1.前言

　　西堠門大橋是舟山大陸連島工程中的第四座大橋，北端連接冊子島，南端連接金塘島，橫跨西堠門水道，為主跨1650m的大跨徑懸索橋。其南北承臺混凝土平面尺寸為16.8×22.8m、高7m，單個承臺混凝土方量約2643m3，砼設計強度等級C30.南北承臺均采用樁基礎，承臺底部為12根Ф2.8m嵌巖樁。

　　大體積混凝土由于水化熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個階段，在這個階段中混凝土的體積亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會產(chǎn)生溫度應力，如果該應力超過混凝土的抗裂能力，混凝土就會開裂。

　　為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，應主要從兩方面著手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性；二是減小外力、溫度、約束等作用在結構內(nèi)部產(chǎn)生的效應。

　　大體積混凝土施工主要難度在于如何控制水化熱，避免混凝土開裂或造成過大的溫度應力。目前采用的通用辦法就是優(yōu)化配合比，調節(jié)混凝土材料的入模溫度，混凝土內(nèi)部進行溫度調節(jié)，合理劃分澆筑高度及澆筑順序，加強混凝土的養(yǎng)護等措施。

　　2.混凝土配合比優(yōu)選及原材料選擇

　　為使大體積混凝土具有水化熱低、可泵性好、體積穩(wěn)定性好、抗侵蝕性和抗裂性能優(yōu)良等性能，砼進行如下試配：

　　2.1水泥：選用采用華新32.5礦渣硅酸鹽水泥，備選南京雙猴32.5礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)試驗結果，水泥的細度、標準稠度、凝結時間、安定性、膠砂強度均滿足規(guī)范要求。

　　2.2粉煤灰：選用諫壁電廠I級粉煤灰，其品質檢驗指標符合規(guī)范要求。

　　2.3外加劑：選用江蘇建科院JM-2緩凝高效降水劑，其品質檢驗指標符合規(guī)范要求。

　　2.4砂子：選用福建閩江砂，其性能檢驗指標符合規(guī)范要求。

　　2.5石子：選用鎮(zhèn)海大東方石場石子，其物理、化學性能檢驗指標符合規(guī)范要求。

　　2.6水：自來水。

　　2.7砼的水膠比為0.414，經(jīng)過多次試配及監(jiān)理試驗室平行試驗，確定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、外加劑2.22kg；坍落度為80～185mm.

　　3、大體積混凝土溫度應力仿真計算

　　大體積砼施工的關鍵是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為了驗算砼溫差和砼收縮所產(chǎn)生的溫度應力是否超過當時承臺砼的極限抗拉強度，進行了防裂理論計算：

　　3.1數(shù)值模型

　　計算中使用的絕熱溫升、彈性模量、徐變度的數(shù)值模型分別為：

　　3.1.1絕熱溫升

　　絕熱溫升公式取雙曲線函數(shù)

　　3.1.2 彈性模量

　　3.1.3徐變度

　　3.2混凝土材料參數(shù)

　　承臺混凝土彈性模量、劈裂抗拉強度、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗取值。

　　表3－1混凝土物理熱學參數(shù)

　　3.3其他計算條件

　　u單個承臺混凝土平面尺寸為16.8×22.8m，高7m，分四層澆筑，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m、1.5m、2.5m.

　　u承臺受12根Ф2.8m樁基約束，計算時基礎彈模取2.4×104MPa.

　　u計算時考慮混凝土表面的保溫，按側面覆蓋一層聚乙烯卷材和一層彩條布、頂部覆蓋兩層麻袋考慮。

　　u計算時考慮冷卻水管降溫效果。承臺混凝土共布設五層冷卻水管，冷卻水管水平間距為0.9m.取C30承臺混凝土水化熱溫升32℃。

　　u氣溫資料參考招標文件，平均風速按6m/s考慮。

　　u計算時考慮徐變對混凝土應力的影響。

　　3.4計算結果

　　表3－3承臺混凝土內(nèi)部最高溫度計算結果

　　表3－4承臺混凝土溫度應力特征值（MPa）

　　對比表3－2、表3－4可以看出，承臺分四次澆筑，砼內(nèi)部各齡期主拉應力均小于混凝土劈裂抗拉強度，混凝土抗裂安全系數(shù)K≥1.3，能滿足要求。

　　4.溫控標準

　　混凝土溫度控制的原則是：1）盡量降低混凝土溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時間；2）降低降溫速率；3）降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間溫差。溫度控制的方法和制度需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內(nèi)部溫度、結構尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。根據(jù)本工程的實際情況，控制如下溫控標準：

　　◆  混凝土夏季最高澆筑溫度≤30℃；

　　◆  混凝土最大水化熱溫升：承臺C30混凝土≤29℃；

　　◆  最大內(nèi)表溫差及相鄰塊溫差：承臺≤25℃；

　　◆  冬季混凝土表面溫度與氣溫之差≥20℃，混凝土表面養(yǎng)護水溫度與混凝

　　土表面溫度之差≤15℃；

　　u允許混凝土最大降溫速率≤2.0℃／d.

