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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;
Δt=进出水口的温度差（℃）；
ΔL＝冷却水通水流量（m3/h）；
W＝水的比热，取4.186KJ/kg；
C=混凝土比热，取0.96 KJ/kg.℃；
P＝混凝土密度，取2400kg/m3；
D＝每套循环水管降温有效范围（m3）。

①当进出水口的温差为5℃，通水量为1.3m3/h时，混凝土内部温度计算如下：
大体积混凝土通水降温计算表
高21.77℃，满足规范要求，从第5天开始，混凝土内部温度以1.95℃的速度开始下降，大于每天1.5℃的要求，需要调节进出水口的温差或通水量。

②根据降温速率，决定从第6天开始，调整通水量降为0.8m3/h，第7-9天通水量降为0.65m3/h，第10天通水量降为0.6m3/h，第11天通水量降为0.5m3/h，第12、13天通水量降为0.45m3/h，第14-18天通水量降为0.4m3/h，混凝土内部温度计算如下：
大体积混凝土通水降温计算表
到第18天，混凝土内部温度已经降至20.7℃，与环境温度15℃已经接近，基本上可以停止通水降温。

综合①②可知，循环冷却水管分二层布置，间距1.2m，管径50mm，此方案可行。

通水要求：前5天龄期内，进出水口的温差控制在5℃左右，通水量控制在1.3 m3/h左右；从第6天龄期开始，将通水量逐渐调整，到第18天龄期，混凝土内部温度基本降
至环境温度，基本上可停止通水降温。

3.5.2冷却管使用及控制
每层冷却管安装完毕后，要进行试通水，防止管道漏水、堵塞。

混凝土自灌筑时起，冷却管内部立即灌入冷却水，通水流速、流量根据测温数据随时调整，每层水管有5个进水口、5个出水口，连续通水14天，循环水由进水管从降水井中抽取；混凝土浇筑达28天后对管道进行压浆处理，水泥净浆水灰比为1：0.5，注浆压力不小于0.5Mpa，持荷时间不小于2分钟，浆液中掺加适量膨胀剂（试验确定）。

在混凝土浇筑以前，绑扎承台钢筋的同时预先在承台内按梅花型交错布置2层薄壁钢管作散热管，竖向层间距1.2m，水平层间距1.2m，采用承台架立钢筋固定，与承台钢筋网焊接在一起。

冷却管进出水口，呈S型布置，外主管上安设开关阀门，以控制水流量、流速。

考虑承台内部温度随高度递增因素，最高温升出现在承台顶层，冷却管布置向上移动、密度相应增加。

冷却管在使用前通气或通水进行密闭性试验，防止管道在焊接接头位置处漏水或阻塞，在混凝土浇筑过程中也要进行通水检查。

3.6 混凝土拌制与运输
9#拌和站为2台JS500型搅拌机，每台搅拌机拌合能力为25～30m3/h。

9#拌合站至承台浇筑点7～8分钟，考虑卸料、路上间歇时间，安拆输送管时间，往返一次需30分钟，配备3辆8m3混凝土搅拌运输车运输基本匹配。

考虑应急需要，再配3台6m3混凝土搅拌运输车备用。

3.7混凝土浇筑
及时掌握天气情况，该承台混凝土浇筑宜选择阴天或温差较小的时段进行浇筑，不宜选择大风天气进行浇筑，以防风吹造成混凝土表面干裂；遇到雨天施工，混凝土拌制应及时测试砂石含水率、调整施工配合比，现场浇筑应采取覆盖防雨措施，确保混凝土初凝前不与水接触。

混凝土浇筑前，基底应清理干净，表面不得有积水；仔细检查钢筋、预埋冷却水管、智能温度传感器、连接筋安装位置、数量、高程，符合设计、达验标要求后即可浇筑；混凝土搅拌运输车运输，两台吊车吊运，溜槽和2台输送泵配合进行混凝土浇筑。

本承台分两次进行浇筑完成，根据本承台浇注混凝土方量大、平面面积大、且拌合站离浇筑地点较远的客观实际，采用分段、分层、踏步式推进的浇筑方法（见图3），也即“分段定点、斜面分层、连续推进、自然流淌、逐层覆盖、一次到顶、局部补充”的
薄层浇注方法。

