大体积混凝土施工技术

大体积混凝土施工技术

一、前言

客运专线高性能混凝土施工对混凝土的内外温差要求较高，即混凝土内部温度和表面温差不大于15度，表面温度和环境温度不大于15度，特别是在大体积混凝土施工中，混凝土因水化热反应，其内部气温较高，内外温差较大，如何更好的控制混凝土的内外温差在15度范围之内，这就成为我们施工一个必需研究的课题，下面就针对我分部内承台的施工浅谈一下冷却管在大体积承台中的应用。

二、施工目的

由于混凝土体积大，内部聚集大量的水化热，中心温度大大高于周边，又因结构尺寸差异以及外部环境的变化，造成混凝土内外部散热不均匀。由于受到自身结构内外约束的，混凝土内部将产生较大的温度应力，导致表面裂纹甚至内部出现开裂通缝，为结构埋下了严重的质量隐患。因此，大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键。

温控的目的在于避免水化热的早期集中释放，削减混凝土的温度峰值，减少温度梯度，避免混凝土产生早期的危害性收缩裂缝。

本方案通过对大体积混凝土施工过程中涉及到的混凝土配合比设计、浇注方法、养护降温以及裂缝处理等环节进行分析，力求达到高效控温，减少裂缝的目的。

三、工程概况

我分部属杭州至长沙铁路客运专线浙江段7标项目部的第三分部，

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杭长客运专线浙江段7标 大体积混凝土施工方案

起讫桩号为DK271+305~DK282+946.755，全长11.km，基中大体积砼承台290个，承台砼均采用C35砼，承台砼方量为96~411.7m3；连续梁桥墩13个，墩身砼方量为338.4~1261.3m3；墩高大于20m的变坡桥墩18个，墩身砼方量为2.7~292.2m3。

四、完善构造设计，改善约束条件 （一）、施工工艺 1、合理分层浇筑

主桥承台施工采取布料机配合、一次性浇筑方案，墩身和墩帽分别采用整体钢模、一次性浇筑混凝土方案。当大体积混凝土结构尺寸过大，整体一次性浇筑会产生较大温度应力，并导致裂缝时，因此，采用合理的分层浇筑方案，可直接降低收缩应力，避免主桥承台和墩身、引桥承台和墩身开裂。

2、避免应力集中

由于温度变化及混凝土的收缩变形，在断面突变位置、转角部位等应力集中区域是易于开裂的地方。因此，现场施工时可在承台和墩身断面突变处作过渡处理，并在转角部位和过渡区设置构造抗裂钢筋。

3、改善外约束条件

大体积混凝土出现贯穿裂缝的主要原因是结构在降温至稳定温度场的过程中，其收缩变形受到基础约束而产生的拉应力。因此，在设计过程中，在满足结构使用要求的前提下，因充分考虑基础的约束情况，特别是岩石等强度较高的地基的约束。

（二）、优化施工配合比，合理选择原材料

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1、掺加外加料，降低水泥用量

水泥在水化过程中将释放大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。而大体积混凝土结构体积庞大，所用水泥总量较大，在断面尺寸较大的情况下散热较慢、内部热量不断积聚导致温升过高。

混凝土结构在浇筑完成后，若与周围环境之间无任何散热和热量吸收，水泥的水化热量将全部转化成温升后混凝土的温度值（绝热温升）。混凝土的绝热温升值与单方水泥用量呈线性关系。因此，在大体积混凝土的配合比设计中，不能采用单纯增加水泥用量的方法满足其施工性能和设计要求，这样不仅会增加水泥用量，增大混凝土的收缩，而且会使水化热升高，更容易引起裂缝。

工程实践中，通过优化混凝土的配合比设计，掺加适量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化热温升，使大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。

2、充分利用混凝土的后期强度

大体积混凝土结构的施工通常都需要经历一段很长的时间，而混凝土后期（28d以后）强度不断增长的特性，为采用后期强度作为设计强度提供了空间。根据后期强度进行混凝土配合比的设计，在满足混凝土强度和耐久性的要求下，可有效降度水泥用量，降低水化热温升。

