宁夏公路建设管理局 宁夏银川 750001
摘要：随着我国经济的不断增长，大体积的混凝土施工工程越来越多，相应的施工技术也在完善和发展。本文阐述了大桥主墩承台基础混凝土水上施工的水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制，并针对对混凝土开裂问题，说明了混凝土裂缝控制的方法，为后续施工积累了宝贵的经验。
关键词：大桥主墩承台；大体积承台；裂缝控制；水上施工；降温法
1．工程简介
XX大桥主墩承台属于大体积混凝土，分三层浇筑，承台采用C35混凝土，总方量约为9000m3。由于承台体积大对施工准备组织设计和现场控制有较高的要求，在主墩承台施工前我们必须解决两个问题：（1）大体积混凝土水上施工对水位和时间的选择及混凝土浇筑厚度的控制。（2）大体积混凝土施工中由于水化热和外部约束条件所造成的混凝土开裂问题。
2．承台混凝土厚度浇筑的划分
承台混凝土浇筑属于水上作业，附近江水位的变化对他的施工会产生很大的影响。对于承台施工我们希望在我们套箱能够承受的范围内水位尽量高些。
在我们的承台施工过程中，封底混凝土的施工安全是我们最关心的问题。考虑最不利条件，即我们的抽水施工工况，8m的承台混凝土全部浇完时的工况。此时承台的所受的力为：Fw：刚套箱的浮力，Fn：封底混凝土与钢护筒的粘结力即握裹力，Ww：钢套箱的自重，Wf：封底混凝土自重，Wc：承台自重。
在我们抽水工况的时候，我们的水位就是+13.1m，钢套箱的底标高为-3.6m，钢套箱内口面积：1116.22 m2，钢套箱外口面积：1321.09m2，钢护筒直径：3m；
Fw=pgv=1321.09×16.7=220622kn
Fn=fn×3.14×d×32=15×2.6×3.14×3×32=117560kn
Ww=13000kn
Wf=1116.22×2.6-3.14×1.65×1.65×2.6×32=219
此时，Fn作为储备力，最大为117560kn。从上面的图例可以看出：握裹力。
3．对混凝土裂缝的控制
混凝土的裂纹产生有两大原因。（1）大体积混凝土水泥水化产生的温度不均使得结构产生温度应力。由于大体积截面厚度大水化热在内部不易散失，导致内部温度过高，一旦过高便会产生温度应力。在此过程中混凝土的抗拉强度不足抵应力时，便会产生温度裂缝。
3.1减小混凝土的水化热来控制裂缝
（1）控制混凝土的入模温度
混凝土的出机温度T0：
T0 =（0.2+Qs）Ws Ts+（0.2+Qg）Wg Tg0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww+0.2WcTc+（Ww-QsWs-QgWg）Tw0.2（Ws+Wg+Wc）+Ww
式中：Qs、Qg分别为砂、石的含水量，以%计；Ws、Wg、Wc、Ww分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量；Ts、Tg、Tc、Tw分别为砂、石、水泥和水的温度。
（2）混凝土的浇筑温度Tp
Tp = T 0 +（Ta-T0）（θ1+θ2+ …+θn）式中：Ta为混凝土运输和浇筑时的气温；θ1、θ2、θn为系数，其数值如下：混凝土装、卸和转运，每次θ=0.032；混凝土泵送时θ=0.0018τ，τ为运输时间，以min计；浇筑过程中θ=0.003τ，τ为浇捣时间，以min计。
以下是我们的温度控制措施：a.砂石料尽量堆高以降低中心温度，并采取遮阳措施；水泥提前进场，停滞降温，有条件的可以放入冷库中做降温处理。b.对于使用前温度过高的要放入冷库中储存一段时间再使用；c.当气温高于入仓温度时，提高浇筑强度，尽量缩短混凝土运输时间和暴晒时间，罐车应该采用雨布遮挡防晒；d.在混凝土搅拌过程中还可以加入冷水、冰水降温，混凝土泵管外用草袋覆盖，浇水降温。e.另外还可以优化配合比，掺入掺合剂粉煤灰，减少水泥用量，降低混凝土的水化热温升，使用缓凝型高效泵送剂推迟温峰的出现。
3.2分层浇筑