在承台长边两侧布设两台吊车和活动溜槽，在承台导流堤侧布设两台混凝土输送泵。

承台浇筑，均由一端向另一端不间断推进，即采取以承台短边全宽为基准分条，沿长边推进的方案；浇筑过程中严格控制分层厚度及浇筑速度，使内部热量及时扩散，以降低内外温差；每层厚度控制在30cm～50cm范围内，底层浇筑段长度宜为6m～8m，上下层间浇筑段应错开1.5m~2.0m。

图3 分段分层踏步式推进浇筑顺序图
根据混凝土自然形成的流淌斜坡度，在每个浇筑段前、后布置2排插入式振捣器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；第二道布置在混凝土坡脚，以确保下部混凝土密实。

随着混凝土浇筑向前推进，振捣器相应跟进，以确保整个高度上混凝土振捣密实。

混凝土需连续供应，以保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。

插入式振捣器振捣时，与侧模应保持5～10cm距离，避开预埋件或智能温度传感器10～15cm，应插入下层混凝土5～10cm；对每部位必须振捣至混凝土不再沉落、不出现气泡，表面呈现浮浆为度。

第一层浇筑完毕后开始预埋墩身钢筋，并进行混凝土表面凿毛处理。

待养护期达到10d后，开始浇筑第二层承台混凝土，浇筑方法、浇筑程序同第一层，并在万州端线路右侧距线路中心8m位置预埋塔吊基础预埋件，并在宜昌端线路右侧与塔吊对称位置预
埋电梯基础预埋件。

3.8 泌水处理
因泵送混凝土坍落度、流动性较大，在浇筑、震捣过程中，泌水和浮浆顺混凝土坡面下流到基坑底，为此事先在右侧小里程承台角预留汇水井，通过潜水泵排出。

3.9 表面处理
掺加了粉煤灰的混凝土，水泥浆较多，在浇筑2～4小时后，按设计标高用长木刮尺刮平，然后用木搓板反复搓压，使表面密实，闭合收缩裂缝，在初凝前用铁抹子压光，这样可较好的控制表面裂纹，减少表面水分的散失，改善养护效果。

浇筑完第一层混凝土待初凝后，及时用高压水枪将表面浮浆冲洗干净，至露出新鲜石子，并用凿具进行凿毛处理，以确保与第二层混凝土连接密实。

3.10 混凝土养护
为了防止内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂纹，养护工作尤其重要。

本承台采用“内排、外保”措施进行控温养护。

“内排”采用循环冷却水管，即尽快排出混凝土内部热量，降低混凝土内部温度；“外保”采取蓄热保温措施，即在混凝土表面采取保温措施，控制混凝土内外温差及表面与空气温差，避免出现贯穿裂缝和表面裂缝。

具体施工措施：
第一层：采用保湿、保温养护方法，即随着施工的推进，在承台顶面用塑料布或帆布等材料覆盖，先浇筑的混凝土终凝后开始用湿麻袋覆盖养护，并用电热棒烧水，利用蒸汽来提高混凝土表面温度，使承台表面降温速度减慢，减缓散热速率，起到蓄热保温的目的；待承台混凝土浇筑完毕后，承台全部覆盖严密，不使透风漏气、水分蒸发散失并带走热量。

在承台范围内全部覆盖湿麻袋，并适当少量积水，利用冷却管出水、电热棒产生蒸汽进行保湿、保温。

养护时间不得少于14d。

第二层：承台混凝土浇筑完成后，采用塑料薄膜加麻袋浇水覆盖，承台表面蓄30cm 深的冷却循环水，并用塑料布或帆布整体覆盖，电热棒蒸汽养护，养护时间不得少于21d。

3.11 温度监控办法
3.11.1 温控目标
对大体积混凝土施工进行温度监控，是为了掌握混凝土内部的实际最高温升值、混凝土中心至表面的温度梯度，根据监测结果及时调整施工方法、养护措施，保证混凝土内外温差及降温速率均满足验标要求，防止表面裂缝及贯穿性裂缝的产生，最终确保混凝土实体质量。