3、合理选择水泥品种

混凝土的绝热温升值与水泥累计最终放热量呈线性关系。因此，选用中热或低热水泥品种，是控制混凝土水化热温升的主要办法。

对于大体积混凝土来说，一般应该优先采用水化热低的矿渣、火山

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灰水泥和粉煤灰水泥。同时，体积安定性不良的水泥会使混凝土结构产生裂缝，应该做为废品处理，决定不能用于大体积混凝土工程施工。凡是出厂的水泥必须用煮沸法检验其安定性，在水泥熟料中，游离的MgO含量不能超过5%，水泥中的SO3不能超过3.5%。

4、骨料选择 （1）粗集料

为了减少大体积混凝土收缩变形，粗集料优先选用5～40㎜石子，含泥量小于1%，针、片状含量小于15%（重量比）。

粗集料的良好级配，是保证混凝土的和易性，优化配合比各项性能指标的必要条件，因此，墩台大体积混凝土应使用级配良好的粗集料。

（2）细集料

为了减少大体积混凝土收缩变形，细集料的含泥量应小于2%，泥块含量（颗粒大于1.25㎜，经水洗碾后，可破碎成小于0.63㎜的颗粒）按重量计小于0.5%，其石粉含量应控制在1%以内。

墩台大体积混凝土用细集料宜使用级配良好的Ⅱ区中砂，细度模数2.3～3.0，以保证混凝土的良好和易性、优化混凝土配合比的各项性能指标。

5、采用特种混凝土

大体积混凝土开裂的直接原因是其收缩变形在受到约束的条件下产生过大的拉应力。因此，在约束条件一定的情况下，为补偿或部分抵消这种收缩变形，很多工程采用了补偿收缩混凝土，使其在约束条件下产生预压应力或产生膨胀变形。

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另一方面，为直接提高混凝土的抗裂性能，很多工程也采用了纤维混凝土，或在应力集中部位进行局部加强——如增设抗裂钢丝网等，以提高混凝土的抗裂性能。

（三）、优化施工工艺，加强施工管理 1、控制混凝土浇筑温度

混凝土的内部温度是水化热的绝热温升、浇筑温度和结构的散热温度等各种温度的叠加；浇筑温度越高，混凝土的内部温度值也越高。因此，施工过程中应该严格控制混凝土的浇筑温度。特别是在承台和墩身冬季施工时要保证混凝土的出机温度不小于10°C，入模温度不低于5°C。

2、优化施工工艺

当混凝土倾落高度超过2m时，应通过串筒或溜槽等设施下落。混凝土浇筑采用水平分层，由一端向另一端浇筑，每层厚度不超过30cm，上层混凝土的浇筑应在下层混凝土初凝前进行。混凝土振捣采用50型或70型的插入式振捣棒。振捣时，振捣棒垂直插入，快入慢出，插点均匀，成行交错式前进，插点距离为其作用半径的1.5倍，插入深度应进入下层混凝土5~10cm。振捣棒应避免碰撞模板、钢筋。混凝土随灌随振捣，避免漏振、欠振或过振，每一振点的振捣延续时间为60秒左右，每一振捣部位达到混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面平坦泛浆后才徐徐提出振动棒。

合理安排施工工序，遵循“同时浇捣、分层推进、 一次到位、循序渐进”的成熟工艺，薄层浇捣，均匀上升，以利于散热。

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大体积混凝土浇筑时应尽量扩大浇筑工作面 ,分层浇捣 ,逐步推进。要严格控制振捣的时间及插入深度 ,防止振捣过程中出现漏振。

大体积混凝土的浇注方法分为全面分层、分段分层、斜面分层的浇注方案（见图1所示），根据本工程实际特点，将采用分段分层的浇注方案。

图1a全面分层：在第一层混凝土全部浇筑完毕后 ,再回头浇筑第二层。此时应使第一层混凝土还未初凝 ,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。适用于结构的平面尺寸不太大的情况 ,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。必要时可分成两段 ,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

图 1b斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣

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实，下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进 ,震动器也相应跟上。

图1 c分段分层：混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层 ,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依 次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

（四）、采取降热、保温措施 1、保温措施

大体积混凝土所产生的裂缝，绝大多数是表面裂缝，但是其中有一部分会发展成为深层或贯穿裂缝，影响结构的整体性和耐久性。

引起表面裂缝的主要原因是混凝土的收缩和温度应力，而引起表面拉应力的温度因素有：气温变化、水化热和初始温差。气温变化影响的类型主要分为三种：寒潮、年变化及日变化。寒潮形成的“冷击”通常是导致表面裂缝的重要原因，而季节温差（冬季降温）也是引起表面裂缝甚至深层裂缝的重要原因，虽然气温日变化的周期较短、影响较小，但是在某些特殊的天气条件下，也会导致大体积混凝土表面开裂。

