文章编号：１００９—９４４１（２０１２）０９—００１７—０４ 大体积混凝土承台施工技术研究 口口侯俊伟 ，张爱玲 （１．中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西太原技术学院，山西太原摘０３０００６；２．山西职业 ０３０００６） 要：大跨度桥梁墩台基础体积通常较大，在混凝土浇注 土结构无温度预裂纹的目的。 施工中必须采取有效的措施调节其内外部温度，以保证承台 基础的成型质量。结合某大跨度桥梁墩台基础施工的质量 控制，分析了大体积混凝土承台施工中的水化热产生过程， 优化了施工方案，确保了大体积混凝土施工质量。 关键词：大体积混凝土；配合比；温度控制；施工方案 中图分类号：Ｕ ４４３．２５ 文献标识码：Ｂ １ 工程概况 西安至平凉线田家窑２号大桥，位于陕西省咸 阳市永寿县田丰村东，为跨越黄土冲沟而设。该桥 为４线２孔１０８ ｍ预应力混凝土Ｔ型刚构，桥梁全 长２３７．３ ｍ。桥台采用 １５０ ｃｍ钻孔桩基础，按摩 擦桩设计，共计６０根；桥墩采用 ２００ ｃｍ钻孔桩基 引言 大体积混凝土结构的截面尺寸较大，由于水泥 水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝 础，按柱桩设计，共计４０根。承台尺寸均为２２．５ ｍ Ｘ １８．５ ｍ×４ ｍ，混凝土方量为１ ６６５ ｍ。，其中１号墩 承台尺寸为３２．６ ｍ×２１．２ ｍ ｘ ５ ｍ，混凝土方量为 土体积收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和 收缩应力，这导致大体积混凝土结构在其强度发展 过程中极易出现裂缝。所以，在大体积混凝土结构 施工中，混凝土裂缝的控制是一个很重要的课题。 施工前，需准确预计由于水泥水化热引起混凝土内 ３ ４５５．６ ｍ 。承台钢筋ＨＲＢ３３５钢筋，底层主筋采用 ２５ ｍｍ双筋，顶层主筋采用 １６ ｍｍ，间距均按 １０ ｃｍ布置。 承台大体积混凝土施工的技术关键是选择水化 热较低的胶凝材料，从而降低混凝土的绝热温升。 配合外部采取的工艺措施，减少混凝土的内外温差， ＬＩＵ Ｘｉｕ—ｍｅｉ，ＴＡＯ Ｚｈｅｎ—ｄｏｎｇ 外温差过大的关键部位，在这些部位采取降温措施 同时加强监测，并通过动态调整降温措施，达到混凝 ［４］李兴贵，章恒全，陈晓月．高石粉人工砂原级配混凝土干 缩性能试验研究［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版， ２００２，３０（４）：３７—４０． （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｊｉｎａｎ，Ｊｉｎａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，２５００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｄｅ ｓａｎｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｅｅｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｂｒｉｎｇｓ ａｂｏｕｔ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｕｒｇｅｎｔ ａｇｅｎｄａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｄｅ ｓａｎｄ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ； ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ［５］易文，马健霄，聂忆华．机制砂混凝土性能研究［Ｊ］．