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摘 要：通过海河特大桥深基坑大体积混凝土承台施工，我们发现大体积混凝土施工过程比较容易引起质量与安全问题，尤其是冬季施工更增加了施工的难度，施工质量得不到很好的保障。所以，我们必须从各个方面进行质量监控，保证大体积混凝土承台的施工质量。本文主要就大体积混凝土冬季施工技术进行了分析研究。

关键词：深基坑；大体积；混凝土承台；冬季施工；施工控制

一、引言

大体积混凝土施工质量是整个工程施工的关键所在，大体积混凝土施工质量得不到保障，工程施工中的安全与质量隐患将会增多，尤其是在冬季，气温原因已经给施工带来了一定的挑战，如果大体积混凝土施工质量得不到保证，无疑将会严重影响到整个施工的质量与安全问题。本文以海河特大桥为例，介绍了主桥深基坑大体积混凝土承台施工的成功经验。

海河特大桥是天津滨海新区西外环高速公路工程11标的跨海河特大桥，主桥采用〈95m+140m+95m〉钢桁架连续梁跨海河主河槽，1#、2#墩为海河特大桥跨海河主河槽中墩，中墩为桩接承台接墩柱的形式，墩柱及承台均分为左右两幅。每个墩位采用钻孔灌注桩基础48根，桩长70m。

承台顶面高程-7.00m，底面标高-11.00m，承台高400cm，单幅承台尺寸为2285cm×1450cm×400cm。主桥1#墩钢板桩围堰施工完毕后，承台需要在冬季进行施工，为了保证深基坑大体积混凝土承台的施工质量，对混凝土的冬季施工从各个环节进行严格控制。

二、混凝土搅拌站控制措施

本工程采用商品砼，所用砼的原材料的质量、配合比设计、搅拌时的上料计量和控制、出机温度和运输过程的保温以及保证砼的入模温度等问题，都已与商品砼搅拌站提前提出要求，并签订协议，我项目部派试验员到搅拌站进行监控。

1、冬季施工配合比的选用

冬季施工前委托天津市二十九站对混凝土配合比进行重新选定，正式进行冬季施工前对冬季施工配合比进行施配验证，合格后方可进行混凝土拌和施工。

2、外加剂的选用

根据C35混凝土冬季施工配合比选用的外加剂采用棚内保温存放。为了不使水化热过早损失，采取先进骨料及水的方法，搅拌均匀后，再加入水泥进行拌和，严禁将水泥与80℃以上的水直接接触，骨料中不得有冰雪和冻块，搅拌时间应较常温时延长50%左右。

3、拌和用水

搅拌站蓄水池用保温材料覆盖并密封，热水采用1T蒸汽锅炉蒸汽加热，环境温度-5℃以上时，加热温度控制在60℃以内，当环境温度低于-10℃，可将水加热到80℃，但此时混凝土搅拌时应将水和砂石料搅拌均匀后方可投入水泥，避免水泥和热水直接接触。

根据冬施配合比每立方混凝土大概用热水160Kg，按每小时拌合100 m³计算，每小时热水供应量为16m³。为了保证施工用水供应正常，另设临时加热简易锅炉， 每小时热水量不小于16m³，锅炉用3mm 厚钢板焊接而成，顶部预留进水口，下部安装出水口。将简易锅炉支垫离地面 60cm 左右，四周留置加煤口，生火使水温高于 80°C。

4、砂石料

在冬季施工来临前，备足冬季施工所需的砂石料，砂石料需遮盖，四周设置排水沟，防止雪水溶化后，侵入砂石堆料中，因气温低使砂石料凝结成块。

砂石料进场后要定期进行翻晒，将里面水分晒干，以防止冬季温度过低将砂石料冻结成块。砂石料采取覆盖措施，防雨雪、防污染，确保使用时砂石料中没有冻块

5、搅拌站

用保温材料对搅拌站进行封闭，棚内利用热风机配合暖气进行保温，棚内温度控制在10℃左右。技术人员每小时测量并记录温度一次。混凝土拌和机开机之前应先用热水冲洗拌和机，达到预热效果。拌合时采用二次投料，二次搅拌方法（即先集料和水搅拌，再加入水泥和外加剂搅拌）。

6、其他控制措施

①砂石料在不同部位放置不少于3个温度计，工地试验室，拌和站技术人员在施工期间每小时对保温棚温度、砂石料温度、水温度、混凝土拌和物温度测量一次，确保混凝土出料温度符合要求。