另外需要按照粉煤灰混凝土技术规范要求，粉煤灰混凝土暴露面的潮湿养护时间不得少于14d，干燥或者炎热气候条件下，潮湿养护时间不少于21d。

在大体积混凝土施工温度控制中，必须充分考虑寒潮、气温年变化及气温日变化的影响；计算其温度应力，并结合内外温差控制要求，在

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承台及墩身施工及养生过程中采取高空搭设暖棚、煤炉加热的保温措施。

同时，拆模后应该及时回填土，这是控制早期、中期开裂的有利因素。因为土是混凝土保温、保湿最佳的养护介质。

五、冷却管安装

为降低混凝土内部水化热温度，调节承台混凝土内表温差，现采取在承台混凝土体内设冷却管通水降温措施。

1、冷却管采用壁厚2mm，直径φ30mm的薄壁钢管，其接口采用90度弯管钢管接口，按口安装时应设置防水胶带，确保接头不漏水。

2、冷却水管网按照冷却水由热中心区流向边缘区的原则分层分区布置，进水管口设在靠近混凝土中心处，出水口设在混凝土边缘区，每层水管网的进、出水口进行相互错开（如图）。

3、承台厚为2.0~3.0m，布管时沿承台竖向布置水管一层，水管网沿竖向设置在承台，水管间距为1m，最外层水管距离混凝土最近边1m，（当承台尺寸较厚时，采用多层水管时，每层水管的垂直进出口进行相互错开1.5m），进、出口引出承台混凝土面1m以上，出水口设置有调节流量的水阀和测流量设备，冷却水管接头采用软管接头。

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4、布管时，水管要与承台主筋错开，当局部管段错开有困难时，适当移动水管的位置。

5、水管网设置架立钢筋，并将水管于架立钢筋绑扎牢靠，防止混凝土浇筑过程中，水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。

6、水管网安装完成后，将进、出水管口与进出水总管、水泵接通，进行通水试验，以确保水管畅通且不漏水。

7、冷却水池利用承台旁边现有的蓄水池，蓄水量可以满足正常通水，以及冷热水循环降温的需要。同时准备多台水泵，满足冷却水的进出流量要求。

8、混凝土浇注过程中，待冷却管被混凝土埋没后立即开始通水，及时排出混凝土内部产生的水化热。

9、使用水泵抽水，保证冷却管进水口有足够的压力和流量，循环冷却水的流量控制在1.2~1.5 m3/h，进、出水的温差不大于5~10℃，混凝土内部降温速度不应超过0.5~1.0℃/h。

10、承台自浇注完成后的15d内，不间断循环水冷却，直到混凝

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土处于降温阶段，当砼中心温度与表面的温差小于20℃时，即冷却管出口的水温与气温之差小于5oC时，方才停止通水。

11、混凝土浇注完成后，以及模板拆除后，均应立即在外露混凝土表面覆盖土工布，并加设草袋，防止承台表面水分蒸发，保证混凝土表面的湿度，延缓混凝土表面的降温速率，有效防止风干裂缝的出现。养生用水要用干净的饮用水，养护时间不少于7d。

12、也可采用积水养护的方法，在混凝土表面上用砖砌成浅水池 ,蓄水深度约20cm，起到养护和降温的双重作用。

13、当混凝土表面温度与大气之间的温差小于20℃时，方可拆除土工布覆盖，停止养生。

六、测温管埋设

为了准确测量、监控混凝土内部的温度，指导混凝土的养护，确保大体积混凝土的施工质量，在承台混凝土内合理布设温度测量装置，此装置采用埋设测温钢筋方法进行测温，测温管采用壁厚2mm，直径φ30mm的薄壁钢管，测温管在全断面内按间距3～6m设置，测温管埋设时贯通承台全高，上口露出承台顶面0.2m左右，上口不封闭，下口封闭，管内不能充水。