中外 公路，２００８，２８（３）：１５１—１５３． 『６１ ＧＯＮＣＡＬＶＥＳ Ｊ Ｐ，ＴＡＶＡＲＥＳ Ｌ Ｍ，ＴＯＬＥＤＯ ＦＩＬＨＯ Ｒ Ｄ， ｅｔ ａ１．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｆｉｎｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｉｎ ｃｅｍｅｎｔ ｍｏｒｔ髓［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００７，３７（６）：９２４—９３２． ［７］ＷＡＮＧ Ｊ Ｌ，ＹＡＮＧ Ｚ Ｆ，ＮＩＵ Ｋ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＭＢ— ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｎｕｆａｅｔｕｒｅｄ ｓａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ—Ｍａｔｅｒｉｌｓ Ｓｃｉａｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００９，２４ 作者简介：刘秀美（１９８９一），女，山东济南人，硕士研究生， 从事建筑材料的研究。 收稿日期：２０１２—０８—０６ （编辑盛晋生） （２）：３２１—３２５． Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍａｄｅ Ｓａｎｄ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 建材技术与应用９／２０１ ２ ・ｌ７・ 控制温度应力，达到控制混凝土开裂的目的。所以， 在配合比设计时应采取以下措施： ——施工时气温。经调查，估取 ＝６￣Ｃ； 卸车系数， ２＝０．０３２； 肛１——装车系数， １＝０．０３２； ２——（１）掺人粉煤灰，降低水泥用量，可大幅度降低 混凝土的绝热温升。在该工程混凝土配合比设计 中，采用３０％的粉煤灰等量取代水泥，取得了良好 效果。 肛３——运输系数， ３＝０．０３２。 贝０：Ｔ１＝［７．１＋（６—７．１）×０．０９６］＝６（℃） （２）使用高性能减水剂，且控制混凝土初凝时 间《８ ｈ，可延缓水泥水化放热速度，推迟热峰出现 时间，为分层浇注提供足够的间歇时间。 经过反复多次优化，最终确定的该工程的混凝 土配合比见表１。 表１混凝土配合比 碎石 混凝土绝热温升按（３）式计算： ＝［Ｑ（， ＋ＫＦ）］ｃｐ （３） ｒｍ ＝［４００×（２６６＋０．２５×１１４）］／２ ４００×０．９５ ＝５１（ｏＣ） 以上计算为初步估算，为确定施工方案提供依 据。 ｋｇ／ｍ 外加剂 水 ２．２基本施工方案 水泥 粉煤灰 砂 ２６６ １１４ ７８４ ４３３ ６４９ 根据热工计算和现场混凝土供给情况综合考 虑，桥台承台混凝土采用１次分层连续浇注完成，桥 墩承台混凝土分２次分层浇注完成（见图１）。 ５～１６ｍｍ １６～３１．５ ｍｉｌｌ ３．０４ １５０ ２大体积、？昆凝土水化热峰值模拟计算 及施工方案确定 ２．１ 按相关规范计算水化热峰值 拌合物温度按（１）式计算： Ｔｏ＝∑ ・Ｗ・ｃ／∑Ｗ・Ｃ （１） ①模板；②新浇注混凝土；（曼）已浇注完成混凝土 式中：ｒｏ——混凝土拌合物温度，ｃＩ＝； 混凝土中各种材料的质量，ｋｇ； ｃ——｝昆凝 土中各种材料的比热容，ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）； ——图１ 承台分层浇注示意图 混凝土中各种材料的初始温度，ｃ【＝。 灌注混凝土时水平分层斜向分段浇注，由一端 向另一端浇注。斜向分段长度４—５ ｉｎ，斜度３０。一 根据混凝土配合比计算的混凝土拌合物温度见 表２。 表２混凝土拌合物的温度 材料 质量 比热容Ｃ 热当量 初始温度 热量 ４５。