②试验人员每次根据采用蒸气保温后砂石料的含水量调整施工配合比。

③为确保冬季施工混凝土的和易性和流动性，混凝土搅拌时间应不小于2.5min，但不宜大于3min。

④为提高混凝土的早期强度，混凝土坍落度控制在14cm～18cm范围内，并掺配高效减水剂。

三、大体积承台混凝土浇筑控制措施

1、取暖设备布置

①利用1#墩钢板桩围堰设置暖棚一个，暖棚由中间的格构柱作为支撑柱，支撑柱上采用30H型钢做一道纵梁，在纵梁和围堰第一道围囹上架设30Ⅰ型钢作为横梁，横梁间距按间距2m布置，横梁上覆盖保温苫布，共同组成1#墩位的暖棚。暖棚的结构形式如下页图。

图1暖棚结构平面示意图

图2暖棚结构立面示意图

图3暖棚结构横断面示意图

为了尽量减少吊装过程中的碰撞事故发生，考虑到承台钢筋数量比较多且长度比较大，因此暖棚在承台钢筋绑扎完毕后搭设。搭设暖棚时，在暖棚顶预留6个4×7m天窗（设置6道30Ⅰ型钢横梁为活动横梁），以便钢筋、模板等物资的吊装以及混凝土的浇筑。

暖棚里在浇筑承台混凝土前，根据暖棚内实测温度，调整暖风机数量，实测暖棚内两天温度，温度不低于10℃时才能浇筑混凝土。坚持随浇筑随养护的原则，暖棚内温度不得低于10℃。

②在混凝土浇筑前应保证暖棚内温度达到10℃以上才能进行混凝土的浇筑。在浇筑前布置6台15KW暖风机（备用2台）以防止在温度达不到要求时采取必要的措施。

15KW暖风机图

③暖棚供热计算：

计算公式：Q=3.6MKΔTV

Q：暖棚每小时耗热量，单位KJ/h

M：表面系数，既冷却面与外部量度暖棚的体积之比，单位m-1

K：篷布的传热系数K=5W/m2·h

ΔT：暖棚内外温度差，单位℃

V：暖棚的体积，单位m3

根据施工现场暖棚搭设方案，并考虑混凝土散热，计算暖棚供热

1#墩暖棚宽15.7m，长47.4m，高13.0m，按室外-10℃，暖棚内10℃计算。

M=暖棚的表面积/暖棚的体积

=0.0899m-1

Q=3.6MKΔTV

=3.6×0.0899×5.0×20×9674

=313089KJ/h

经测算：每台15KW的暖风机每小时可提供54000KJ的热量

则布置6台暖风机。

2、大体积混凝土承台浇注

混凝土浇筑前，采用温水清理模板内杂物，对模板、钢筋、进行预热，表面温度在5℃以上。混凝土灌注应分层分段进行，混凝土表面应根据混凝土灌注顺序及时进行覆盖。

已浇筑层的混凝土在未被上一层混凝土覆盖前不应低于2℃，混凝土温度控制由质检工程师和试验室共同分工负责。

制作与结构同条件养护的试件，用以检验受冻前强度及转入正常温度养护28天强度。

四、混凝土养护及温度测定

1、混凝土养生

①承台混凝土采用暖风机（备用200KW发电机）加热进行养护和冷却管循环水进行养护；

②当混凝土强度大于40%设计强度后，方可停止供热保暖，但暖棚内降温应满足《冬季施工规范》的要求，即降温速度每小时不大于10℃。

③混凝土拆模时，环境温度与梁体温度差应小于15℃。当小于15℃时，拆除模板后立即在混凝土表面覆盖塑料布，进行保温养护。

2、温度测试

混凝土冬季施工过程中，由试验室（负责搅拌站、混凝土）和质检工程师（负责现场温度控制）按时测量水、骨料，混凝土出罐、入模测量四周的温度以及混凝土温度变化情况，尤其注意混凝土养生期的温度观测：

①测温仪器：外界气温和棚内气温均采用自动温度计记录仪观测，混凝土出罐、入模温度采用旁通温度计测试，结构内各观测点温度采用电阻测温仪或热电偶测温仪。

②观测点设置：在浇筑后的混凝土上设测温孔，承台测温孔位置按每6m 左右在承台顶面及侧面各两个。各部位温度应接近，避免各部位间温度过大。

③测温时间

暖棚内各观测点，自混凝土浇筑完毕时间算起，每隔2小时测一次温度，外界气温在每天7时、12时、16时和24时4个时间进行记录。

④具体做法

A、对测温孔进行编号，并编制测温孔布置图以备查。

B、测温时，温度计与外界气温隔离，避免冷空气影响，温度计在孔内停留时间在3min以上。

C、设专人负责测温工作，当发现温度发生异常变化时，立即向有关人员汇报，以便及时采取措施。

五、大体积混凝土冬季施工温度计算

承台混凝土采用C35混凝土，混凝土采用商品混凝土，提前按照冬季施工配合比配制混凝土。混凝土施工配合比按照水泥：砂：碎石：水=278：737：1106：160。选用水温度加热为80℃，水泥温度5℃、砂石料温度分别、3℃、3℃，砂子含水量4%，石子1%。