测温管布置时不能接触冷却水管，并将测温管的上下部位均固定与承台的上下层钢筋网上，确保测温管位置的准确性。安装完毕后，要对测温管进行编号，以便测温监控记录。

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七、测温监控

混凝土浇筑完毕后即开始抹面收浆，控制表面收缩裂纹，减少水份蒸发，混凝土终凝后即开始覆盖养护，一般混凝土浇筑完毕后的12h内应覆盖并保温养护，即在承台四周及表面覆盖两层草袋、两层尼龙薄膜，草袋上下错开、互相搭接，使敞露的全部表面覆盖严密，形成良好的保温层，并应保持尼龙薄膜内有凝结水。

1、通水冷却：当砼浇筑高度超过冷却管并振捣密实后，即可进行通水，一般地，冷确却水的流量控制在1.2～1.5m3 / h，使进、出口水的温差不大于6度，进出口的水桶可连在一起，形成一个循环。

2、测温监控、指导养护

a、自承台混凝土覆盖测温点开始测温，直至混凝土内部温度与大气环境平均温度之差小于20度以下时止。

b、1～3天每2小时测一次，4～7天每4小时测一次，8～14天每8小时测一次，同时测好大气温度，并做好记录。

c、每个测温管内沿高度每50～100cm设置一个测温点，每个测

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温管内距承台顶面、底面各设测温点一个。即每个测温管在0m、1m、2m、2.5m位置各设置一个测温点，用温度计沿测温管壁放入到规定的深度，待读数稳定后，快速提出温度计，立即读数，根据观测结果确定冷却水管通水量、通水时间和蓄热养护时间等，以降低混凝土内外温差。

d、当混凝土内部温度和表面温度差过大时，要及时调节通水流量和水的温度，降低承台内部温度，并且通过改变承台表层养生手段混凝土表面温度。

3、承台测温情况

承台砼入模温度为15℃～20℃，1.5d后中心温度最高达30℃，温升达15℃，3d后中心温度达50℃～55℃，温升20℃～25℃，经过10～12d降温阶段后，中心温度基本稳定。承台中心与侧面中心温度的最大温差为10℃，承台表面的与环境的最大温差为15℃左右，因此，在养护阶段必须做好承台表面的保温措施，延缓承台表面的降温速度，减小温差。

八、冷却水管压浆

承台混凝土养生14天后，即可停止测温，对承台内预埋的冷却水管及测温钢管进行压浆处理。

管道压浆采用与预应力相同的压浆工艺，压浆泵采用连续式，同一管道压浆应连续进行，一次完成，压浆前用空压机吹管清除管内杂物及积水，并在冷却管的进出口设置压浆阀。水泥浆拌制均匀后，须经2.5mm×2.5mm的滤过滤方可压入管道。管道出浆口出浆浓度一致后，方可关闭出口阀保压，在0.5～0.6Mpa的压力下下保持2min ,以确保

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压入管道的浆体的饱满密实，其压浆的最大压力不能超过0.6Mpa。

管道压浆采用强度等级不低于42.5级低碱硅酸盐水泥，掺入的粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂等外加剂的含量按验标规定执行，水泥浆的水胶比不能超过0.3,且不得泌水，流动度应为30～50s，水泥浆搞压强度不得小于同级混凝土强度，压入管道的水泥浆应饱满密实，体积收缩率应小于1%。

九、温度裂缝的治理

对表面裂缝，可以采用涂两遍环氧胶泥或贴环氧玻璃布，以及抹、喷水泥砂浆等方法进行表面封闭处理，对整体性防水、防渗要求的结构，缝宽大于0.1mm的深进或贯穿性裂缝，应根据裂缝可灌程度，采用灌水泥浆或化学浆液（环氧、甲凝或丙凝浆液）方法进行裂缝修补，或者灌浆与表面封闭同时采用。宽度不大于0.1mm的裂缝，由于后期水泥生成氢氧化钙、硫酸铝钙等类物资，炭化作用能使裂缝自行愈合，可不处理或只进行表面即可。

十、总结

通过对测温数据的分析可知，利用冷却管可使大体积砼体内的温度降低3~4摄氏度。大体积混土施工时，还应采用低水化热水泥，并采用“双掺技术”（即加粉煤灰和外加剂），降低混凝土的入模温度等措施，以改善混凝土的性能，减小混凝土的水化热。在测温过程中及时做好记录，确保承台混凝土内部温度和表面温度差小于15度，且混凝土表面温度和环境温度差小于15度，以满足客运专线施工《验标》的要求。

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