，每层厚度０．５ ｎｌ。分层厚度可根据混凝土实际 供应速度进行调整，保证在上一层未初凝前浇注下 层混凝土。 ２．３实际模拟计算 根据确定的基本施工方案，采用有限元计算软 名称 Ｗ／ｋｇ ／［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］ ／（ｋＪ／℃） ／℃ ／ｋＪ ① ② ③＝①×② ④ ⑤＝③×④ 水泥 ２６６ ０．８４ ２２３ ３０ ６ ７０３ 粉煤灰 １１４ 砂 ７８４ ０．８４ ０．８４ ０．８４ ４．２ ９６ ６５９ ９０９ ６３０ ６ ６ ６ ２ ５７５ ３ ９５ｌ ５ ４５３ １ ２６Ｏ 件ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ进行桥墩承台基础模拟计算，进一 步优化施工方案，控制温度裂纹。计算模型的建立 应考虑土地基的影响，按有限元的计算思路对计算 碎石 １ ０８２ 水 １５Ｏ 实体承台和地基进行单元划分（见图２）。计算结果 见图３和图４。 外加剂 ３．０４ ４．２ １３ ２ ２６ 合计 ２ ５２９ １７ ９６８ 根据计算结果，混凝土内、外部温差将＞２５ ｏＣ， 必须采取进一步的降温措施，以确保温度场应力小 于容许应力，防止温度裂纹的出现。 ２．４确定施工方案 则：Ｔｏ＝１７ ９６８／２ ５２９＝７．１（℃） 混凝土入模温度按（２）式计算： Ｔ１＝Ｔｏ＋（ 一 ）（ １＋ ２＋ ３） （２） 墩身承台基础在２次浇注成型的同时，采用水平 分层、斜向分段浇注的方法，并在承台内部埋设冷却 式中： ——混凝土入模温度，℃； ——混凝土拌合物温度，℃； 管，采用循环水内冷却。冷却水管规格为￣５０ｍｍ， Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ・１８・ 为保证内部降温效果，根据有限元计算结果确 赠 定水化热温度效应较大的部位，在灌注混凝土前埋 锅 ∞勰 勰拍 加墙 设测温片，分为底、中、顶３层布设。底层距 昆凝土 底１０ ｅｍ，中层即混凝土中部，顶层距混凝土顶 １０ ｃｍ。对于１号墩分两次浇注的承台，每次浇注混 凝土均埋设３层，共６层。承台内温度检测点布置 见图６。 ①黄土地基；②第二次混凝土浇注；③第一次混凝土浇注 — 一 图２ １／４计算模型图 ｌ １ ． ：】．一 寿一｝｛摹 蛳螂 宝ｌ蝴州焉 帅埘舯槲 删 蝴螂岬 ～鍪 雌鞯■ ３ ４ （ａ）桥台测温片 ｌ ％ ２ １ ｛ Ｂｄ图３ 两次混凝土水化热反应效果图 豪 宙一 《 ．；ｌ ｌ｛ ３ Ｉ ｈ ２ １ ３ ２ １ ４ ｌ １ ２ ３ １ ３ ３ ２ ｌ ： １ ２ ３ ， 斗 ４旦上 （ｈ）墩台测温片 图中测温片编号代表所位于层数。 图６承台内温度检测点布置图 采取冷却管降温措施以后，重新模拟计算混凝 图４第一次混凝土内部与表面温度曲线 土表面的温度应力及混凝土随强度发展增加的容许 间距为０．８ ｍ，冷却管布置见图５。通过检测入水和 应力，以验证承台表面是否出现温度裂纹。计算结 果如图７所示。 出水温度，动态调整管内循环水流速，以达到内部降 温。 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７｜８ ９ １０ １１ 砌奶 ＼＼ 一～承台厚度；Ｑ一一降温管间距。 图５承台内冷却管布置图 图７ 承台施工中表面温度应力及容许应力计算结果 建材技术与应用９／２０１ ２ ・１９・ ３ 施工工艺过程的质量控制 在大体积混凝土施工中，除了按既定方案采取 降温措施之外，还应在施工过程中加强控制，以使基 接压紧，再加盖篷布，形成良好的保温层。 ４结语 （１）大体积混凝土配合比设计时，应从有利于 温度控制的角度出发，防止混凝土产生温度裂缝。 在选择水泥时，应尽量采用低水化热的水泥，或采用 础在成型时各项指标与模拟计算时采用的参数最大 程度地相似，保证实施过程可控。 ３．１混凝土施工过程的控制 外掺料替代部分水泥，以降低混凝土的水化热。