常兴渭河特大桥大体积砼施工技术浅析

常兴渭河特大桥大体积砼施工技术浅析

张翼

张翼（西成·西兰铁路客运专线陕西有限责任公司陕西西安710043）

摘要：本文结合新建铁路西安至宝鸡客运专线常兴渭河特大桥DK561+001.25～DK583+914.64区段主墩承台施工实例，介绍了大体积混凝土控制裂缝所采取的几项技术措施，结合温度测试，逐项分析采取各项措施的效果，进一步总结了大体积混凝土的施工经验。

关键词：客运专线大体积砼施工技术浅析

一、概况

新建铁路西安至宝鸡客运专线常兴渭河特大桥渭河段起止里程DK581+721.40～DK582+663.89（墩号为590～609号墩），共19跨。桥位所处位置河流流水终年不断，有枯水、潮水季节之分，河水涨潮主要受大气降水量和上游水电站蓄水、泄洪影响，其中H1%=480.75m，第601号桥墩承台顶标高最低，其承台顶标高470.471m，承台最高3m。桥位所处位置存在承压水地质，经前期进行的施工调查得知承压水水位标高约在479.3m。本桥段共20个承台，其中599～601号墩位于渭河主河道内，其余17个墩位于渭河堤坝内。承台尺寸除590、609为12.6×10.6×3.0m外，其余均为15.4×12.6×3m。600号桥墩承台底面经初步勘查约位于常水位以下7米，因此对承台砼的整体性、抗渗性、耐久性要求较高。

为了进一步总结这些经验，现在根据当时有关施工资料，结合温度测试数据，逐项分析几种技术措施的实施情况及其效果。

二、各项措施分析及实测效果

1.材料选配

（1）选用不同品种水泥，降低水化热。大体积混凝土升温，主要是由水泥水化热引起的。预防和控制混凝土裂缝，首先应从降低水泥水化热着手，不少工程曾使用低热水泥来减少水化热。据资料介绍，采用低热的矿渣水泥比同一标号普通硅酸盐水泥的水化热可减少1/4左右，效果明显。但由于大桥工地混凝土拌和设备所限，改用低热水泥困难较大。

（2）减少水泥用量，降低水化热。粗细骨料优选大粒径、级配好，可减少水泥用量10%。

（3）为分析降低水化热效果，下面根据水泥生产厂家和工地试验室提供的数据计算用PO42.5与用PO32.5水泥拌制混凝土的水化热。

水化热计算：PO42.5水泥的水泥水化热3280KJ/Kg,而PO32.5水泥的水化热为3274KJ/Kg（以上数据为厂家提供）,因此每方混凝土的水化热差为425×3274-327×3280=3.2×105KJ。

由此可以看出，采用高标号水泥配制低标号砼，对降低水化热效果十分明显。实测温度也能证实降低水化热的效果。

（4）粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量要控制，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。

（5）外加剂:如选择合适的配合比，优先采用双掺技术。减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。减水剂、缓凝剂可改善混凝土和易性，降低水灰比，以达到较少水泥用量。

2.预设冷却管能降低混凝土内部的最高温升

控制大体积混凝土内部的最高温升，另一项措施是在混凝土内部预设冷却水管，用循环水及时将热量排出，以降低混凝土内部最高温升。

这次在承台内预设4层φ50mm×2.5mm冷却水管，层距1m，最下层距承台底0.5m，每层由12根水管往返排绕，间隔是1.4m。在使用过程中，经实测进出口水温温差在5.1℃,由此可见能将混凝土内部热量带出一部分。测温过程中为了测出冷却管的效果，还在距冷却管不同距离安装了10根测温管，由实测温度看冷却管也有一定的降温效果。

为了分析冷却管的降温效果，下面根据实测进出口水的温差(平均为5.1℃)，按下式可计算出带走的热量：

Q水＝C水M水△T水＝856，800kcal

式中，C水为水的比热1.0kcal/kg℃；M水为质量168000kg；△T水为温差，根据实测平均为5.1℃。

冷却管一天带出的热量可使承台内部温度平均降低△t=Q水/C混凝土M混凝土=0.45℃。可见冷却水每天可使混凝内部温度降低0.45℃左右。

如果考虑承台表面一部分混凝土由于散热条件好，不需冷却管来散热等因素，每天约能降温0.5℃左右，10天时间能降低约5℃。

由此可见，采用冷却管能将混凝土内部温度降低一部分，但降温幅度不大，而且成本也高。

3.混凝土养生

（1）表面覆盖蓄热养生。大体积混凝土内外温差根据体积大小和温度梯度不同，一般控制在20℃，不会出现裂缝。当承台混凝土灌注后，内部温度虽然采取措施仍可上升50℃以上，而混凝土表面随气温变化很可能造成内外温差超过控制范围。为了控制内外温差，一方面可以采取措施降低内部温度，另外提高混凝土表面温度同样可以达到减少内外温差的效果，即通过在混凝土表面覆盖保温层来提高表面温度。至于覆盖层厚度可用下式计算：

δ=0.5hλ(t2-tg)K/λc(tmax-t2)=1cm

式中，δ为保温材料的厚度；h为结构厚度，h=4m；λ为保温材料的导热系数，施工中采用无纺土工布，故取0.05W/(m·K)；λc为混凝土的导热系数，取2.3W/(m·K)；t2为混凝土表面温度13℃；tmax为混凝土内部最高温度51℃；tg为混凝土达到最高温度时的大气平均温度4℃；K为传热系数的修正值，K＝1.3。

