郭喜剛

（中鐵二十局集團第一工程有限公司江蘇蘇州　215151）

高速鐵路橋梁承臺大體積混凝土施工技術(shù)研究

郭喜剛

（中鐵二十局集團第一工程有限公司江蘇蘇州215151）

隨著混凝土發(fā)展的逐漸壯大，對于混凝土水化熱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差該怎樣控制，已經(jīng)成為技術(shù)人員關(guān)注的課題。就目前來說，大體積承臺混凝土施工的主要難以攻克的問題在于防止出現(xiàn)溫度應(yīng)力引起的溫度裂縫。結(jié)合新建鄭徐鐵路民權(quán)特大橋跨引黃渠連續(xù)梁的施工過程，本文詳細闡述大體積混凝土溫度控制理論計算、施工控制技術(shù)及溫控結(jié)果，為解決高速鐵路橋梁承臺大體積混凝土施工問題進行研究。

高速鐵路；承臺；大體積混凝土；施工技術(shù)

最近幾年來，由于鐵路工程的建設(shè)和高速鐵路的迅猛發(fā)展，大體積混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用范圍更加寬廣。在位于橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位應(yīng)用大體積混凝土來滿足承載力和剛度要求，但是此種做法所出現(xiàn)的弊端諸多。因此，有必要對承臺的力學(xué)性能和大體積混凝土的應(yīng)用進行探究，為鐵路橋梁承臺大體積混凝土的施工奠定基礎(chǔ)。

1　研究的現(xiàn)實意義

大體積混凝土常常在大型設(shè)備基礎(chǔ)、高層樓房基礎(chǔ)、水利大壩等地方使用到，它的顯著特點就是體積大，散熱較小，因此可以形成熱量的積聚。不管是在升溫階段，還是在降溫階段，混凝土的中心溫度總是高于混凝土的表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮的原理，表面混凝土的膨脹速率要低于中心部分混凝土。在升溫階段，由于混凝土未充分硬化，導(dǎo)致抗應(yīng)力較小，引起混凝土表面裂縫。

混凝土的工作性，至今還沒有一個完全統(tǒng)一的定義，總體上說，它是指混凝土的和易性、坍落度損失、泌水性以及可振搗密實的配合施工，使其發(fā)生分層離析現(xiàn)象減少，其工作性能為成型密實的混凝土。工作性的好壞直接關(guān)系到大體積混凝土能否應(yīng)用在建筑工程上，只有保證完成好最基礎(chǔ)的施工措施，就可以達到密實結(jié)構(gòu)的混凝土，就像一棟房子一樣，有了牢固的地基，它才能經(jīng)歷風(fēng)雨的洗禮仍舊屹立不倒，不僅如此，它還大大減輕施工人員的勞動強度，同時提高效率，降低能源消耗。[1]

因此該怎樣全面的對這種容易產(chǎn)生溫度裂縫的混凝土的工作性進行優(yōu)化，是大體積混凝土施工技術(shù)研究領(lǐng)域的一個新的方向。

2　大體積混凝土的現(xiàn)狀及應(yīng)用

2.1大體積混凝土的現(xiàn)狀

大體積混凝土的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差超過25℃的混凝土，它的尺寸已經(jīng)大到必須采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施來妥善處理溫度差值，以至于可以合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展的混凝土結(jié)構(gòu)。與普通混凝土相比，它的強度較高；可模性好，適用面廣；耐久性和耐火性較好，增加了混凝土結(jié)構(gòu)安全使用壽命，同時減少修補或拆補帶來的浪費和建筑垃圾；維護費用低，減少自然資源和能源的消耗；[2]整體性好，延性好；防振、防輻射性能較好；易于就地取材。

