中铁十四局集团建筑工程有限公司 山东省济南市 250000
摘要：新泰青龙路大桥主塔基础大体积混凝土浇筑采取的水化热控制措施
关键词：大体积混凝土；水化热；冷却水管
一、工程概况及地质条件
新泰市青龙路大桥位于新泰市青龙路东延伸段，北部约700m为青云水库，东部约1.2km为青云山。大桥跨青云湖溢洪道，设计为异型主塔式斜拉桥，全桥总长330米，桥宽37米，索塔总高106.55米。
本区隶属中朝准地台鲁西隆起区，蒙山山前断裂、新泰-蒙阴断裂及蒙莱大断裂，根据钻探揭露、现场瞬变电磁测深和高密度测深及《1：5万新汶幅地质图说明书》等相关资料，该断裂由场地内东周河西岸原设计主桥索塔位置之下穿过，走向，倾向约217°，倾角约65°。断裂带内主要岩性为构造角砾岩及断层泥，局部见硅化及碳酸盐化。
二、工程特点
（一）基础尺寸大，结构复杂。
扩大基础分上下两层，上层承台纵桥向宽19m，横桥向长17m，高3.5m，下层承台纵桥向宽19.6m，横桥向长19m，，高3.5m。两承台间设置长18.9m，宽8m，高3.5m的系梁连接，每个承台底面设置9 个2×2m的抗滑齿块。
（二）不确定因素多。扩大基础基底须落在岩面较完整的中风化花岗岩上，基础构造尺寸为暂定，需有更详细地层资料后根据岩面情况进行进一步的优化。
（三）混凝土浇筑过程需连续作业，对人员、机械数量和人员组织情况要求较高。
（四）混凝土浇筑方量大，全部方量约5400立方，水化热现象突出，降温措施要求高。
三、混凝土浇筑作业施工方案
本基础按照结构组成分两次浇筑，第一次、第二次浇筑底层3.5m厚，第三次浇筑顶层3.5m厚，该层左右基础与联系梁一次浇筑完成；采用21mm厚竹胶板做侧模板，模板加固采用外撑内拉的方式。
（一）模板结构与支撑型式：
扩大基础模板采用21mm厚竹胶板，用5cm×10cm方木作模板背肋，竖直布置，间距25cm。模板的加固采用外撑内拉的方式。
外撑方式，模板背肋用双钢管联结，双层布置，先横后竖。横向间距不大于40cm，竖向间距不大于70cm。在模板外侧的基坑岩壁上安装横撑杆和斜撑杆对每块模板进行外撑。
内拉方式，本基础尺寸尺寸较大，采用传统的对拉方式无法满足要求，故采用单端内斜拉的方式。在模板内侧2～3m处锚固φ28mm钢筋，依此为基点，向对应单块模板顶部、下部用钢筋内拉。
（二）模板安装与调整：
在基坑内基础底面上测设锚固钢筋位置，安装锚固钢筋。在基础模板支立线外侧搭设外撑支架。
调整模板位置，安装内拉杆和外支撑杆。
测量调整模板线形和基础尺寸，模板拼缝处，增加背肋以确保接缝平齐。
将外撑杆顶托和底托调整到紧固位置，用转向扣件联结外支撑支架和外支撑杆。拉紧内拉杆，完成模板安装并调整。
（三）钢筋、冷却水管及预埋件的安装
基础清渣后，测放基础边线并确定底层纵、横向主筋位置。
基础钢筋的安装顺序：遵循先下后上、先里后外、先骨架后补充的总体原则。基础水平钢筋绑扎至第一次混凝土浇筑位置，其余钢筋一次性绑扎到位。下层3.5m混凝土浇筑完成后，将上部3.5m水平及顶面钢筋绑扎至基础顶面，中间系梁钢筋同时绑扎。
（四）冷却水管安装顺序
冷却水管在钢筋安装过程中穿插安装，当各层冷却水管下部的水平钢筋安装完成后安装该层冷却水管，冷却水管安装并检查完成后，再进行其上钢筋安装及竖向封闭筋的封闭。
（五）混凝土浇筑
基础混凝土分三次浇筑，第一次和第二次分别浇筑底层3.5m左右两侧基础，第三次浇筑剩余3.5m及中间系梁。每次浇筑采用2台汽车泵同时布料入仓。
基础混凝土采用水平分层连续浇筑的方式，浇筑时严格控制铺筑高度及振捣深度，每层铺筑高度为30cm，由一端向另一端推进，由外向内采用插入式振动器振捣密实。振捣时，振捣棒插入下层混凝土的深度不小于5～10 cm，移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持5～10 cm，避免碰撞钢筋、预埋件、模板。
混凝土施工缝的处理：第一次混凝土浇筑终凝后凿毛清渣并采用高压水枪彻底清洗毛面，确保接缝质量。
混凝土表面的处理：第二次混凝土表面初凝前，按标高线用木刮尺刮平，初凝后收光压实，塔座处按第一次处理方法处理。
四、大体积混凝土针对性设计与施工措施
混凝土中的胶结料—水泥在水化过程中，产生大量的水化热，导致混凝土内温度急剧上升，混凝土内外表面的温度差加大，致使混凝土内外温应力相差较大，当此温度超过临界状态时，混凝土即产生裂缝，对结构整体受力状态产生不利影响。
基于以上分析，本基础大体积混凝土的施工控制要点是：采取各种措施，降低混凝土内外温度差。主要控制思路：
（一）冷却水循环系统控制混凝土内部温度
每层混凝土内布置2层冷却水管，层距为1.5m，水平距离0.78m。冷却水管与同层钢筋绑扎固定，接头采用橡胶软管连接，混凝土浇筑前对冷却水管进行通水实验。冷却水管规格采用φ25mm×2mm的钢管。布置见下图：