这次承台灌注同样采用表面覆盖蓄热降低温差的措施：在承台灌注后第2天，即用一层无纺土工布覆盖，覆盖厚度比上述稍薄，约0.5～0.8cm，但从实测效果看十分明显。

11月2日内部最高温升已到51℃，而气温下降到7℃，这时实测混凝土表面温度为13℃，为控制内外温差，立即将表面用棉被覆盖，之后再测表面立即上升到24℃。

对混凝土表面覆盖蓄热，不仅能减少混凝土内外温差预防温度裂缝，而且发现覆盖层下面易于保持水份，避免混凝土因表面干缩而产生收缩裂缝。另外混凝土在湿热环境养生，强度增长也快，更能增强本身的抗裂能力。

因此，混凝土表面覆盖蓄热养生，不但对温度裂缝有预防作用，同样对收缩裂缝也有很好的预防作用。表面覆盖法与冷却管法相比不但节省大量材料，还减少工序，降低了成本，而且见效快，又十分明显，是控制大体积混凝土裂缝比较理想的措施。

（2）相关要求。混凝土养护期间，混凝土内部最高温度不宜超过60℃，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于20℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15℃。新浇筑的混凝土与地表流动水或地下水接触时，必须采取防护措施，直到混凝土达到50%以上的设计强度为止，并不得小于7d。当环境温度低于5℃时禁止洒水。新浇筑的混凝土强度未达到1.2Mpa前,不得在其表面搭设上层结构用的支撑和模板等设施。当工地昼夜平均气温3天低于+5℃或最低气温低于－3℃时，采取暖棚法养护，采用搭棚子生火保温,并将烟气排出棚外。当工地昼夜平均气温高于30℃时，采取夏期施工措施，采用上盖草帘子洒水养护。

4.其它几项措施

在常兴渭河特大桥主墩承台浇注过程中除上述外，还采取了以下几项措施预防混凝土裂缝：

（1）设防裂钢筋网片。根据设计在承台的四周设置了一层D5冷轧钢筋网片，网格间距10×5cm、净保护层2cm的钢筋防裂网片，对减轻混凝土表面收缩裂缝，特别对限制裂缝宽度十分有效。据资料介绍，防裂钢筋网片布置得好，可将混凝土裂缝宽度限制在0.05mm之内。

（2）分层振捣。浇注时严格按全断面分层浇注，每层厚度不超过50cm，同时要振捣密实。这样可将混凝土早期水化热散发一部分，但要确保灌注速度，每层之间不要出现冷缝。

（3）对混凝土表面处理。大体积混凝土的灌注，特别是泵送混凝土，灌注到顶面后表面浮浆较多，如不进行处理，很容易出现收缩裂缝，因此灌注到最后要认真进行表面处理。首先待混凝土振实后，将表面多余浮浆清除掉，将表面刮平后用工具将表面拍实抹平，并在初凝前和预沉后采取2次抹面、压实措施。

（4）配备专职人员监测混凝土温度。预埋测温管，安排专人对混凝土温度进行监测，发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25度或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人，以便及时采取措施。

采取以上措施，不但降低了混凝土最高温升，同时有效控制了内外温差，既防止了温度裂缝，也预防了收缩裂缝的产生。从灌注后检查情况来看，没有明显裂缝，证明这些措施在不同方面都发挥了一定的效果。

三、结束语

通过对常兴渭河特大桥主墩承台大体积混凝土施工中所采取的几种降温防裂技术措施的分析，可以得到以下几点经验：

1.选料首选矿渣水泥和大粒径、级配好的粗细骨料。大体积混凝土灌注时，在确保强度的情况下，采用高标号水泥拌制低标号砼技术，能有效地降低水泥水化热。外加剂可以适当改善混凝土性能，减少水化热。

2.在大体积混凝土中预埋冷却管对降低混凝土内部最高温升有一定效果，根据实测降低幅度不大，而且成本比较高，不是很理想的措施。

3.表面覆盖，既可以有效地将内外温差控制在允许范围之内，预防混凝土温度裂缝，还能保持水份避免混凝土表面收缩裂缝，是预防大体积混凝土裂缝有效简便的方法。

4.大体积混凝土裂缝控制，还可以采取以下几条措施：根据工程需要增设防裂钢筋网片；严格控制材料如碎石级配、砂的细度模数及它们的含泥量；用冷却水拌和混凝土，在泵送或运送过程中设法避免升温过大；分层浇注，每层厚不大于0.5m，振捣要密实；认真进行混凝土表面处理，多次收浆，避免收缩裂缝；有条件还可进行温度监测，及时掌握温度变化情况。

大体积混凝土的施工质量是一个系统工程，结合现场施工实际，只要方法、措施得当，大体积混凝土裂缝就能得到控制，确保工程质量。这些现场施工经验对我国客运专线桥梁大体积混凝土防裂施工有很好的借鉴作用。

参考文献

[1]《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB10424，2010。

[2]《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10752，2010。

[3]《高速铁路桥涵工程施工技术指南》铁建【2010】241号。