正是由于具有諸多優(yōu)越性能，自從產(chǎn)生以來，便得到廣泛的關(guān)注，世界各國對其研究和應(yīng)用的發(fā)展十分迅速。

2.2大體積混凝土的發(fā)展

20世紀初，就有相關(guān)學(xué)者發(fā)表水灰比等學(xué)說，對于混凝土強度的理論基礎(chǔ)進行了初步奠定。在步入21世紀后，混凝土因其的諸多優(yōu)點，開始作為主要的工程材料之一。我國是混凝土的生產(chǎn)大國和應(yīng)用大國，據(jù)統(tǒng)計，我國內(nèi)地的混凝土使用總量約占全世界的40%。迄今為止，混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中，無論是國內(nèi)還是國外，在安全方面都產(chǎn)生了嚴重的矛盾。例如，前蘇聯(lián)1973年開始修建的核電站不到20年，便發(fā)生核泄漏，事故后產(chǎn)生的放射污染相當于日本廣島原子彈爆炸產(chǎn)生的放射污染的100倍；重慶在1994年11月5日動工修建的彩虹橋由于混凝土強度不足，使用不到十年的時間便轟然倒塌，造成人員傷亡慘重等等。

工程事故所帶來的嚴重后果，讓人們醍醐灌頂，在設(shè)計人員進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了在材料方面追求混凝土高強度的同時，必須以同樣重要的眼光來看待混凝土的耐久性問題。

在以往，人們一般都認為混凝土的配制靠經(jīng)驗就可以，認為原材料的選擇、配制工藝和施工應(yīng)用都是比較簡單的。但是，從20世紀后期開始，混凝土技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)超乎想象，它的發(fā)展技術(shù)開始逐漸步入高科技時代。相關(guān)人員研究出的混凝土能達到的強度已遠遠超出工程所要求的范圍。

由于大體積混凝土的發(fā)展問題諸多，加上人們已經(jīng)習(xí)慣普通混凝土，對大體積混凝土的認識還不夠全面，阻礙大體積混凝土的廣泛應(yīng)用。在實際的工程建設(shè)當中，出于對耐久性的考慮，也就使得大體積混凝土的使用范圍擴大，在工程應(yīng)用中，若是對工程耐久性及經(jīng)濟效益的考慮，應(yīng)優(yōu)先考慮使用大體積混凝土。

3　結(jié)合實例分析優(yōu)化方案

3.1工程概況

跨引黃渠連續(xù)梁位于民權(quán)縣野崗鄉(xiāng)，該橋全長177.5m，承臺長×寬×高為12.3m×8.6m×3m，全橋承臺共計4個，實心墩4個，最高墩15m。鉆孔樁40根，共計2550m，直徑2m的樁20根，1505m；直徑1.25m的樁20根，1045m，設(shè)計為C30混凝土。

3.2承臺混凝土施工溫度計算

3.2.1優(yōu)化設(shè)計材料配合比

設(shè)計配合比需通過計算和試配來確定，這部分的設(shè)計要求滿足強度、工作性、耐久性和經(jīng)濟指標，根據(jù)施工所采用的原材料，在與施工同條件下進行多次試驗，確定最佳配合比。在施工過程中，當水泥、砂石和外加劑等因素的來源、質(zhì)量發(fā)生改變時，應(yīng)當重新進行配合比設(shè)計，并經(jīng)批準后方可使用。

從這方面來說，在滿足施工要求的前提下適量減少水泥用量，從而降低水化熱。配合比設(shè)計使用高效減水劑，選用優(yōu)質(zhì)骨料，控制材料含泥量，提高混凝土質(zhì)量。

表1　混凝土配合比

3.2.2施工條件

當?shù)貧夂蜓谉?，夏秋季?jié)溫差大，施工環(huán)境不理想，日平均氣溫18℃左右，混凝土統(tǒng)一在攪拌站拌合，由混凝土泵車運輸，并通過特殊管道設(shè)備泵送到施工部位。