1、计算混凝土拌和物温度

根据《公路桥涵施工技术规范》附录J冬期施工热工计算：To=[0.9*（Wc*Tc+Ws*Ts+Wg*Tg）+4.2*Tw*（Ww-Ps*Ws-PgWg）+c1*（Ps*Ws*Ts+Pg*Wg*Tg）-c2*（Ps*Ws+Pg*Wg）]/[4.2Ww+0.9*（Wc+Ws+Wg）]

式中：To ——混凝土拌和物的温度（℃）

Ww、Wc、Ws、Wg ——水、水泥、砂、石的用量（Kg）

Tw、Tc、Ts、Tg ——水、水泥、砂、石的温度（℃）

Ps、Pg ——砂、石的含水率（%）

c1、c2 ——水的比热容（kJ/kg*K）及溶解热（kJ/kg）

当骨料温度﹥0℃时，c1=4.2，c2=0；

当骨料温度≤0℃时，c1=2.1，c2=335。

把水泥、砂、石、水的用量和温度及砂、石含水率代入上式可以得出：

To=18.16℃。

2、计算混凝土拌和物出机温度

混凝土拌和物的出机温度按《公路桥涵施工技术规范》附录J中J-2公式计算。公式J-2：

T1=To-0.16*（To-Tb）

式中：T1 ——混凝土拌和物的出机温度（℃）

Tb ——搅拌机棚内温度（℃）

搅拌棚内温度Tb取用5℃，根据上面公式可以计算出混凝土拌和物的出机温度为：T1=16.85℃。

3、计算混凝土拌和物入模温度

混凝土拌和物入模温度按《公路桥涵施工技术规范》附录J中J-3公式计算。

公式J-3：

T2=T1-（α*t+0.032n）（T1-Ta）

式中：T2 ——混凝土拌和物经运输至成型完成时的温度（℃）

t ——混凝土自运输至浇筑成型完成的时间（h）

n ——混凝土转运次数

Ta ——运输时的环境气温（℃）

α ——温度损失系数（hm-1），当用混凝土搅拌车运输时，α=0.25

混凝土自运输至浇筑成型完成的时间t取用1小时，混凝土转运次数n取1，运输时的环境气温Ta取用5℃，温度损失系数α取用0.25。根据上式可以计算出：

C35混凝土的入模温度为：T2=13.51℃。

根据计算，得出砼出机温度T1=16.85℃>15℃，入模温度T2=13.51℃>10℃，均能满足规范要求。

4、计算混凝土各龄期的收缩变形和收缩当量温差

①混凝土的绝热温升

式中：T（t）--混凝土龄期为t时的绝热温升（℃）

Q--每千克水泥水化热量Q（kJ/kg）

W--每立方混凝土的胶凝材料用量（kg/m3）

C--混凝土的比热，一般为0.92-1.0取0.96（KJ/kg·℃）

ρ--混凝土的重力密度，2400-2500取2400（kg/m3）

m---与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，0.3-0.5取0.4（d-1）

t---混凝土龄期（d）

正常取值t=∝

则Tmax=52.14

T3=30.94

T7=45.75

T14=51.36

T21=52.04

②混凝土收缩变形

混凝土收缩变形不同条件影响修正系数

M1M2M3M4M5M6

1.01.00.851.01.01.25

M7M8M9M10M11则M积

1.251.431.30.861.012.14456

εy（t）=3.24*（1-POWER（2.718，-0.01*t））*H96/10000

εy（3）=2.05335E-05

εy（7）=4.69706E-05

εy（14）=9.0766E-05

εy（21）=0.000131601

③收缩当量温差

α--混凝土的线膨胀系数，取1.0*10-5

Ty（3）=2.053

Ty（7）=4.697

Ty（14）=9.077

Ty（21）=13.160

④混凝土最大综合温差绝对值

△T（t）=T0+T（t）*0.666+Ty（t）-Tq

△t—混凝土最大综合温差绝对值

T0—混凝土浇筑入模温度，取℃ 13.51

Tq—外部环境温度，因现场养护时间约20d，取℃10

则△T（3）=26.169

△T（7）=38.679

△T（14）=46.791

△T（21）=51.332

根据计算，混凝土各龄期绝对温差较大，承台大体积混凝土需要布置冷却管。

六、结语

海河特大桥1#墩深基坑大体积混凝土承台采用冬季施工，我们从混凝土拌合站、现场浇筑、混凝土养护、混凝土内外温差监控等各个方面进行质量监控，保证了大体积混凝土承台冬季施工的质量。可供同类型工程参考。

参考文献

1、《混凝土结构施工及验收规范》（GB50204-2002）；

2、《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）；

3、《公路桥涵施工技术规范》[JTJ041—2011]；

4、《公路工程质量检验评定标准》[JTG F80/1—2004]；