1.前言

　　西堠門(mén)大橋是舟山大陸連島工程中的第四座大橋，北端連接冊(cè)子島，南端連接金塘島，橫跨西堠門(mén)水道，為主跨1650m的大跨徑懸索橋。其南北承臺(tái)混凝土平面尺寸為16.8×22.8m、高7m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量約2643m3，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30.南北承臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)，承臺(tái)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(gè)階段，在這個(gè)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(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂能力，混凝土就會(huì)開(kāi)裂。

　　為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的效應(yīng)。

　　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(kāi)裂或造成過(guò)大的溫度應(yīng)力。目前采用的通用辦法就是優(yōu)化配合比，調(diào)節(jié)混凝土材料的入模溫度，混凝土內(nèi)部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，合理劃分澆筑高度及澆筑順序，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)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(jìn)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(yàn)結(jié)果，水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

　　2.2粉煤灰：選用諫壁電廠I級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)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(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

　　2.4砂子：選用福建閩江砂，其性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

　　2.5石子：選用鎮(zhèn)海大東方石場(chǎng)石子，其物理、化學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

　　2.6水：自來(lái)水。

　　2.7砼的水膠比為0.414，經(jīng)過(guò)多次試配及監(jiān)理試驗(yàn)室平行試驗(yàn)，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(yīng)力仿真計(jì)算

　　大體積砼施工的關(guān)鍵是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為了驗(yàn)算砼溫差和砼收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是否超過(guò)當(dāng)時(shí)承臺(tái)砼的極限抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行了防裂理論計(jì)算：

　　3.1數(shù)值模型

　　計(jì)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(tái)混凝土彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。

　　表3－1混凝土物理熱學(xué)參數(shù)

　　3.3其他計(jì)算條件

　　u單個(gè)承臺(tái)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(tái)受12根Ф2.8m樁基約束，計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)彈模取2.4×104MPa.

　　u計(jì)算時(shí)考慮混凝土表面的保溫，按側(cè)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(jì)算時(shí)考慮冷卻水管降溫效果。承臺(tái)混凝土共布設(shè)五層冷卻水管，冷卻水管水平間距為0.9m.取C30承臺(tái)混凝土水化熱溫升32℃。

　　u氣溫資料參考招標(biāo)文件，平均風(fēng)速按6m/s考慮。

　　u計(jì)算時(shí)考慮徐變對(duì)混凝土應(yīng)力的影響。

　　3.4計(jì)算結(jié)果

　　表3－3承臺(tái)混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算結(jié)果

　　表3－4承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力特征值（MPa）

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

　　4.溫控標(biāo)準(zhǔn)

　　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(shí)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(jié)構(gòu)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(shí)際情況，控制如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：

　　◆  混凝土夏季最高澆筑溫度≤30℃；

　　◆  混凝土最大水化熱溫升：承臺(tái)C30混凝土≤29℃；

　　◆  最大內(nèi)表溫差及相鄰塊溫差：承臺(tái)≤25℃；

　　◆  冬季混凝土表面溫度與氣溫之差≥20℃，混凝土表面養(yǎng)護(hù)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(duì)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(yīng)視氣溫而調(diào)整。在炎熱氣候下不應(yīng)超過(guò)30℃，冬季不應(yīng)低于5℃。在混凝土澆筑之前，通過(guò)測(cè)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(yīng)采取相措施。

　　5.1.1夏季降低混凝土入倉(cāng)溫度的措施有：

　　1）水泥使用前應(yīng)充分冷卻，確保施工時(shí)水泥溫度≤50℃。

　　2）搭設(shè)遮陽(yáng)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(yáng)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(guò)40℃。為此，應(yīng)合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。

　　4）當(dāng)澆筑溫度超過(guò)30℃，應(yīng)采用拌和水加冰措施。

　　5）當(dāng)氣溫高于入倉(cāng)溫度時(shí)，應(yīng)加快運(yùn)輸和入倉(cāng)速度，減少混凝土在運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的溫度回升。混凝土輸送管外用草袋遮陽(yáng)，并經(jīng)常灑水。

　　6）混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應(yīng)對(duì)模板及混凝土表面進(jìn)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(shí)，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運(yùn)輸過(guò)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(yīng)控制在5－7天左右，最長(zhǎng)不得超過(guò)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(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在充分驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對(duì)上層混凝土層厚進(jìn)行調(diào)整。

　　結(jié)合施工要求，承臺(tái)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(chǔ)約束并考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分層厚度由薄到厚，分層厚度示意圖見(jiàn)圖5－1.

　　5.3冷卻水管的埋設(shè)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(tái)混凝土2m以下布設(shè)一層冷卻水管，2m以上布設(shè)兩層冷卻水管，共布設(shè)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(zhǎng)度為150－200m，冷卻水管進(jìn)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(lái)水，不得采用海水；

　　2）冷卻水管使用前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，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(yīng)達(dá)到32－40L/min，且應(yīng)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(jìn)出水溫差小于5℃。

　　5）混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開(kāi)始通水，各層混凝土峰值過(guò)后，降溫速率超過(guò)2℃／d時(shí)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(shí)間根據(jù)測(cè)溫結(jié)果確定。

