广东省长大公路工程有限公司 广东广州
摘要：港珠澳大桥江海直达船航道桥主墩承台大体积海工耐久性混凝土达6120m3，通过埋设冷却水管，优化混凝土配合比设计，加强养护等控制措施，实现了承台大体积海工耐久性混凝土温度控制的目标。
关键词：港珠澳大桥；大体积海工耐久性混凝土；主墩承台；温控施工
1 工程概况
港珠澳大桥江海直达船航道桥全长994m，大桥的基准设计寿命达120年，主墩采用群桩基础，每个主墩下设20根φ250cm钢管复合桩。承台为六边形圆倒角整体式承台，承台尺寸为35×26×9m，一级承台顶标高+3.8m，封底混凝土标高-3m，封底厚度1.8m，承台C45海工混凝土6120m3，承台分二级承台，一级承台5m，二级承台4m。
2 大体积承台混凝土温控施工的必要性
大体积混凝土施工之所以开裂，主要是因为混凝土所承受的拉应力超过了混凝土本身的抗拉强度。为了控制大体积混凝土的温度裂缝，就必须尽最大可能降低混凝土的温度应力。
温度裂缝产生的主要原因是由于温差较大引起的，混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使混凝土表面和内部温差较大，混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。
而港珠澳大桥的基准设计寿命达120年，桥梁所处海洋环境，设计对结构混凝土抗氯离子渗透性，体积稳定性，抗裂性能均做了较高的要求，使得我们的温控施工尤为重要。
3 大体积承台混凝土温控措施
3.1混凝土原材料优选及配合比设计
为使大体积混凝土具有良好的抗侵蚀性、体积稳定性和抗裂性能，混凝土配制应遵循如下原则
A、采用低水化热的胶凝材料体系
在实际施工中采用三组分大掺量矿物掺合料体系。
B、优选低开裂温度的配合比。
C、选用优质聚羧酸类缓凝高效减水剂
在保持混凝土工作性的同时，可以减少硅用水量和水泥用量，降低混凝土温升，减小收缩，提高混凝土抗拉强度。
D、掺加优质引气剂
控制硅含气量在4％左右，可改善混凝土和易性、均质性，提高硅变形性能和抗开裂性能力。
E、选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料。
优质骨料体积稳定性好，用水量小，可减小混凝土的收缩变形。
F、用低流动性混凝土
在满足施工的前提下，尽可能使用坍落度相对较低的混凝土，有利于减少混凝土用水量，降低温升、减少干缩，提高抗开裂性能。
3.2混凝土浇筑温度的控制
降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。在混凝土浇筑之前，可通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，估算浇筑温度。若浇筑温度不符合控制要求，则应采取相措施。承台混凝土施工时降低混凝土入仓温度所采用的措施有：
A、水泥使用前应充分冷却。
B、搭设遮阳棚，堆高骨料、底层取料、用水喷淋粗骨料。
C、避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过40 ℃ ，可采取仓面喷雾降温措施。
D、当浇筑温度超过温控设计标准，粗集料遮阳洒水亦不能满足温度要求时，可采用加冰措施或采用制冷机组冷却拌和水。
E、当气温高于入仓温度时，可加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。混凝土输送管外用草袋遮阳：并经常洒水。
F、混凝土升温阶段，为降低最高温升，可对模板及混凝土表面进行冷却，如洒水降温、避免曝晒等，但洒水水温与混凝土表面温差应不大于15℃ ，不造成冷冲击为宜。
3.3冷却水管的埋设及控制
为减少混凝土内部水化热，降低承台混凝土内外温差，避免承台混凝土开裂，采取在承台混凝土内设冷却水管通水降温的措施。冷却水管根据温控设计要求及分层厚度进行布置。冷却水管采用直径42.3mm，壁厚3.25mm的输水黑铁管，管间采用丝头连接。布管时，冷却水管应与承台主筋错开，若存在冲突可适当移动水管位置。
① 水管位置
根据混凝土内部温度分布特征及控制最高温度的要求，三个主墩承台埋设三层冷却水管，边辅墩承台埋设两层冷却水管。具体布置详见设计图纸。
图3.3-1 承台冷却水管布设示意图
② 冷却水管使用及其控制
冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水；
混凝土浇注到各层冷却水管标高后开始通水，各层混凝土峰值过后尽快减缓或停止通水。
升温时段通水流量应使流速达到0.65m / s 以上，形成紊流，降温时段，可通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土；
如淡水不能满足温控要求，可采用海水冷却，但冷却水管连接需采用丝扣连接，管壁厚度不得少于3mm ，以保证没有海水泄露。