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混凝土热工计算
1、混凝土的绝热温升
T（t）=WQ/（Ｃρ）（1-e-mt），其中：
T（t）—混凝土龄期为t时的绝热温升（℃）
W—每m3混凝土的胶凝材料用量（kg/m3）取300 kg/m3
Q— 水泥的水化热 取375 kj/kg
C—混凝土的比热 取0.95【kj/（kg.℃）】
ρ—混凝土的重力密度 取2400（kg/m3）
e—为常数 取2.718
m—系数 随浇筑温度改变 取0.4（d-1）
t— 混凝土的龄期（d）
混凝土龄期为3时计算结果如下：
300×375/0.95×2400 ×（1-2.718-0.4*3）=34.44℃
其他混凝土龄期下的绝热温升计算结果见下表：
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2、混凝土中心温度计算
T1（T）=Tj+Th﹠（t），其中：
T1（t）—t龄期混凝土中心计算温度
Tj—混凝土浇筑温度 取25℃
﹠（t）—t龄期降温系数 取值见下表
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混凝土龄期为3时计算结果为：25+34.44×0.71=49.45℃
其他混凝土龄期计算结果见下表
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3、混凝土表面温度计算：
T2（t）= Tj+4h′（H-h）（T1（t）- Tj）/H2，其中：
T2（t）—t龄期混凝土表面计算温度
Tj—混凝土浇筑温度 取25℃
h′—混凝土的虚厚度 经计算取0.675
H—混凝土的计算厚度
混凝土龄期为3时计算结果为：25+4×0.675×1.35（49.45-25）/4.82=28.87℃
其他混凝土龄期计算结果见下表
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4、混凝土内外温差见下表：
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由于混凝土内外温差大于25℃，采取冷却水管降温，最大温差为第9天，超过温度为2.08℃，冷却水管布置满足要求。
结合现场实际情况，因基坑地下水位较高，基坑采用井点降水，井点降水的抽水量满足混凝土的冷却循环水用量。
（二）混凝土浇筑完成后内部温度测控
测温点布置沿基础中线东西及南北方向每个方向按平均距离各设置10个测温点（用于测混凝土内部中心温度），基础顶面下10cm及基础底面上10cm 四周各设置3个测温点（用于测混凝土外面及底面温度），预埋测温线以钢筋为支撑物，测温元件位置严禁振捣棒接触，严禁浇筑时泵管口直冲测温元件。温度传感器插头留在混凝土外用塑料袋罩好保持清洁，外留导线长度大于 20cm。
测温时间：混凝土浇筑完毕后开始测温，直至混凝土表面温度与环境温度之差小于25度时止。
测温频率：混凝土浇筑完毕后，第1～3天每2小时测温一次，第4～7天每4小时测温一次，第8～14天每8小时测温一次。
测温数据做好记录，根据测量数据进行分析预测混凝土的温度上升趋势，提早防范。
浇筑后，在混凝土体四周搭设保温棚进行保温养护。
（三）降低混凝土水化热和入仓温度
采用低水化热的P.S.B矿渣硅酸盐水泥。
配合比设计时，掺入优质粉煤灰，降低水泥用量，掺入高性能缓凝减水剂，延缓混凝土的初凝时间。降低单位时间的散热量，从而降低温升速度。
抽取地下水用于混凝土搅拌采取措施降低混凝土的入模温度。
加快混凝土运输和入仓速度，减少混凝土在运输搅拌和浇筑过程中的温度上升。
拌和站上方遮盖，以保证出料温度在20℃左右。
减小骨料堆高，喷水雾进行骨料预冷，降低原材料的入机温度。
混凝土尽量安排在夜间低温时间段进行浇筑。
（四）其他降温措施
严格按照分层浇筑的方式施工，严格控制分层厚度，以保证混凝土浇筑过程有效散热。
做好混凝土的配比工作。浇筑过程，实验室人员全程跟踪，根据现场材料干湿度情况随时对水灰比进行调整，使混凝土达到理想状态。
（五）降温效果
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青龙路大桥是山东首座异形独塔双曲面不等跨斜拉桥，被列为山东科技创新项目、中国铁建科技资助项目，是集高、精、尖、险、难于一体的桥梁。项目建成后，成为一处融交通与景观于一体的标志性建筑，不仅解决青云湖两岸的交通问题，改善了居民出行和周边的生活环境，俨然成为新泰这座国家优秀旅游城市和园林城市的新“名片”
参考文献：
[1]公路桥梁大体积混凝土裂缝成因与控制措施[J].王学儒.工程技术研究.2020（05）
[2]大体积承台混凝土水化热仿真模拟计算及温控方案优化[J].吕世鲲.价值工程.2018（14）