3.2.3承臺檢查

表2　檢查項目詳表

3.2.4溫度計算

混凝土最高水化熱絕熱溫升公式為：

式中：Tmax——混凝土最高水化熱絕熱溫升，℃；

W——每立方混凝土水泥用量，kg/m3；

Q——水泥最終水化熱，J/g；

ξ——散熱系數(shù)；

C——混凝土比熱，J/g·℃；

ρ——混凝土比重，kg/m3。

代入數(shù)據(jù)計算Tmax=42.7℃。

根據(jù)溫度計算結(jié)果，采取必要的優(yōu)化措施，保證混凝土施工質(zhì)量達標。

3.3優(yōu)化施工項目

3.3.1減少混凝土內(nèi)外溫差

在入模前，利用冷卻循環(huán)水沖洗砂石料，用透氣布料覆蓋來降低骨料溫度。為了提高混凝土表面以及周邊散熱面的溫度，也可在混凝土澆筑成型后，利用保溫法、定時噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，做到從施工結(jié)構(gòu)的外部對溫度進行控制[4]。比如保溫法基本原理就是是利用混凝土的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，通過人為的控制，在緩慢的散熱過程中，可以使混凝土獲得必要的強度。

3.3.2在承臺內(nèi)部設(shè)置降溫水管

在承臺混凝土內(nèi)設(shè)置降溫水管，其水管的彎頭要求特別定制。為了避免混凝土在振搗過程中被破壞，因此，水管的設(shè)置位置要緊貼主筋。實施混凝土澆筑工序后需要將水管通水，根據(jù)混凝土的溫度高低來對水管的進水溫度和時間進行控制。在這個過程中，需要注意的是在混凝土澆筑前對水管進行密閉性試驗，避免產(chǎn)生不必要的問題。

3.3.3加強混凝土振搗

對于分層厚度不宜大于40cm。混凝土的振搗工序要協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證緊密結(jié)合。混凝土澆筑的方向是逐漸向四周推進的，重點控制振搗時間，保證混凝土表面密實，以免發(fā)生浮漿聚集，同時保證混凝土的自由下落高度小于1m，以免混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象。

除了施工技術(shù)的保證，同時機械臺班的安排也尤為重要，合理巧妙安排施工人員，進一步保證施工質(zhì)量。

3.3.4承臺表面收光抹平

承臺表面收光抹平這一工序也很重要，這一環(huán)節(jié)保證了混凝土表面結(jié)構(gòu)的均勻密實。由于氣候炎熱干燥，混凝土的表面水分蒸發(fā)加快，極易造成收縮裂紋，所以要及時一邊覆蓋一邊抹平。對于實際施工操作中形成的腳印壓痕也要及時覆蓋抹平，避免造成二次收縮裂紋。

3.3.5承臺混凝土保濕保溫

在承臺內(nèi)部降溫水管通水的同時，在承臺外部覆蓋一層保溫材料，混凝土在潮濕條件下，水泥的水化作用可以更加順利地進行，從而提高混凝土的極限拉伸應(yīng)力。

4　結(jié)束語

當下，在我國的工程建設(shè)中，大體積混凝土取得的應(yīng)用范圍越來越廣泛。也在各方面取得了不少的經(jīng)濟社會效益。久而久之，大體積混凝土的發(fā)展前景極為廣闊。對其進行施工技術(shù)的優(yōu)化探究也是重要而必要的課題之一。

[1]韓西寧.橋梁承臺大體積混凝土施工溫控技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（23）：21～45.

[2]馬家安.淺析高速鐵路橋梁承臺大體積混凝土施工控制[J].建筑·建材·裝飾，2014（19）：5～6.

[3]康東方.鐵路橋梁承臺大體積混凝土澆筑施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].建材與裝飾，2014（4）：158～159.

[4]丁啟勝.淺談大體積承臺混凝土施工溫度控制[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（10）：53～61.

U445.57

A

1673-0038（2015）13-0164-02

2015-3-17

郭喜剛（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事高鐵施工技術(shù)工作。