3.11.2 温控项目
温度是直接关系整个混凝土承台质量的关键。

为了客观反映混凝土温度状况，进行原材料温度、出机温度、入模（浇筑）温度、外界温度、混凝土表面及内部温度等6个
项目的测试，便于及时调整温控措施。

3.11.3 测温频率
测温工作安排专人负责，按不同的测试项目、频率进行定时、定点测试；当寒潮来临、冷空气影响、暴雨袭击等特殊情况时，适当加大测温频率。

（1）原材料温度在混凝土浇筑前对测试，主要测试水、砂石料、外加剂的温度，每天早、中、晚各测一次，至浇筑完结束。

（2）混凝土出机温度按每盘测试，至浇筑完结束。

（3）混凝土入模温度(振捣后，距离混凝土表面5～10cm处的温度值，应小于28℃)按每一浇筑段测试一次，至浇筑完结束。

（4）自然温度按每天早、中、晚各测一次，至浇筑完结束。

（5）混凝土表面及内部温度当混凝土覆盖测温元件，即可开始测试，测温28天，其频率为：
第1天～第3天每2小时测温一次
第4天～第7天每4小时测温一次
第8天～第14天每8小时测温一次
第14天～第21天每12小时测温一次
第22天～第28天每24小时测温一次
3.11.4 测温点布设
为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，测点的布置原则：平面内布置在边缘和中间处；沿浇筑高度，在中部、表面及距承台底处，分别测设相关数据。

根据承台对称的平面形状，考虑材料的节约和数据的可靠性、代表性，在水平面布置了1/2平面14个测点，立面上下对应布置3层。

混凝土内布置42个测温点，其中每层9号点布置在冷却管旁；另外在冷却管进出水口（5个）和大气中各有一个测点，共布置48个测温点。

下层孔距基底40cm，中间孔在浇筑层厚度的正中间，上层孔距顶面40cm。

上层测温孔用Ф25钢管制作。

中间及底层埋设JMT-36C智能温度传感器。

每层的8号点布置在冷却管旁。

将JMT-36C智能温度传感器牢固绑扎在承台竖向钢筋上和冷却管上，电缆连接到承台外。

利用电阻阻值与温度之间量化的关系，实测电阻值，根据标定曲线即可得出测点实际温度值。

顶层测温孔利用普通水银温度计进行测温。

3.11.5 测温记录与分析
（1）原材料温度、出机温度、入模（浇筑）温度、外界温度等几项，按测温频率测试后，若高于标准值，应及时分析原因，调整施工方法；所有测温值、原因分析、调整措施均应记录在案。

（2）混凝土表面及内部温度从四个方面分析温度测试结果：
①根据原始记录，及时整理分析，绘制该点不同深度位置的温度随时间的变化曲线，并与混凝土表面、环境温度对比。

②同一平面内，沿横桥向和纵桥向及对角线方向的温度随时间变化的对比曲线，绘制温度梯度场。

③同一平面内，1～11号测温点随时间推移温度变化曲线，可以反映在同一平面高度内，温度因承台轮廓尺寸、混凝土覆盖测温点时间先后
而产生变化。

④冷却管旁的测温点可以反映冷却效果。

每天的测温数据出来后，由技术人员及时对数据进行分析，并绘制测温点的温度变化曲线图，和理论计算值相比较，及时将分析结果及处理意见反馈给现场管理人员，以便采取相应的对策；温度曲线平缓后，温度的温控也随之结束，进入自然养护期限，养护期至少14天。

如在实测中温测差值超出25℃时，首先采取增加电热棒数量，利用蒸汽提高承台表面温度，并增加覆盖层厚度，其次是加大循环水管的流量。

4 质量保证措施
4.1 组织措施
成立承台混凝土浇筑现场指挥小组，负责指挥、协调、应急，保证一次浇筑成功。

根据连续浇筑需要，人员按三班循环作业安排。

总工为组长，主管工程师为现场总指挥，各科室配合。

4.2 管理措施
（1）按照连续作业要求，开工前由总工组织，按照既定施工方案，对各级领导、管理、作业人员进行技术交底，明确注意事项、标准，各环节“定人、定岗、定责”，确保一次浇筑成功。

（2）加强原材料的试验、检验工作，试验人员必须全过程旁站，严格控制外加剂、外掺剂掺量、混凝土坍落度；质检人员全过程检查、督促专人按既定温控项目、频率进行测试，并做好详细记录，发现问题及时反馈，以便采取应对措施。

（3）施工过程中严格执行“三检”(自检、互检、交接检)、三工（工前有交底、工中有检查、工后有讲评）制度。

（4）严把隐蔽工程检验关、验收关、签证关。

（5）严格工程报验程序：原材料、成品、半成品由物资部门提供合格证,中心实验室试验合格后报监理检查；混凝土配合比由中心实验室根据现场材料试配合格后报监理审批；测量放样由测量班实地放样后，报监理抽查。