使用海水后，冷却水管采用同标号砂浆封闭前必须作相应处理，先用空压机吹出管内海水，再用淡水冲洗，排出冲洗淡水后，压浆封闭。封闭工作应在冷却完成后尽快进行。
3.4内外温差控制
对于大体积混凝土，由于水化放热会使温度持续升高，如果气温不是过低，在升温的一段时间内应加强散热，如加大通水流量、降低通水温度等。当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以降低降温速率。
承台混凝土处于潮差区，海水与大气的温差易造成冷热交替循环，产生温骤降，除侧壁利用防撞钢套箱保温外，上表面应采取蓄水养护，深度不低于30cm。
混凝土保温充分、时间足够长，让混凝土慢慢冷却，拉应力会在混凝土内松驰掉，直到温差达到允许范围，可有效控制裂缝的产生。
3.5养护
混凝土养护包括湿度和温度两个方面。结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护。因为水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构。目前工程界普遍存在的问题是湿养护不足，对混凝土质量影响很大。湿养护时间应视混凝土材料的不同组成和具体环境条件而定。
低水胶比、大矿物掺和料的海工混凝土，由于二次水化反应需要持续给水，潮湿养护的期限应不少于7 天，潮湿养护结束后，仍宜继续保湿覆盖一周。尽量长时间保持混凝土湿润状态，可以使抗拉强度充分增长，从而抵抗收缩应力，且徐变会进一步降低开裂应力。养护结束时的迅速干燥也会使应力聚增，因此可将保温养护材料覆盖直到混凝土显得干燥为止。
3.6施工控制
为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对每一环节的施工控制，混凝土施工严格按照《 公路桥涵施工技术规范》执行，并特别注意以下方面：
A、混凝土拌至配料前，各种衡器请计量部门进行计量标定，称料误差符合规范要求，严格按确定的配合比拌制。
B、混凝土按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，在下层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土。
C、严格按规范要求进行各层间和各块间水平和垂直施工缝处理。
4 温度监测及实施效果
为做到信息化温控施工，出现异常情况及时调整温控措施，在混凝土内部布设温度测点，它是温控工作的重要一环。
（1）混凝土温度测试
根据承台柱结构特点，拟在各层埋设温度传感器，混凝土布置7层测温点，并同时检测大气温度，混凝土浇筑温度，以及冷却水温度。承台各层混凝土温度测点平面布置图见图4-1所示，共7层：
图4-6 温度测点埋置示意图
温度传感器为PN结温度传感器，温度检测仪采用PN-4C型数字多路自动巡回检测控制仪。温度传感器主要技术性能：测温范围-50℃~+150℃；工作误差+0.5℃；分辨率0.1℃；平均灵敏度-2.1（mv/℃）。
（2）现场测试要求
在混凝土浇筑前完成传感器的埋设及保护工作，并将电缆接至测试房，保护材料主要为角钢和塑料泡沫。各项测试应在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2小时观测一次，峰值出现后，每4小时观测一次，持续5天，转入每天测2次，直至基本稳定。每次检测完后及时填写混凝土测温记录表，并及时整理分析，重点在以下4个方面：
①绘制该点不同深度位置的温度随时间的变化曲线，并与混凝土表面、环境温度对比。
②在同一平面内，沿横桥向、纵桥向及对角线方向的温度随时间变化的对比曲线，绘制温度梯度场。
③同一平面内，测温点随时间推移温度变化曲线，可以反映在同一平面高度内，温度因为承台轮廓尺寸、混凝土覆盖测温点时间先后而产生变化。
④冷却管旁的测温点可以反映冷却效果。
5 结语
港珠澳大桥江海直达船航道桥主墩承台海工耐久性大体积混凝土，通过采用冷却技术，把温度控制在设计要求内，能有效防止温度裂缝的出现。通过施工前的试验、计算及施工过程的有效控制，不但为承台大体积混凝土施工创造了良好的条件，而且为大体积混凝土结构的质量提供了有利保证，更为其他大体积混凝土施工提供了宝贵的资料。
参考文献
[1]《港珠澳大桥主体桥梁工程DB01标段施工图设计》中交规划设计院，2012.12
[2]《大体积混凝土工程施工规范》
[3]《混凝土质量控制标准》
[4]《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)
论文作者:唐维
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/16
标签：混凝土论文; 温度论文; 体积论文; 水管论文; 测温论文; 水化论文; 大桥论文; 《建筑学研究前沿》2017年第9期论文;