渡口河特大桥大体积混凝土温度控制技术
廖文华 孙晓义
摘 要：结合宜万铁路渡口河特大桥4、5号墩承台大体积混凝土施工实例，介绍大体积混凝土温度控制方案及施工工艺。
关键词：铁路桥、大体积混凝土、温度控制技术、温测数据分析
1、 概述
渡口河特大桥是宜万铁路25个重点控制工程之一，渡口河大桥横跨渡口河，地形陡峻。桥型布置为3×32m简支梁+(72+128+72)m连续刚构+7×32m+1×24m简支梁，全长634.71m， 4、5号墩为矩形空心高墩，其5号墩高度为128m,为亚洲铁路同类型桥梁第一高墩。
4、5号墩基础为Φ2.5m钻孔桩、承台组成的受力结构。4、5号承台为C25钢筋混凝土结构，其中，4号墩构造尺寸为宽×长×高=16.7m×23.7m×5m，5号墩构造尺寸为宽×长×高=23.7m×36.7m×5m，且均为满灌承台，仅5号墩承台设计方量就为4999m3,均属于大体积，其混凝土产生的水化热对温差裂缝的影响不容忽视。 2、 温度控制依据
混凝土凝结时，水泥与水发生水化反应而放出大量的水化热，混凝土的温度随着水化反应的不断进行而逐步升高。当混凝土体积较大和散热条件不好时，水化热基本上积蓄与混凝土内，从而引起混凝土内部温度明显升高。混凝土内外温度的不均匀变化，会引起混凝土体积的不均匀变化即温度变形。当温度变形受到约束而不能自由伸缩时，就会引起温度应力，从而产生温度裂缝。
在大体积混凝土施工阶段，一方面是混凝土由于内外温差而产生应力和应变；另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止这种变形，一旦混凝土应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许范围内时，一般不会影响结构的强度，但对结构的耐久性有所影响。
根据混凝土浇筑前后裂缝控制的施工计算，混凝土的拉应力不能满足最大容许值，应尽量从影响裂缝的各个因素来控制温差带来的负面影响。
参考其他工程项目大体积混凝土的施工控制边界条件，嵌岩承台底部温度难扩散，混凝土容易形成较大温差，混凝土内部的最高温度应控制在60℃，混凝土内外温差为25℃，分层浇筑时上、下层温差为25℃。
3、 施工工艺
4、5号承台混凝土的浇筑充分考虑了混凝土水化热对构造物的危害，本着尽量减少承台内部储存热量的原则，采取日低温区段浇筑混凝土；宜万铁路26标渡口河特大桥地处深山，交通不便。而大体积施工存在机械故障，影响混凝土浇筑的连续性和冷却降温，易发生质量安全事故。因此制定可靠的安全保证措施及完善的施工工艺是施工工艺的关键，故4号墩分2层浇筑，（3m+2m），5号墩分3层浇筑（2+1+2）。搅拌混凝土用的骨料提前冷却，保证混凝土的入模温度为25℃以下。4、5号墩承台浇筑的混凝土均采用2台1000L搅拌机拌合，并使用混凝土输送泵泵送入模，使用φ70振捣棒密实。 4、 温度控制措施
4.1原材料的选用
采用葛洲坝“三峡”P.S 42.5级低热水泥，使用高强度等级水泥可以减少水泥用量，从而减少总体水化热。
4.2配合比设计
为延缓水化热高峰的出现，配合比中掺入1%的TH-3高效缓凝减水剂（初凝时间可达到11小时）；为降低总量水化热，在混凝土中掺入15%的II级粉煤灰代替水泥。
4.3分层浇筑
由于4、5号墩承台比较厚（5m），且四周及底面是封闭的，产生的水化热不易散失。另外，根据现有的混凝土生产能力及混凝土的初凝时间，将4号墩承台混凝土分2层浇筑。5号墩承台混凝土分3层浇筑。前次混凝土浇筑与后次混凝土浇筑间隔为9d，这样，可以使前次混凝土产生的水化热及时有效地散发出来。同时又可以避免因混凝土供应能力不足而造成同一浇筑构件不同部位初凝时间相差太大。
4.4冷却管的埋设及通水冷却
在4号墩承台中按水平1.5m、垂直2m间距布设2层冷却管，共设6个进水孔和6个出水孔；在5号墩承台中按水平1m、垂直1m间距布设3层冷却管，共设9个进水孔和9个出水孔，埋入混凝土中的冷却管均采用φ48（b=2.5mm）钢管。根据施工特点，4号墩采用冷却水箱循环降温，4号墩冷却水箱置于承台以上10m高度，保证水压力不低于1个大气压。5号墩用水泵将渡口河水直接泵送至冷却管。冷却管具体位置布置详见图1。
宜昌237013513514701670外径48mm循环水管@150cm水箱水箱循环水管出水口500出水口235300300300300235万州4
号墩承台冷却管布置图
367085外径48mm循环水管@100cm2370循环水管出水口M5浆砌片石围堰进水口采用渡口河水渡口河5005号
墩承台冷却管布置图
图1 4、5号墩承台冷却管位置布置图
在混凝土浇筑过程中即进行冷却水循环，有效降低混凝土水化热峰值，并将承台内部产生的热量随时带走，降低承台的内外温差。冷却循环水持续15d，以保证将承台内部产生的大部分水化热散出，从而最大程度地避免温差裂缝的产生。
4.5养护
混凝土浇筑完毕待其初凝后在其顶面蓄水保温养护，保持混凝土表面温度，降低混凝土的内外温差。
4.6温度测控
4.6.1采用JMT-36C型温度传感器，引线电缆长度根据需要定做为3-6m，精度±0 .5℃，测量范围-20℃~110℃，线性误差±0 .3℃；
4.6.2采用万用表测量电阻，并转换为温度；
4.6.3测温点布置。认为承台是一个板形的均匀介质，由于采用满灌承台，认为承台四角均为封闭状态，故认为承台内部温度的散失是沿竖向向上表面传递。参考冷却管的布置位置，4、5号承台分别将15个温度传感器分三层埋设在承台中，并将电缆线引出线头用于温度量测，温度传感器具体布置详图见图2。
测温片平面布置图DCA20050A-O-D截面图B456O789C101112131415D122370OBA502003测温片位置3670
图2 温度传感器布置图
5、 温控数据记录
主要测温点数据记录详见表1。
表1 主要测温点数据记录
