分别为0.05m，1m，共布置26个温度传感器；第三层承台布置1层传感器，传感器居第三层承台底0.5m处，共布置7个传感器。另外在承台附近空气中布置一个传感器，用以测量承台附近的大气温度。传感器用细铁丝，固定在相应位置的钢筋上，数据线沿钢筋布置，每隔1m左右用细铁丝固定，以防止浇筑混凝土时传感器和数据线的移动。传感器布置详如图3所示。
图3 各层承台传感器布置图（m）
四、有限元仿真计算
采用大型有限元软件对承台建立有限元模型，采用solid70单元来模拟混凝土。模型共有30045个节点，146937个单元。根据现场实际情况确定各层承台的边界对流条件。承台的大气温度设为20℃，对流系数取12J/m2h℃，承台的初始温度设为20℃。承台有限元模型如图4-1所示。
有限元模型按照实际的承台浇筑顺序进行建模。将建模过程分为3步：第1步，浇筑第一层承台；第2步，浇筑第二层承台；第3步，浇筑第三层承台。承台建模顺序为：浇筑第一层承台→养护14天→浇筑第二层承台→养护14天→浇筑第三层承台箭头→养护14天。有限元计算结果如图4～图7所示。
图4 承台有限元模型
图5 第一层承台浇筑后承台温度分布图
图6 第二层承台浇筑后承台温度分布图
图7 第三层承台浇筑后承台温度分布图
从图中数据可以看出，浇筑第一层承台后，承台最高温度63.712℃，承台大部分位置的温度为56℃左右；浇筑第二层承台后，承台最高温度70.002℃，承台大部分位置的温度为67℃；浇筑第三层承台后，承台最高温度80.047℃，承台大部分位置的温度为71℃左右。承台最大升温超过初始温度60℃，承台大部分位置温度较高，容易产生开裂，因此有必要对承台采取降温措施，并对承台的升温过程进行监控，为承台的升温过程的控制，提供数据。
五、 监控过程
由于各地的水泥、砂、外加剂等材料存在差别，升温过程不尽相同。为了准确捕捉承台水化热温度的最高值，本次承台水化热温度的监控每小时采集一次数据。当监控到温度升高速度大于1℃/h时，及时通知施工单位通水冷进行降温，当承台温度下降后当温度降温速度大于1℃/h时，及时通知施工单位进行相应的保温措施。保证承台内外温差不大于25℃，表里温差不大于20℃，混凝土降温速度不大于2℃/h。
六、 监控结果
混凝土的入模温度最大值为26.63℃，至混凝土温度升温达到最高点时，内部最高温度为62.81℃，温升最大值为38.83℃。每一层承台从浇筑混凝土开始至升温达到最高值再到温度开始下降，承台芯表温差最大值为27.65 ℃；承台外表温度与环境温度差最大值27.94℃。
七、 结论
经过温度监控过程和施工过程的紧密结合，对承台由于水化热产生的升温过程采取了及时有效的措施。保证了承台内外温差和表里温差均在混凝土可承受范围内，混凝土未产生开裂现象。参考有限元仿真计算结果进行的温度监控是可行的。
参考文献：
[1] 王军，，李峰，王韶翔。斜拉桥承台大体积混凝土水化热三维有限元分析研究[J]。 交通标准化，2007 年第12 期（ 总第172 期）。
[2] 陈 强，彭学理，马林，牛斌。斜拉桥大体积混凝土浇筑水化热温度监测及分析[J]。铁道 建 筑，2007年第10期。
[3] 王 磊，杨培诚。大体积混凝土水化热施工期温度场及应力场仿真分析[J]，交通科技，2010年第3期。