基础大体积混凝土施工技术及温度控制

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1.工程概况

　　A11公路拓宽改建工程西吴淞江大桥，位于上海市嘉定区安亭镇西南部，西起同三立交东至A11公路2号机孔桥，全长1.188km，分南北集散车道设计，跨越西吴淞江，根据规划Ⅲ级航道标准，跨径布置80M＋140M＋80M，结构形式三向预应力混凝土连续箱梁，截面为单箱单室直腹板结构，主墩承台为矩形，截面尺寸为15.0M×11.8M×3.5M，单根承台混凝土620方，要求一次性完成混凝土浇注，不留施工缝，属大体积混凝土。由于主墩承台混凝土施工期间为6月份天气较热，施工期间环境温度影响较大，特别是基坑钢板桩围堰，基础底处于地面下9M左右，坑内空气流通较慢，加剧了混凝土表面温度。

　　2.大体积混凝土温度裂缝

　　混凝土结构开裂原因：变形作用引起的裂缝和荷载作用引起的裂缝。根据国内外调查资料反映，由于变形引起的开裂占80%以上。这种变形作用包括温度（水化热，气温）湿度，地基变形，由于荷载引起的不足20%。在大体积混凝土浇筑初期，水泥的水化作用放出大量水化热，但由于混凝土表面散热条件好，因而温度上升较少，而混凝土内部由于散热条件差，热量散发少，内部温度上升较快，体积膨胀，导致形成温度梯度，形成内约束力，结果混凝土内部产生压应力，在表面引起拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会在混凝土表面出现裂缝。后期水泥水化热基本释放，混凝土内部温度逐渐降温，引起混凝土冷却收缩，再加上混凝土中多余水分蒸发等引起体积收缩变形，二者由于受到基础或老混凝上的约束，导致温度拉应力。当温度应力超过混凝土抗拉强度时，会从约束面向上形成裂缝，如果温度应力足够大，可以形成贯穿结构的整体裂缝，影响结构整体使用。温度控制、防止裂缝发展，是大体积混凝土结构施工中解决的难题，对此必须采取相关技术措施。

　　3.技术措施

　　针对该工程的实际情况，从材料优选用，配合比优化设计，混凝土浇筑方案，养护措施及测温控制等多方面综合措施进行温度控制，以提高结构抗裂性，避免引起内外温差过大而出现裂缝。

　　3.1原材料选择及质量要求

　　根据本工程特点选择优质的原材料，优化混凝土配合比设计，增大骨料用量，减小砂、石中含泥量，以减小水泥和水用量，以降低混凝土水化热。拟采用如下原材料：

　　（1）水泥

　　由于主墩承台3.5M厚度，水泥在水化过程中产生大量热量，聚集在结构内部不容易散发，使混凝土内部温度升高，因此在施工中选择水化热较低的水泥以及尽量减小单位水泥用量，有资料表明每减少单位用量10KG可降低温度1℃，本工程结合实际及地方材料采用PO42.5等级水泥。

　　（2）粗、细集料

　　粗集料为5-31.5连续级配碎石。它比5-25mm碎石可减少用水量10KG，在相同水灰比情况下水泥减少20KG左右。采用中粗砂，细度模数为2.62、含泥量为1.1%，它比采用细砂每立方用水量减少20KG，相应减少水泥用量，降低混凝土水化热，并防止混凝土干缩。

　　（3）混合料及外加剂

　　掺入的粉煤灰经检测细度、烧失量、需水量及三氧化硫含量均符合II级粉煤灰指标要求。粉煤灰不仅改善混凝土和易性，减小混凝土用水量，减小泌水和离析，提高混凝土强度，改变混凝土分子结构组织，增加混凝土密实度，同时代部分水泥，降低了水泥用量，从而降低混凝土水化热引起的温度梯度，防止和减少温度裂缝的产生。

　　掺量为胶凝材料重量的1.5%LH-3高效缓凝减水剂，一方面可延缓混凝土的凝结时间，它一方面可明显延缓水泥水化热释放速度，凝结时间可延长8小时以上，推迟水化热峰值出现，同时减水12%用水量，减小水泥用量，从而降低水化热。

　　3.2混凝土配合比的确定

　　混凝土配合比设计采用绝对体积法。以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度为原则。采用超量取代法，粉煤灰取代水泥百分率取13%，粉煤灰超代系数取1.2，即用粉煤灰取代部分水泥，超量部分取代等体积的砂，根据所选材料通过试验室试配确定配合比如下表：