4号墩承台主要测温数据 累计时间/h 测点2 测点8 测点11 累计时间/h 测点2 测点8 测点11 24 22 21 22 74 41 40 39 26 22 20 22 76 43 42 41 28 26 25 25 78 44 45 43 30 27 25 26 80 43 46 44 32 28 26 27 82 46 46 46 34 26 26 29 84 47 48 48 36 27 28 34 86 48 50 50 38 27 27 28 88 51 52 51 40 28 26 35 90 50 52 51 42 25 25 35 92 51 51 52 44 26 27 38 94 52 52 52 46 25 27 38 96 52 53 53 48 27 27 32 98 55 53 55 40 100 56 59 56 39 102 56 56 55 40 104 57 56 56 41 106 58 58 56 42 108 56 55 55 42 110 56 54 55 42 112 53 53 53 41 114 49 50 48 40 116 46 47 46 41 118 41 41 42 39 120 35 34 33 38 122 28 29 30 5号墩承台主要测温数据 累计时间/h 测点2 测点8 测点11 累计时间/h 测点2 测点8 测点11 24 22 23 20 74 55 56 52 26 24 25 25 76 54 57 51 28 25 26 26 78 54 55 52 30 26 29 29 80 54 55 51 32 28 32 31 82 54 55 51 34 26 28 30 84 54 55 50 36 26 35 31 86 50 53 49 38 38 34 33 88 48 47 48 40 38 40 38 90 48 47 47 42 39 37 38 92 47 45 45 44 37 38 37 94 47 44 44 46 39 40 40 96 46 43 44 48 41 43 42 98 44 43 43 50 43 44 45 100 45 43 43 52 44 45 44 102 44 42 42 54 46 44 45 104 42 40 40 56 46 46 46 106 40 39 38 58 48 47 48 108 38 37 38 60 48 48 50 110 38 37 37 62 50 51 52 112 37 35 37 64 49 50 52 114 37 35 36 66 50 51 51 116 37 34 36 68 50 52 52 118 35 34 35 70 52 52 53 120 33 33 33 72 53 55 53 122 33 30 31 6、 温测数据分析
从混凝土浇筑开始即开始测温，测温频率1次/2h。经测温点温度走势曲线详见图3。通过对曲线图进行分析，其特点如下。
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 27 29 31 32 33 36 39 40 39 40 37 38 27 29 31 33 35 37 38 41 39 38 38 37 温度/℃温度/℃10203040506070040506010203002410200242832283236404448525660646824温度/℃304050607028323636404448525660646872768084889296100104108112116120时间/h测点8测点114044485256606468测点24号墩承台测温点温度走势图
时间/h7272768084889296100104108112116120时间/h768084889296100104108112116120
温度/℃60温度/℃温度/℃1020304050102030405060102030405060000242832364044485256606456606452484440363228242428323640444852566064测点8测点2测点11686868时间/h时间/h时间/h727680848892961001041081121161207272768084889296100104108112116120768084889296100104108112116120
5号墩承台测温点温度走势曲线 图3 4、5号墩承台测温点温度走势曲线图
6.1 4、5号墩最高温升点均位于每层的核心，温度分别为59℃、57℃，且核心点的温度峰值都是在78h左右，这说明越是靠近混凝土核心部位，水化热越是不容易散发出来。同时由温度曲线资料可以看出，在构件的分层之间，温度攀升不高且走势平稳，这说明分层浇筑所达到的效果是明显的。
6.2从温度走势曲线可以看出，承台内外温差最大为24℃，低于规定值25℃，说明通冷却水及表面蓄水有效地保证了温升时承台内外的温差不会过大。同时，也证明了在2d龄期内，当混凝土强度尚未足够高，不能抵抗因温差产生的拉应力时，必须足够重视，不能让承台内外温差过高。
6.3分析混凝土温度统计表，出入水口的温差非常小，即使是温度峰值期也保证在2℃以内，这说明保持高水压和尽量缩短冷却管通水长度对构件内产生的水化热及时散出起着重要的作用。 7、 结束语
渡口河特大桥4、5号墩承台混凝土施工的温控效果表明，在施工中所采用的种种措施都有效地控制了承台内部温度的升高和内外温差的降低从而有效避免了温差裂缝的发生，充分保证了承台的质量。
参考文献
1 2 3
《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041–2000
王亚斌 《大体积混凝土温度预测与裂缝控制》(桥梁建设 1997年第4期) 叶琳昌，沈义 《大体积混凝土施工》
渡口河特大桥大体积混凝土温度控制技术 - 图文
