刘增威；邴兴飞；魏强；邱童；宋雅东；
青岛中青建安建工集团有限公司；中嘉建盛建工集团有限公司；中青建安集团有限公司
摘要
由于一次性整体浇筑巨大体量的混凝土，对于施工作业及操作来说，对控制混凝土浇筑，振捣质量，养护措施等施工过程中的质量控制会比较难，因此，本计算主要是借助理论研究方法，欲采用有限元方法对整体一次性浇筑、分三层浇筑、分五层浇筑这三种不同的大体积混凝土设备基础进行水化热仿真模拟，着重对比三种不同施工方案对应的基础混凝土结构在0-90d龄期内的温度场的变化规律，并结合大体积混凝土规范的一些措施和技术要点，欲想采用分层浇筑方案来实现本项目的振动试验台大体积混凝土基础的施工，借理论研究为实际大体积混凝土施工提供一定的理论指导建议，以便指导实际施工用。
引言
对于这样的大体积混凝土浇筑过程中混凝土会产生大量的水化热，一旦结构出现散热不均匀或散热缓慢，在结构受到内外约束的情况下振动台自身将产生很大的温度应力，导致裂缝的出现，这将影响振动台的正常使用，严重时可能导致振动台基础报废，因此在基础施工前对振动台基础进行不同浇筑施工进行仿真模拟，计算分析基础施工时温度场的分布变化规律，这将对振动台基础实际施工提供很好的参考借鉴作用。
1 工程概况
本项目振动试验台设备基础，结构尺寸：长49m×宽20m×厚10m，设计为C40抗渗混凝土，抗渗等级P8，垫层采用厚100mm的C15混凝土。本次基础混凝土体量巨大，为大体积混凝土结构。
2计算内容
采用有限元方法对高速磁浮列车实验中心设备基础整车走行系统振动试验台设备基础大体积混凝土施工整体浇筑与分三层、分五层浇筑方案进行有限元仿真模拟，分析其在0-90d的不同龄期下的基础结构内部温度场的变化规律，着重从理论角度为实际大体积混凝土施工提供一定的理论指导建议。
表2.2-1 整体浇筑与分三层、分五层浇筑方案不同浇筑龄期安排表
龄期 整体
浇筑 分三层浇筑 分五层浇筑
/ / 第一层 第二层 第三层 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层
1d 1d 1d 1 d
2d 2d 2d 2d
3d 3d 3d 3d
5d 5d 5d 5d
7d 7d 7d 7d
9d 9d 9d 9d
12d 12d 12d 12d
15d 15d 15d 15d
20d 20d 20d 20d 20d 20d
25d 25d 25d 25d 25d 25d
30d 30d 30d 30d 30d 30d
35d 35d 35d 35d 35d 35d 35d 35d
40d 40d 40d 40d 40d 40d 40d 40d
45d 45d 45d 45d 45d 45d 45d 45d
50d 50d 50d 50d 50d 50d 50d 50d 50d
55d 55d 55d 55d 55d 55d 55d 55d 55d
60d 60d 60d 60d 60d 60d 60d 60d 60d
65d 65d 65d 65d 65d 65d 65d 65d 65d 65d
70d 70d 70d 70d 70d 70d 70d 70d 70d 70d
75d 75d 75d 75d 75d 75d 75d 75d 75d 75d
80d 80d 80d 80d 80d 80d 80d 80d 80d 80d
85d 85d 85d 85d 85d 85d 85d 85d 85d 85d
90d 90d 90d 90d 90d 90d 90d 90d 90d 90d
具体不同浇筑方案对应的施工阶段划分，对应分层浇筑，每个施工阶段之间的时间间隔是15天，如下图所示。
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4 不同浇筑方案数据对比与分析
采用有限元方法对振动试验台基础大体积混凝土结构的施工整体浇筑、分三层、分五层这三组不同浇筑方案进行有限元仿真模拟，分析其在0~90d的不同龄期下基础结构内部温度场、应力场的受力变化规律，为了清晰对比一些典型温度场节点，应力场节点的受力情况，特在混凝土结构内部、表面等受力较大的典型区域摄取一些节点来观察0~90d的不同龄期下的受力变化趋势和峰值，具体如下。
4.1 温度场数据对比与分析