　　掺入高效缓凝减水剂混凝土初凝为8小时，终凝为12小时，由于掺入粉煤灰改善混凝土和易性，减少泌水和坍落度损失，降低水化热，有利于大体积混凝土施工。

　　3.3混凝土浇筑施工方案及工艺

　　由于主墩承台为3.5M厚度和施工面积较大，混凝土浇筑采用斜坡分层的浇注方案，分层厚度按44cm厚左右，分8步浇注到顶，一个坡度，簿层浇筑，先深后浅，连续浇筑，这种方法能较好适应泵送施工工艺要求，同时控制好上下层混凝土覆盖时间，在下层混凝土未初凝时进行上层混凝土浇筑，以避免混凝土冷缝出现。混凝土振捣必须密实，在不同部位用5台振动棒振捣，振捣棒快插慢拔，掌握正确振捣时间，做到不漏振不过振，提倡二次振捣。及时按标高刮平表面，用木抹子反复搓压，使其表面密实，初凝前用木抹压光，可以控制混凝土表面的龟裂，减少混凝土表面水分散失，促进混凝土养护。为防止混凝土在硬化过程中表面出现龟裂现象，要及时进行二次抹面，在初凝以后，终凝之前，再用泥刀压光平整，使少量终凝前出现的失水沉降等塑性收缩裂纹得到消除。

　　3.4混凝土的养护

　　在表面施工完毕后，应加强对混凝土的保养，及时用塑料薄膜覆盖混凝土表面，来封闭混凝土中多余拌和水，防止水分蒸发，以实现混凝土自身养护。终凝后覆盖蓬布和草袋，蓬布和草袋的覆盖层数应根据实测温差情况及时进行增减，使混凝土内外温差小于25℃。做好混凝土的保温和保湿，目的是减少混凝土表面热扩散，延长散热时间，减少混凝土表面温度梯度，防止表面裂缝，保证温度缓慢升降，充分发挥混凝土徐变特性，降低温度收缩应力，混凝土洒水养护不小于14天。

　　3.5混凝土温度的计算及测温

　　3.5.1在大体积混凝土施工中，应充分考虑水泥水化热问题，计算混凝土的温度场温度。（计算过程省略了，需要的话可以重发）根据计算混凝土内部温度得知，在混凝土浇筑后第三天混凝土内部温升为68.9℃，比室外温度26.4℃高42.6℃。我们采取内降、外部保温法，外部保温法通常考虑增加保温层的厚度，若保温层厚度太厚以致不现实时，可考虑在混凝土内部采取降温法，埋置冷却水管，其散热效果明显，目的是减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。在该主墩承台大体积混凝土内部水平设置两层循环“∈”型6分铁水管6根，横桥向水平间距2m.为使承台中心水化热能更有效地排出，两层分开进水口，使进出水路径缩短。根据承台内部温度和出水口的水温情况，通过控制阀对水循环进行调节，控制承台混凝土温度与外界温差在25℃以内。

　　3.5.2对大体积混凝土应及时掌握混凝土温度变化规律，首先安装测温监控点，在浇筑混凝土前进行埋设，在有代表性地方共设3处，每处设上中下3点，下点在底板向上20cm，上点在顶板向下20cm，中间点，对每处每点进行编号，对温度测温线绑扎在钢筋骨架上，温度传感探头避免接触钢筋。为了便于操作和防潮湿，将露在外面的导线和插头用塑料袋包裹好，测温时将测温线插头插入主机插座中，按下电源开关，主机显示屏可显示测点温度，注意插头有正负极，该仪器可读出该处最大、最小、平均值。由专人按一定时间间隔使用数字式电子测温仪进行测温监控，混凝土浇筑后1～5d每2h测一次，第6～10d每4h测一次，同时测出基坑大气温度及覆盖物下温度，进出水口的水温。对各处各点温度进行记录并进行分析，决定采取对混凝土内降、还是外部保温法措施。现列浇筑后4d各处各点每天观测的平均值见下表：

　　从测温记录来看，混凝土中心与表面温度升降基本同步，中心最高温度出现在浇筑混凝土后第3d，最高温度为58.8℃，，基坑环境温度最大为27.9℃，承台混凝土中心与覆盖物下之间温差最大为17.4℃，覆盖物下与基坑环境温差最大为13.5℃，均控制在25之内，有效控制了温差梯度，符合《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000，混凝土表面和内部温差“不超过25℃为宜”的要求。

　　4结论

　　大体积承台混凝土施工，采用多种措施进行温度控制，避免出现温度裂缝，通过检查，混凝土内实外光，质量良好，未发现无任何有害裂纹出现，以上温控措施是成功有效的。