分层浇筑又叫薄层分块浇筑法，就是对于2m或者3m厚的混凝土分多次浇筑，单层混凝土浇筑厚度控制在30cm以内。这样当第一次混凝土浇筑完成开始第二层时，第一层混凝土有充分的的时间冷却降温。而且也有利于我们混凝土的振捣施工，当时要合理调整混凝土的初凝时间，充分保证浇筑第二层时第一层还没有初凝，为此我们的混凝土将初凝时间调到30h。
3.3降温法
混凝土由于水化热的原因，混凝土内部温度会随时间缓慢升高。但是混凝土外部由于有良好的散热条件，升温并不明显。这样在水化热峰值到达之前，混凝土内外温差会逐渐升高。因此要降温法就是通过安装冷却水管用循环冷水来降低混凝土内部温度降低承台内部的混凝土温度，来达到减小承台内外温度差的目的。
该大桥44#主塔承台第一层（2.0m）于6月10日14：30开始浇筑，6月11日12：00浇筑完成，历时约20.5h，浇筑方量约为2122.5m3；浇筑温度为26.2～28.0℃，未超出温控标准5～28℃的要求。冷却水在混凝土覆盖测点2h后开通冷却管。冷却水进口水温在25.4～26.0℃范围内，出口水温在28.2～33.5℃范围内，进出水温差基本符合温控标准温峰前≤5℃、温峰后≤10℃的要求。
附件1：承台温度测点布置示意图
3.4保温法
在浇筑完每一层混凝土后，蓄水养护。在浇筑完3层混凝土后，用塑料布覆盖其表面进行全封闭保温，保湿和蓄热养护。以提高混凝土的表面温度，达到减小内外温差，防止产生温度裂纹的目的。防止温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生温差裂缝和表面干缩裂缝，同时也保证了水泥的水化作用在良好潮湿环境下进行，使混凝土早期抗拉强度较快上升。
3.5加强后期温度检测
即是在混凝土浇筑之前在承台的相关位置安装好温控元件。待混凝土浇筑完后，立即对承台进行跟踪监测。以调节我们冷却水管交换冷却水的时间和频率。
主塔承台混凝土预计施工时间为6～8月份，浇筑温度设定为不大于28℃。在以上设定条件下，主塔承台第一层内部最高温度计算值为60.2℃，第二层内部最高温度计算值为61.7℃，第三层（含下塔柱）内部最高温度计算值为65.0℃，温峰出现时间约为浇筑后第2～3天，内部最高温度包络图见图3。
从图3可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，冷却水管布置（附图1）采取了优化承台中间部位水管布置的方式以控制其内部温升。
图3 主塔承台（含下塔柱）最高温度包络图（单位：℃）
从表2可以看出，承台第一层混凝土因层厚较小，早期（3d）应力较小，后期约束条件增加，应力水平较高。受浇筑层较厚较大影响，第二层、第三层混凝土早期（3d）应力发展较快，集中于构件表面；7d后有部分应力向承台内部转移并逐渐发展至稳定水平。因合理地采取了强约束区分层浇筑的方式，承台各浇筑层各龄期最小抗裂安全系数为1.42，安全系数较高（≥1.4），抗开裂能力较强。可根据工况采取常规温控措施，做好表面保温保湿养护工作，控制内表温差以避免主塔承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。
从表2可以看出，主塔下塔柱空心段因混凝土内部温升大同时散热面积较大造成早期内表温差偏大，在下塔柱与承台交界处存在应力集中。后期因未考虑上部构件的浇筑，应力消散较快。下塔柱3d最小抗裂安全系数为1.21，低于安全系数控制标准1.4，抗开裂能力不足，早龄期需加强其上表面及侧面的保温保湿养护，延长带模养护时间。必要时可采取一定的防裂附加措施，如采用水化热减低剂混凝土、使用透水模板布、使用防裂钢筋网等，避免主塔混凝土出现有害温度裂缝。
4．结束语
综上所述，（1）对于我们主墩2m、3m、3m的分层，混凝土的浇筑高度较大，应该挂设串桶，防止混凝土离析。（2）在振捣过程中，振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应遵守快插慢拔的原则，必须振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止。（3）控制保护层厚度的方法：设置定位钢筋，并配和有保护层垫块。
参考文献：
[1]李志刚，魏宁.露水河大桥主墩承台大体积混凝土施工技术[J].福建建材，2011（01）.
