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.Kγ—混凝土质量密度，取2400Kg/m3e－常数，为2.718m－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。