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浅谈大体积混凝土施工

摘要：大体积混凝土是在较短时间内连续浇筑大量混凝土，筑成的大断面构件。由于其中蓄积水泥的水化热，使内部温度升高、容易发生内外温差引起裂缝问题。

关键词：大体积承台混凝土水化热裂缝

1 工程概况

白龙江一号特大桥主要为跨越白龙江及国道、寺下村、泥石流沟等。本桥为斜交跨越寺下村、G212国道、泥石流沟及白龙江而设。白龙江一号特大桥中心里程DK314+163.5，桥长636.86m，桥高69m。孔跨布置为2[(3-24+5×32m简支梁+(65+2×112+65)m]连续刚构的孔跨式。桥台采用挖方台及T台，桥墩采用圆端型实体或空心桥墩，墩高大于30m 采用空心桥墩，基础除桥台采用明挖基础外，其余均采用φ1.25 m、φ2 m钻孔桩基础。11#承台里程为DK314+297.2，在白龙江河床下面，长24.2m宽18.95m高4m。

2 大体积混凝土特性与产生破坏的机理分析

2．1 大体积混凝土的特性

一般来说，混凝土结构实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用混凝土，称为大体积混凝土。由于水泥是一种水硬性建筑材料，在凝固的过程中，会产生热量，而水泥的混合物是热的不良导体，散热缓慢，在混凝土体积过大时，水泥混合物在凝固过程中产生的大量热量无法及时排出体外，使混合物内部的温度过高，这会使混凝土的内部产生显著的体积膨胀，而混凝土的表面温度随气温降低而冷却收缩，混凝土在内部膨胀和外部收缩这两种作用影响下，使混凝土的外部产生很大的拉应力，当混凝土外部所受的拉应力一旦超过当时混凝土的极限抗拉强度时，混凝土的外部就会开裂，对混凝土结构物的稳定性和耐久性均会有很大的影响。所以，对大体积混凝土施工要根据混凝土的特性作特殊的处理。

2.2控制大体积混凝土产生破坏的机理分析

混凝土的水化热主要是混凝土在凝固的过程中，水泥与水、骨料等产生复杂的物理、化学反应产生的热量。因此，要尽可能地减少水化热的产生，就要认识水化热产生的主要原因。水泥主要由有效的成分硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等组成，由于总的水化热是一个比较固定的量，水化速度就决定了混凝土水化热在单位时间内多少，水化速度越快，混凝土的水化热就越多，可能引起混凝土的内外温差就越大。从水泥的主要有效成分我们知道，硅酸三钙和铝酸三钙的水化速度均较快，水化热多，铁铝酸四钙虽然水化速度较前者低，但同样比硅酸二钙的水化速度要快，因此，要采用硅酸

二钙较多，其它成分较少的水泥，尽可能地减少混凝土的水化热。水化热还与混凝土的用水量有关，混凝土的水量多时，水化反应增快，水化热的放热速度增快，对大体积混凝土的影响增大，所以，要尽量减低混凝土的水灰比，减低水泥的水化速度。由于水泥水化热是水泥与水作用的结果，水泥的用量越多，水泥的水化热就越多，所以要在保证混凝土的强度的前提下，尽可能地减少混凝土的水泥的用量。

3施工方法及工艺要点

3.1 基坑开挖

根据测量放样的承台外形尺寸，挖掘机开挖、人工配合，弃碴由自卸汽车运至化马隧道出口弃碴场堆放；承台开挖从下游往上游方向进行，深度按承台底标高至筑岛平面标高并考虑江水影响决定分两次开挖。第一次开挖于白龙江水面一平，开挖深度约为4米。第二次开挖至承台底标高，基底尺寸为27m×22m。当开挖到桩基位置时必须从桩的四周往中间进行，以免破坏桩基混凝土；基坑底及四周人工配合清理、土袋围挡、整平。

3.2桩基检测

基坑开挖完成后，即可桩头清理。采用风钻或风镐凿除桩顶超灌部分混凝土（考虑桩头埋入承台长度），至出露新鲜混凝土面后，进行桩基自检、第三方检测，均合格后，进行基坑封底、绑筋、安装模板等工序。

3.3 基坑排水及模板

因该承台位于白龙江岸边，且承台底位于现有水面下，基坑开挖必须做好防、排水措施。基坑开挖与降低河床底标高同步进行，人工配合整平基底，用15cm厚C20混凝土（内掺适量防渗剂、速凝剂）封底；承台四周为排水沟，沟底要低于基坑底面60～80cm；并于地势较低处挖一降水井排水；降水井壁用挡板支撑防护，坑底铺一层粗砂，抽水机从基坑开挖始至水位以下混凝土终凝前需不间断抽水，降低基坑内水位（见图1）。

图1 基坑开挖平面布置图

3.4 钢筋制作、安装

钢筋进场后首先查验产品合格证，然后与监理一起现场检查外观质量，并从外观质量合格的每批钢筋中任取两根，作拉伸和冷弯试验。

钢筋在加工厂加工成半成品，现场焊接绑扎成型。钢筋加工弯制前应先调直，清除钢筋表面油渍、浮皮、铁锈；由钢筋工按设计下料、弯制成型，焊接接头位置、数量、长度均须符合验标。

待基坑尺寸、中线、标高、平整度符合设计要求后，在承台基底弹墨线，按设计位置安放钢筋，侧面、底面用水泥砂浆垫块支垫，垫块梅花布置，垫块强度不小于设计混凝土强度，厚度满足保护层厚要求，承台架立钢筋一次绑扎到位。

钢筋交叉点用直径0.7～2mm的铁丝，按8字形或十字形方式扎结。

混凝土浇筑前应预埋墩身连接钢筋、冷却管、电子测温元件。

3.5 通水冷却

3.5.1冷却管及其布置

冷却管布置原则：保证各层冷却管能独立通水，且拆模不影响通水；每层要分多根独立管道，以缩短冷却管路径，使混凝土降温均匀。冷却水管采用管径为50mm的薄壁钢管，冷却管的间距为1.2m。在每层混凝土中均布设2层冷却管，每层水管有5个进水口、5个出水口（见图2）。

图2 冷却管平面布置图

混凝土内水化热是由水泥的水化热、混凝土比热及导热系数决定的。混凝土内部最高温度值经验表达式：

Tmax= T0＋（mcQ/Cγ）（1－e-mt）

式中：Tmax—混凝土内部最高温度（℃）

T0—混凝土浇注温度（℃）

mc—每m3混凝土水泥用量（kg/m3）

Q—每公斤水泥水化热，425#硅酸盐水泥取375 J/kg。

C—混凝土的比热，取0.96 J/kg.K

γ—混凝土质量密度，取2400Kg/m3

e－常数，为2.718

m－与水泥品种、浇捣时与温度有关的经验系数，取值见下表

在本次承台混凝土施工中，T0＝15℃，mc =341，预测Tmax=69.6℃；

每套循环水管降温有效范围为：24.2×18.95÷10×1.2＝58.1m3。

循环水冷管日降温计算公式如下：

T（t）＝（24×ρg×Δt×ΔL×W）/（D×C×P）

式中：ρg =水的比重，取1×103kg/m3;