　　5.施工

　　5.1混凝土澆筑溫度的控制

　　降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多�；炷�土的入模溫度應視氣溫而調整。在炎熱氣候下不應超過30℃，冬季不應低于5℃。在混凝土澆筑之前，通過測量水泥、粉煤灰、砂、石、水的溫度，可以估算澆筑溫度。若澆筑溫度不在控制要求內(nèi)，則應采取相措施。

　　5.1.1夏季降低混凝土入倉溫度的措施有：

　　1）水泥使用前應充分冷卻，確保施工時水泥溫度≤50℃。

　　2）搭設遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋骨料。

　　3）避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附

　　近的局部氣溫不超過40℃。為此，應合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。

　　4）當澆筑溫度超過30℃，應采用拌和水加冰措施。

　　5）當氣溫高于入倉溫度時，應加快運輸和入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升�；炷�土輸送管外用草袋遮陽，并經(jīng)常灑水。

　　6）混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應對模板及混凝土表面進行冷卻，如灑水降溫、避免暴曬等。

　　5.1.2冬季施工

　　如日平均氣溫低于5℃時，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運輸過程的保溫等措施。

　　5.2控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度

　　各層混凝土澆筑間歇期應控制在5－7天左右，最長不得超過10天。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。如因故間歇期較長，應根據(jù)實際情況在充分驗算的基礎上對上層混凝土層厚進行調整。

　　結合施工要求，承臺砼擬分四層澆筑，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m、1.5m、2.5m.為減小基礎約束并考慮結構的特點，分層厚度由薄到厚，分層厚度示意圖見圖5－1.

　　5.3冷卻水管的埋設及控制

　　5.3.1水管位置

　　根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，承臺混凝土2m以下布設一層冷卻水管，2m以上布設兩層冷卻水管，共布設五層冷卻水管。冷卻水管均為φ40×2mm的電焊鋼管，其水平間距為0.9m，每根冷卻水管最大長度為150－200m，冷卻水管進出水口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。

　　5.3.2、冷卻水管使用及其控制

　　1）冷卻水采用自來水，不得采用海水；

　　2）冷卻水管使用前進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；

　　3）為確保大體積混凝土內(nèi)部通水冷卻效果，冷卻水通水流量應達到32－40L/min，且應控制冷卻水流向，使冷卻水從砼高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域；

　　4）為確保大體積混凝土內(nèi)部冷卻均勻，冷卻水管進出水溫差小于5℃。

　　5）混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，各層混凝土峰值過后，降溫速率超過2℃／d時停止通水。為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，采取二次通水冷卻，通水時間根據(jù)測溫結果確定。

　　6）控制進出水溫度，夏季進水溫度不宜超過25℃，可選取地下水或水庫深層水；冬季不應低于10℃，可與冷卻水出水混合提高溫度。

　　為保證冷卻水的初期降溫效果，項目部應與溫控單位協(xié)調配合，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，優(yōu)化冷卻水管的管路布置，合理選擇水泵，并配備檢修人員，以保證冷卻系統(tǒng)正常工作。

　　5.4內(nèi)表溫差控制

　　對于大體積混凝土，由于水化放熱會使溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過低，在升溫的一段時間內(nèi)應加強散熱，如模板灑水降溫等。當混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。

　　混凝土在降溫階段如氣溫較低或突遇寒潮，內(nèi)表溫差大于25℃或氣溫低于混凝土表面溫度超過20℃，必須對大體積混凝土進行保溫養(yǎng)護。做法如下：混凝土側面采用吊掛麻袋（土工布）外包一層彩條布保溫。必要時塔設保溫棚，用碘鎢燈照射混凝土表面并灑熱水養(yǎng)護�；炷�土的拆模時間不僅要考慮混凝土強度，還要考慮混凝土的溫度和內(nèi)外溫差，以免突然接觸空氣時降溫過快而開裂。冬季應延長拆模時間不少于一周，且拆模時間應選擇一天中溫度較高時段。拆模后應及時覆蓋保溫。

　　5.5混凝土養(yǎng)護

　　混凝土養(yǎng)護包括濕度和溫度兩個方面。結構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護過程中的溫度和濕度養(yǎng)護。因為水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土強度和耐久性的微結構。目前工程界普遍存在的問題

　　是濕養(yǎng)護不足，對混凝土質量影響很大。濕養(yǎng)護時間應視混凝土材料的不同組成和具體環(huán)境條件而定。對于低水膠比又摻用摻和料的混凝土，潮濕養(yǎng)護尤其重要。不同混凝土養(yǎng)護的最低期限見表5-1.