[2]余喜平.东华大桥主墩承台疏水化合孔栓物混凝土施工技术[J].福建建设科技，2012（04）.
阶，在边坡、仰坡上进行锚喷混凝土防护。锚杆采用φ22水泥砂浆锚杆，长度3.5m，梅花形布置，间距1m×lm，挂设@20cm×20cmφ8钢筋网；喷射混凝土厚15cm。
（2）架立洞外工字钢拱架。在进洞里程之外设三榀I18工字钢拱架，间距为50cm。用环向间距lm的φ22螺纹钢作纵向连接筋，将三榀钢拱架连成整体。
（3）小导管预注浆超前支护。小导管采用φ42×3热轧钢管，长度4m。为防止漏浆，钢管尾端无孔部分长1m，钢管前端焊成尖锥形，尾端焊接φ6钢箍。小导管布置：小导管支护范围为138～150°，双层水平布置，环向间距40cm，层距40cm，内层距开挖轮廓线10cm，内外层小导管交错设置。采用水泥～水玻璃双液注浆。
3.后续段的施工
洞口浅埋段吸取暗挖进洞的教训，施工中以“弱爆破、少扰动、短进尺、管超前、强支护、勤量测”为施工原则，保证了围岩破碎地段的施工顺利进行。
（1）开挖方法：为抵抗正面土的侧压力，稳定掌子面，采取环形开挖法。先进行上半断面施工，开挖断面尺寸比原设计径向加大10cm，作为施工误差和预留变形量。开挖爆破时预留核心土，核心土的纵向长2～3m，两侧拉槽宽3.0m，以便于装载机进退出渣，平台至拱顶1.8m，便于架设拱架。
（2）施工步骤及支护措施：鉴于围岩自稳性差，施工中一次进尺严格控制在0.6～1.0m，并在每个掘进循环开始前，先沿开挖面拱部钻孔注浆，安设早强砂浆超前锚杆。锚杆间距0.5m，长3.0m，仰角20～30°。该段采用支架式风钻钻孔，钻出开挖面炮眼后，装药起爆、通风排烟、找顶、埋设观测点。然后喷射混凝土和打设系统锚杆。锚杆长3.0m，间距0.8m×1.0m。装载机出渣后，架设I16工字钢架，纵向用φ22钢筋连接，焊在钢拱外缘。挂设钢筋网，最后再继续喷射混凝土至设计厚度。
四、结语
阿依隧道在软岩地层、浅埋、偏压地段施工进洞采取了各种措施，使得隧道能够顺利进洞，确保了施工安全。为在类似地质情况下隧道进洞提供了经验，但是隧道洞口段大都为浅埋，岩层一般比较破碎、地质条件复杂，如何快速顺利进洞，是隧道工程技术人员长期探索的课题。
（1）建议在隧道勘察设计中，应特别重视地质勘探工作，完善地质勘察手段，提高地质判别的准确性。完善特殊地质加固措施与方案，施工方法得当，支护及时、有效，保证隧道施工安全与营运安全。
（2）地质构造复杂的软岩隧道开挖，当雨水补给丰富时，应短开挖、强支护并及时跟进衬砌。应坚持信息化施工，做好变形量测，对浅埋隧道，必要时建立地表变形监测网，及时掌握洞室及山体变形规律，以便作出相应的处理措施。
（3）隧道施工中应切实做好围岩地质超前预报工作，逐段核实围岩类别。在施工过程中要尽量少扰动山体，并做好施工过程中的量测，有针对性地进行防治。
（4）在洞口开挖影响范围内进行地表注浆加固，避免开挖造成山坡或山体的扰动。
参考文献：
[1] 关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003
[2] 王毅才.隧道工程.北京：人民交通出版社，2000
[3] 李德武.隧道.北京：中国铁道出版社，2004
[4] 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规范：JTGF60-2009.北京.人民交通出版社，2009.9
[5] 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术细则：JTGF60-2009.北京.人民交通出版社，2009.9
论文作者:夏长宝
论文发表刊物:《基层建设》2015年30期
论文发表时间:2016/8/10
标签：混凝土论文; 温度论文; 隧道论文; 水化论文; 应力论文; 裂缝论文; 体积论文; 《基层建设》2015年30期论文;