采 用缓凝型高效减水剂可降低水胶比，减少水泥用量， 降低水化热，同时还可延长混凝土凝结时间，延缓混 凝土水化温升过程。外加剂的初凝时间，应根据施 工速度及满铺方案分层厚度混凝土所需的最短时问 混凝土拌和必须严格按施工配合比配料，砂、 石、水泥、水及外加剂等原材料必须经过质量检验并 符合要求，计量要准确，保证混凝土拌和时间，并且 施工前应充分考虑原材料的储备，避免使用新出厂 温度过热的水泥，不能出现供应紧张或供应不连续 等情况。 来决定。混凝土施工采用泵送法施工时，适宜砂率 为３８％～４３％，坍落度为１６０～２００ ｍｍ。 混凝土浇注分层应充分考虑混凝土的供给能力 并进行动态调整，但是不能改变既有的浇注顺序，否 则极易引起施工冷缝。采用插入式振动棒振捣时， （２）在大体积混凝土施工中，当表层与外界温 差过大（＞２５℃）时，会造成混凝土内部和表面开 裂，可根据混凝土热工计算结果（混凝土拌合物的 出机温度、人模温度、混凝土绝热温升）选择合适的 振动棒垂直插入、快人慢出，其移动间距不大于振动 棒作用半径的１．５倍，即４５—６０ ｃｍ。振捣时要做 到插点均匀，成行或交错式前进，以免过振或漏振， 保降温措施。热工计算宜采用大型的有限元软件 （如ＭＩＤＡＳ、ＡＮＳＳＹ）进行实际模拟计算，寻找温度 控制的关键部位，使其降温措施效率最高。 （３）严格控制混凝土的人模温度。在高温天气 下施工要采取一系列的优化措施；施工期间若气温 过低，应综合考虑施工过程中混凝土的保温事项。 振动棒振动时间约２０～３０ Ｓ，每一次振动完毕，边振 动边徐徐拔出振动棒，以混凝土不再下沉、无气泡冒 出、表面泛光为度，振捣时注意不要碰到模板或使钢 筋移位。为使上下层混凝土结合成整体，上层混凝 土的振捣要在下层混凝土初凝之前进行，并且振捣 棒要插人下层混凝土５０～１００ ｌｌｌｍ。 两次浇注混凝土的接茬面按施工缝处理，在下 （４）养护期间应加强温度监测，根据混凝土的 温度变化，动态调整养护措施及冷却管进出水流速 度。 层混凝土强度达到设计强度的７０％以上时再施工 上层，上下层混凝土接茬处必须凿毛，清洗干净并涂 参考文献： ［１］马少雄，刘超群，符敏．大体积混凝土施工温度控制研究 ［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（４）：４０—４１． ［２］马蓉．大体积混凝土的施工［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２０１１ （２）：７５～７６． 刷水泥浆后，再浇注上层混凝土。 ３．２成品混凝土的养护措施 大体积混凝土浇注后要及时养护，防止出现裂 纹。混凝土采用保湿蓄热法养护，即在构件四周及 表面覆盖帆布或草袋。 ［３］ＴＢ １０２１０－－２００１，铁路混凝土与砌体工程施工规范［Ｓ］． 测温制度：测温从混凝土浇注后２４ ｈ开始，升 温阶段每２ ｈ测１次，降温阶段每４ ｈ测１次，养护 ７ ｄ后，每８ ｈ测１次，实时监测混凝土内、外部温差 ［４］《建筑施工手册》（第４版）编写组．建筑施工手册［Ｍ］． 第４版．北京：中国建筑工业出版社，２００３． ［５］ＧＢ ５０４９６－－２００９，大体积混凝土施工规范［Ｓ］． 作者简介：侯俊伟（１９８３一），男，山西忻州人，助理工程师， 及冷却管水温。通过调节冷却水管进出水流量和流 速，可有效地提高混凝土内部降温的效率，控制温 ２０１０年７月毕业于武汉理工大学土木工程专业，现从事建 筑工程施工及工程试验工作。 差，缩短混凝土养护时问，养护时间应《１４ ｄ。 依据测温数据，当混凝土内外温差＞２５ ｏＣ时， 应继续覆盖帆布、草袋保温蓄热养护。保温材料采 用１层塑料薄膜和１层草袋及篷布，利用塑料薄膜 不透风的性能对混凝土进行湿养护，其上铺草袋，搭 ・收稿日期：２０１２—０８—０６ （编辑盛晋生） ２Ｏ・ Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