温度场趋势点选择分层浇筑块的中心区域及整体浇筑对应的最深混凝土区域的轴线上六点节点（里表典型温度观察点），来查看温度变化规律，选择了各组对应的典型节点，分别依次为node 93844（深约0.000m）、node 94151（深约0.963m）、node 83373（深约2.350m）、node 65894（深约4.511m）、node 57407（深约5.757m）、node 10610（深约8.032m），具体如下示意图。
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由上述温度曲线图可以发现：采用整体一次性浇筑方案施工时，温度发展规律，先急速增长，随后慢慢降温的趋势，约4~7天内在混凝土基础内部最高温度可达55.9℃，达到峰值后，混凝土核心温度开始下降，降温速率约0.28℃/d~0.39℃/d，小于大体积混凝土规范降温速率小于2℃/d的要求。大部分区域对应的混凝土里表温差基本在21℃范围内，但在混凝土中下部区域对应的里表温差稍超过大体积混凝土规范温差25℃的要求。
采用分三层浇筑方案施工时，温度发展规律，先急速增长，随后慢慢降温的趋势，约第5天在混凝土基础内部最高温度可达53.7℃，达到峰值后，混凝土核心温度开始下降，部分区域混凝土会受到分层先后浇筑影响，在上一个施工阶段混凝土温度会受到下一个施工阶段混凝土浇筑2-5天内会小幅度温度回升后再继续降温，整体趋势依然是先升温后降温，且受下一个施工阶段混凝土水化热影响，降温速率在下一个分层施工阶段浇筑后会出现拐点，且降温速率比上一个施工阶段的要降低很多。降温拐点附近的速率由1.43℃/d变成了0.17℃/d，均小于大体积混凝土规范降温速率小于2℃/d的要求。所有区域对应的混凝土里表温差均在20.4℃范围内，满足大体积混凝土规范温差25℃的要求。
采用分五层浇筑方案施工时，温度发展规律，先急速增长，随后慢慢降温的趋势，约第5天在混凝土基础内部最高温度可达52.6℃，达到峰值后，混凝土核心温度开始下降，部分区域混凝土会受到分层先后浇筑影响，在上一个施工阶段混凝土温度会受到下一个施工阶段混凝土浇筑2-5天内会小幅度温度回升后再继续降温，整体趋势依然是先升温后降温，且受下一个施工阶段混凝土水化热影响，降温速率在下一个分层施工阶段浇筑后会出现拐点，且降温速率比上一个施工阶段的要降低很多。
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降温拐点附近的速率由1.31℃/d变成了0.10℃/d，均小于大体积混凝土规范降温速率小于2℃/d的要求。所有区域对应的混凝土里表温差均在14.1℃范围内，满足大体积混凝土规范温差25℃的要求。
对比整体一次性浇筑、分三层浇筑、分五层浇筑，从理论上研究可以发现，分三层浇筑和分五层浇筑方案在混凝土里表温差、降温速率、混凝土内部核心区域最高温度控制方面均优于整体一次性浇筑方案。在这三种不同浇筑方式施工过程中还需严格把关好混凝土施工质量控制工作，如果必要的话，可在基础混凝土浇筑过程前提前在混凝土内部不同的位置沿着轴向不同高度布置一些温度监控测点，以便在施工后实时观测混凝土内部温度变化，如发现某些区域里表温差较大，可及时采取一定的温控处理办法，例如加强表面养护措施等等。
5建议
（1）在这三种不同浇筑方式施工过程中，还需严格把关好混凝土施工质量控制工作，如果必要的话，可在基础混凝土浇筑过程前提前在混凝土内部不同的位置沿着轴向不同高度布置一些温度监控测点，以便在施工后实时观测混凝土内部温度变化，如发现某些区域里表温差较大，可及时采取一定的温控处理办法，例如加强表面养护措施等。
（2）本计算主要是将有限元法应用于解决振动试验台基础大体积混凝土施工0-90d龄期内的结构温度场问题，由于材料热工参数取值的偏差、现实情况的复杂和多变性，以及施工现场对混凝土浇筑质量控制的把关，有限元计算结果亦不可避免地与实测值有所偏差，但从定性为主、定量为辅的原则、单从结构工程和力学分析角度出发，亦能判断出整体一次性浇筑、分三层浇筑、分五层浇筑这三种不同浇筑施工方案三者之间的受力差异性，借此从理论角度给实际施工提供一定的理论指导意见。由于大体积混凝土施工还有很多其他因素需要考虑，实际施工时建议做好信息化施工要求，重视现场对混凝土施工过程中的监测，在混凝土内部设置温度测点，根据实测值随时调整养护或其他措施，保证内外温差满足相应规范要求。