　　本工程可采用冷卻水管出水養(yǎng)護，既能達到保溫、保濕養(yǎng)護的效果，又可以減少水資源的浪費。夏季或氣溫較高時，混凝土表面應加強潮濕養(yǎng)護，在條件允許的情況下盡可能采用表面蓄水，防止混凝土出現(xiàn)干縮裂縫。當氣溫急劇下降或氣溫低于5℃時，應灑熱水養(yǎng)護或采用塑料薄膜養(yǎng)護。濕養(yǎng)護的同時，還要控制混凝土的溫度變化。根據(jù)季節(jié)不同采取保溫和散熱的綜合措施，保證混凝土內(nèi)表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內(nèi)。

　　表5－1不同混凝土溫養(yǎng)護的最低期限

　　注：當有實測混凝土表面溫度數(shù)據(jù)時，表中氣溫用實測表面溫度代替。

　　5.6施工控制

　　為確保大體積混凝土施工質量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強對每一環(huán)節(jié)的施工控制，混凝土施工嚴格按照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ04189）執(zhí)行，并特別注意以下方面：

　　1、混凝土拌至配料前，各種衡器清計量部門進行計量標定，稱料誤差符合

　　規(guī)范要求，嚴格按確定的配合比拌制。

　　2、混凝土按規(guī)定厚度、順序和方向分層澆筑，在下層混凝土初凝前澆筑完

　　上層混凝土，混凝土分層布料厚度不超過30cm.

　　3、 嚴格按規(guī)范要求進行各層間和各塊間水平和垂直施工縫處理，沿側面混凝土表面布設防裂金屬網(wǎng)，防止表面裂縫的產(chǎn)生。

　　5.7現(xiàn)場監(jiān)控

　　通過大量的工作對大體積混凝土的施工過程溫度控制將取到實質的成果，但是現(xiàn)場監(jiān)控仍然是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為檢驗施工質量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時調整和改進溫控措施，做到信息化施工，需對混凝土進行溫度及應變進行監(jiān)測。因為大體積混凝土的溫度、應力發(fā)展及防裂是一個十分復雜的問題，外界溫度、濕度、施工條件、原材料變化等都會引起溫度、應力的變化，只有通過溫控及應力監(jiān)測，才能更準確地了解結構的質量與抗裂安全狀況。現(xiàn)場監(jiān)控主要包括溫度和應力監(jiān)控。

　　6.監(jiān)理

　　針對大體積混凝土施工，監(jiān)理應首先仔細審查施工組織設計、施工方案和溫控方案，檢查澆筑的施工方案和施工程序是否可行，檢驗和審查工程材料、設備的質量，杜絕質量事故的隱患，保證大體積混凝土的順利澆筑。

　　6.1針對大體積混凝土所需的材料、設備進行檢查

　　由于大體積混凝土中材料用量大，監(jiān)理必須要求施工單位保證水泥、砂、石、水、粉煤灰、外加劑等均滿足數(shù)量和質量雙重要求，在有試驗報告和質保證書的前提下，再審核混凝土的配合比是否正確。由于在海島上施工，還必須保證淡水的供應。

　　針對大體積混凝土的施工時間長，加上地理位置在一個海島上，為保證施工連續(xù)進行，防止因設備故障而中途停止大體積混凝土澆筑，必須要求配備備用設備。而且，在開始施工前，還要求施工單位對主要設備進行試運行，校核各種計量器具，并提供計量部門的計量合格證。

　　6.2在大體積混凝土施工前全面檢查

　　為保證結構質量，在大體積混凝土施工前，必須全面檢查澆筑部位的鋼筋及其接頭、模板、冷卻水管的型號、位置等是否與圖紙相符。對于預埋鋼筋和預埋件要逐一核對，防止少埋或錯埋現(xiàn)象。對于鋼筋接頭，由于采用了機械連接和焊接多種形式，因此，在每層澆筑前監(jiān)理都要抽檢，合格后方能進行澆筑。

　　針對大體積混凝土厚度高，模板有橫向接縫。為保證質量，模板接縫處必須保證不漏漿，內(nèi)部光滑無明顯接縫。

　　對冷卻水管還要進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水。

　　6.3在大體積混凝土施工時應全過程旁站監(jiān)理

　　對于大體積混凝土施工過程中，現(xiàn)場監(jiān)理工程師必須全天候的、24小時跟班旁站監(jiān)理，如發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。試驗監(jiān)理工程師必須親自在混凝土攪拌站現(xiàn)場監(jiān)督，檢查生產(chǎn)配合比是否正確，測定砼坍落度是否穩(wěn)定，并查看混凝土出料溫度記錄情況，試件抽取、制作是否符合要求，并抽檢取樣。如發(fā)現(xiàn)質量問題，及時通知整改，消滅質量隱患。

　　6.4在大體積混凝土澆筑結束后，要隨時抽查溫度記錄和養(yǎng)護情況

　　在大體積混凝土施工后，必須對其溫度檢查記錄和混凝土的養(yǎng)護工作引起重視。如果發(fā)現(xiàn)溫度超出設計溫度，必須馬上要求施工單位處理，防止溫度裂縫產(chǎn)生。如發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護不及時或天氣有突變的可能，必須提前采取措施，防止混凝土發(fā)生開裂。

　　7.結束語

　　大體積混凝土，通過采用冷卻技術，把溫度控制在設計要求內(nèi)，能有效防止溫度裂縫的出現(xiàn)。通過施工前的試驗、計算，加上施工單位的精心組織和監(jiān)理單位的監(jiān)督指導，不但為承臺大體積混凝土施工創(chuàng)造了良好的條件，而且為大體積混凝土結構的質量提供了有利保證，更為其他大體積混凝土施工提供了寶貴的資料。