4.3 技术保证措施
4.3.1合理配置资源、保证连续均衡生产
因本承台混凝土体积大、钢筋密集、运输距离较远，人员从领导、管理、作业层均按三班制循环作业安排；严格交接班制度，人不到岗不准换班，交班时，明确注意事项，做好交班记录。

钢材、水泥、砂石料、外加剂等物资，按既定需求计划，提前备足，储存在仓库、料厂，并覆盖防潮、防晒；钢筋按设计尺寸加工为成品。

由专业维修工对搅拌机、输送泵、电机、输电线路、输送车、装载机进行一次全面检查、维修，浇筑前进行全面试运行，确保使用时状况良好；对施工便道进行全面铺垫、整平，尤其是转弯、上下坡处作为整修重点，加快运输速度。

因本承台混凝土体积大，拟配备6台输送车、2台输送泵，1个搅拌站主供，配2台250KVh自发电机组，作为停电急用。

因本承台浇筑时间较长（预计10天左右），期间可能发生刮风、下雨、降温、机械故障、停电等突发事件，为此浇筑过程中，要求各级参战人员按职责分工，必须坚守岗位、注意力高度集中。

4.3.2 选择合理时间、薄层浇注
通过当地气象部门了解，承台浇筑时段，当地雨水较少，但昼夜温差较大，为此该承台混凝土浇筑宜选择阴天或温差较小的时段进行浇筑，不宜选择大风天气进行浇筑，以防风吹造成混凝土表面干裂。

随着混凝土连续浇注，覆盖加厚，散热性差，增加和加快了混凝土内部温升速度，因此浇筑过程中必须严格控制分层厚度和浇注点的布设及浇注速度，在模板侧面上用红油漆标识分段、分层标志，层厚控制在50cm以内、段间距1.5m，专人指挥倒料、安拆管、振捣，确保浇筑过程有条不紊。

4.3.3 蓄热保温、保湿养护
对混凝土表面覆盖蓄热养生，不仅能减少混凝土内外温差，预防温度裂缝，而且覆
盖层下面易于保持水份，避免混凝土因表面干缩而产生收缩裂缝；另外混凝土在湿热环境养生，能提高混凝土的早期强度，更能增强本身的抗裂能力，故本承台混凝土采取蓄热保温、保湿养护方法，主要措施：
（1）大体积混凝土的灌注，特别是泵送混凝土，灌筑到顶面后表面浮浆较多，首先待混凝土振实后将表面多余浮浆清除掉，然后将表面刮平后用工具将表面拍实抹平，并在初凝前后进行2次收浆抹平，以闭合收水裂缝。

（2）模板采用浆砌片石砌筑，因墙体较厚，对混凝土保温效果较好，防止浇筑后散热太快。

（3）采用循环水进行养护，保证混凝土表面温度。

（4）混凝土浇筑完毕，塑料薄膜、草袋多层覆盖，蓄热保温。

（5）浇筑后及时回填、封闭、保温。

4.3.4 加强过程控制、确保温控指标
本承台混凝土浇筑，温控项目包括六项内容：原材料温度、出机温度、入模（浇筑）温度、外界温度、表面及内部温度;温度监控是混凝土浇筑成败的关键，为此必须采取降温措施，加强过程温度测试，以确保温控指标。

4.3.4.1 对原材料降温以控制混凝土出机温度
水泥、砂石料、外加剂等原材料，提前进场入库或覆盖，防止阳光直晒。

混凝土拌制前1～2天，用冷水将料场砂、石浇湿，预先吸足水分，减少混凝土坍落度损失。

混凝土拌制过程中，按每盘量测混凝土出机温度。

4.3.4.2 控制入模温度、确保温差指标
为不使混凝土输送管道温度过高，在管道外壁四周用麻袋包裹，并在其上覆盖草包并反复淋水、降温。

4.3.4.3 冷却通水、降低内外温差
在混凝土内部布置冷却管，混凝土自浇注时起，冷却管内部立即灌入冷却水，连续通水18天，每个出水口流量一般为10～20升/分；
通过循环冷却水，能携带大量的水化热，根据水化热绝对温升计算、实测温度，控制调节流量、流速和开停通水时间。

为增加冷却效果，进出水流方向每天更换两次，且在开始7天内，冷却水温度控制在5℃～10℃内。

通水过程中要对水管水流、进出孔水温度、测温孔温度每隔1～2小时测量、记录。