　　6）控制進(jìn)出水溫度，夏季進(jìn)水溫度不宜超過(guò)25℃，可選取地下水或水庫(kù)深層水；冬季不應(yīng)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(xiàng)目部應(yīng)與溫控單位協(xié)調(diào)配合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(duì)于大體積混凝土，由于水化放熱會(huì)使溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過(guò)低，在升溫的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)散熱，如模板灑水降溫等。當(dāng)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(guò)20℃，必須對(duì)大體積混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。做法如下：混凝土側(cè)面采用吊掛麻袋（土工布）外包一層彩條布保溫。必要時(shí)塔設(shè)保溫棚，用碘鎢燈照射混凝土表面并灑熱水養(yǎng)護(hù)�；炷�土的拆模時(shí)間不僅要考慮混凝土強(qiáng)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(shí)降溫過(guò)快而開(kāi)裂。冬季應(yīng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間不少于一周，且拆模時(shí)間應(yīng)選擇一天中溫度較高時(shí)段。拆模后應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫。

　　5.5混凝土養(yǎng)護(hù)

　　混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個(gè)方面。結(jié)構(gòu)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(hù)過(guò)程中的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)。因?yàn)樗�泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土�?qiáng)度和耐久性的微結(jié)構(gòu)。目前工程界普遍存在的問(wèn)題

　　是濕養(yǎng)護(hù)不足，對(duì)混凝土質(zhì)量影響很大。濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)視混凝土材料的不同組成和具體環(huán)境條件而定。對(duì)于低水膠比又摻用摻和料的混凝土，潮濕養(yǎng)護(hù)尤其重要。不同混凝土養(yǎng)護(hù)的最低期限見(jiàn)表5-1.

　　本工程可采用冷卻水管出水養(yǎng)護(hù)，既能達(dá)到保溫、保濕養(yǎng)護(hù)的效果，又可以減少水資源的浪費(fèi)。夏季或氣溫較高時(shí)，混凝土表面應(yīng)加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)，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(dāng)氣溫急劇下降或氣溫低于5℃時(shí)，應(yīng)灑熱水養(yǎng)護(hù)或采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)。濕養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，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(hù)的最低期限

　　注：當(dāng)有實(shí)測(cè)混凝土表面溫度數(shù)據(jù)時(shí)，表中氣溫用實(shí)測(cè)表面溫度代替。

　　5.6施工控制

　　為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強(qiáng)對(duì)每一環(huán)節(jié)的施工控制，混凝土施工嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)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(jì)量部門(mén)進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定，稱料誤差符合

　　規(guī)范要求，嚴(yán)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(guò)30cm.

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

　　5.7現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

　　通過(guò)大量的工作對(duì)大體積混凝土的施工過(guò)程溫度控制將取到實(shí)質(zhì)的成果，但是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控仍然是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為檢驗(yàn)施工質(zhì)量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)溫控措施，做到信息化施工，需對(duì)混凝土進(jìn)行溫度及應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因?yàn)榇篌w積混凝土的溫度、應(yīng)力發(fā)展及防裂是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，外界溫度、濕度、施工條件、原材料變化等都會(huì)引起溫度、應(yīng)力的變化，只有通過(guò)溫控及應(yīng)力監(jiān)測(cè)，才能更準(zhǔn)確地了解結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與抗裂安全狀況。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主要包括溫度和應(yīng)力監(jiān)控。

　　6.監(jiān)理

　　針對(duì)大體積混凝土施工，監(jiān)理應(yīng)首先仔細(xì)審查施工組織設(shè)計(jì)、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(yàn)和審查工程材料、設(shè)備的質(zhì)量，杜絕質(zhì)量事故的隱患，保證大體積混凝土的順利澆筑。

　　6.1針對(duì)大體積混凝土所需的材料、設(shè)備進(jìn)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(zhì)量雙重要求，在有試驗(yàn)報(bào)告和質(zhì)保證書(shū)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(yīng)。

　　針對(duì)大體積混凝土的施工時(shí)間長(zhǎng)，加上地理位置在一個(gè)海島上，為保證施工連續(xù)進(jìn)行，防止因設(shè)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(shè)備。而且，在開(kāi)始施工前，還要求施工單位對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，校核各種計(jì)量器具，并提供計(jì)量部門(mén)的計(jì)量合格證。

　　6.2在大體積混凝土施工前全面檢查

　　為保證結(jié)構(gòu)質(zhì)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(hào)、位置等是否與圖紙相符。對(duì)于預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件要逐一核對(duì)，防止少埋或錯(cuò)埋現(xiàn)象。對(duì)于鋼筋接頭，由于采用了機(jī)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(jìn)行澆筑。

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

　　對(duì)冷卻水管還要進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水。

　　6.3在大體積混凝土施工時(shí)應(yīng)全過(guò)程旁站監(jiān)理

　　對(duì)于大體積混凝土施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師必須全天候的、24小時(shí)跟班旁站監(jiān)理，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。試驗(yàn)監(jiān)理工程師必須親自在混凝土攪拌站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，檢查生產(chǎn)配合比是否正確，測(cè)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(zhì)量問(wèn)題，及時(shí)通知整改，消滅質(zhì)量隱患。

　　6.4在大體積混凝土澆筑結(jié)束后，要隨時(shí)抽查溫度記錄和養(yǎng)護(hù)情況

　　在大體積混凝土施工后，必須對(duì)其溫度檢查記錄和混凝土的養(yǎng)護(hù)工作引起重視。如果發(fā)現(xiàn)溫度超出設(shè)計(jì)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(hù)不及時(shí)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(kāi)裂。

　　7.結(jié)束語(yǔ)

　　大體積混凝土，通過(guò)采用冷卻技術(shù)，把溫度控制在設(shè)計(jì)要求內(nèi)，能有效防止溫度裂縫的出現(xiàn)。通過(guò)施工前的試驗(yàn)、計(jì)算，加上施工單位的精心組織和監(jiān)理單位的監(jiān)督指導(dǎo)，不但為承臺(tái)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(jié)構(gòu)的質(zhì)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。