铁路桥梁大体积混凝土施工技术浅析

铁路桥梁大体积混凝土施工技术浅析

王盛玉

中铁四局集团第三建设有限公司

摘要：随着我国经济建设的不断发展，我国施工技术也在不断提升，铁路建设日益完善，建造规模也在不断提高，桥梁的高墩、大承台也屡见不鲜，大体积混凝土的运用是越来越多，但是大体积混凝土在施工过程中也会因技术的原因和外部环境的原因存在很多问题，在大体积混凝土施工过程中，大体积混凝土内部由于温度应力的作用，如果施工不规范不科学，没有合理的施工规划，就会在混凝土凝固后产生有害的裂缝。很多铁路桥梁的主要施工材料就是钢筋混凝土，所以混凝土的质量直接决定整体工程的质量。本文主要以唐山唐曹铁路小集物流有限公司铁路专用线工程为例，针对铁路桥梁大体积混凝土施工技术开展论述，分析了大体积混凝土施工技术中的温控方法和相关的施工工艺，旨在为同类工程提供参考。

关键词：大体积混凝土；铁路工程；温度控制

引言

在铁路桥梁工程建设施工中大体积混凝土施工是施工过程中的重要组成部分。从唐山唐曹铁路小集物流有限公司铁路专用线跨唐曹高速特大桥桥梁建设的施工角度出发，依托工程实际情况，重点研究了大体积混凝土施工技术在施工中的应用情况，分析总结了大体积混凝土施工质量控制的控温技术。

1工程概述

唐山唐曹铁路小集物流有限公司铁路专用线工程，位于唐山市丰南区，重点工程跨唐曹高速特大桥2#、3#为1-80m简支拱主墩，主墩承台结构尺寸为14.6×10.1×3m，主墩2#墩身尺寸为10.5×5.5×9.5m，3#墩身尺寸为10.5×5.5×10.5m，2#、3#承台及墩身均属于大体积混凝土。施工中主要是保证混凝土结构能够在施工过程中不产生裂缝等病害，难点是如何保证混土从浇筑到凝固过程中个内外温差的控制，通过控制混凝土结构表里温差来操控温度应力，使大体积承台及墩身避免出现混凝土裂缝。

2本工程大体积混凝土结构应力计算

本工程承台、墩身均采用C45混凝土浇筑，C45混凝土每立方配合比为：P.O425水泥306kg，粉煤灰131kg，砂684kg，碎石1116kg，水153kg，减水剂4.37kg，引气剂0.87kg。

假设大气温度为32℃，混凝土入模温度为25℃。

2.1混凝土绝热温升计算：

式中：T（t）---在t龄期时混凝土的绝热温升(℃)；

Q---胶凝材料水化热量（kJ/kg），按《大体积混凝土施工规范》得，其计算方式为Q=kQ₀；

Q0---水泥水化热量（kJ/kg），k为不同掺量掺合料的调整系数，根据承台配合比，按照10%掺量取掺合料的调整系数k=k1+k2-1=0.96+1-1=0.96；

则Q=0.96×4/（7/280-3/250）=295.39kJ/kg（通用硅酸盐水泥，3d水化热不宜大于250kJ/kg，7d水化热不宜大于280kJ/kg）

W---每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg/m³），据配合比得W=437 kg/m³；

C---混凝土比热，一般为0.92～1.0kJ/（kg·℃），一般取0.96 kJ/（kg·℃）；

ρ---混凝土的质量密度，根据配合比得ρ=2400kg/m³；

m---为经验系数取0.4；

t---混凝土的龄期（d）取7d；

e---常数，为2.718；

T（t）=WQ/Cp×（1-e-mt）=437×295.39/（0.96×2400）×（1-2.718-2.8）=52.62℃

2.2混凝土弹性模量值

7d混凝土弹性模量计算式：

式中 E(t)— 混凝土龄期为t时，混凝土的弹性模量（N/mm2）；

E0— 混凝土的最终弹性模量（N/mm2），一般近似取标准条件下养护28d的弹性模量，查表可得，C45混凝土28d的E0 =3.35×104N/mm2；

β—掺合料修正系数，该系数取值应现场实验数据为准，在施工准备阶段和现场无试验数据时，可参考下述方法计算β=β1·β2；其中β1为粉煤灰掺量对应系数，β2为矿粉掺量对应系数，则β=0.99；

ψ—系数，应根据所用混凝土试验确定，当无试验数据时，可近似地取ψ=0.09。

E（t）=0.99×3.35×104×（1-2.718-0.63）=1.55×10000

2.3混凝土的温度收缩应力值计算

△T — 混凝土的最大综合温差（℃），其计算方法为：

T0 — 混凝土的入模温度（℃），现取T₀ =25℃；

Th — 混凝土浇注后达到稳定时的温度（℃），一般根据历年气象资料取当年平均气温（℃），现取Th =20℃；

T(t)— 浇筑完t时间后的混凝土的绝热温升值（36.85℃）；

Ty(t)— 混凝土的收缩当量温差（5℃）；

△T=25+2/3×52.62+5-20=45.1℃

经过以上验算，若不进行保温养护，理论计算温差为45.1℃时，将会产生裂缝，控制温差在45.1℃以下时，可确保不产生温度裂缝。

3大体积混凝土施工温控指标

（1）混凝土的入模温度（振捣后50mm-100mm深处的温度）不宜高于28℃。

（2）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不大于50℃。

（3）混凝土浇筑体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃。

（4）混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2℃/d。

（5）混凝土浇筑体表面与大气温差小于20℃时方可拆除保温覆盖。

4铁路桥梁工程大体积混凝土施工技术

4.1大体积混凝土施工技术准备

施工现场保证三通一平，便于材料进场和场地具体良好的施工条件。为确保工程按期、保质、保量地完成，同时必须认真做好材料的检验工作,对进场的钢筋、混凝土质量进行自检、专检，检查合格且满足规范要求的才能使用。对图纸进行认真审核，做好复测与测量工作，组织技术管理人员及施工人员进行现场勘察，确定先进合理、经济可行的施工方法和技术措施。

4.2大体积混凝土施工管控方案

大体积混凝土在施工中所要解决的主要问题是防止裂缝的产生。而大体积混凝土在硬化期间泥水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用而产生的温度应力和收缩应力是导致钢筋混凝土结构出现裂缝的主要原因。所以为确保大体积混凝土施工质量，在施工前要从设计、施工的各个环节来采取技术措施，针对引起裂缝的原因，妥善处理温度差值，控制变形裂缝的开展。

跨唐曹高速特大桥2#、3#承台、墩身实体结构的混凝土施工部分属于大体积混凝土施工范围。主体结构钢筋工程施工完毕后，安装模板，模板采用定型钢模；混凝土在拌合站集中拌合，经罐车运输至现场后，通过输送泵车或溜槽送至模板内，人工振捣密实整平抹面，混凝土初凝后进行养护，达到强度要求后拆模。

4.3大体积混凝土施工温控监测

（1）大体积混凝土施工测温范围：

①大气温度；

②水泥、水、砂子、石子等原材料温度；

③混凝土拌制棚内温度；

④混凝土出罐温度及入模温度；

⑤混凝土养护温度；

⑥混凝土施工作业环境温度；

⑦其他需测温的项目。

（2）大体积混凝土施工测温方法：

①大气温度，水泥、水、砂子、石子的温度以及工作环境温度可直接用温度计测定。

②混凝土出罐温度及混凝土入模温度的测定：混凝土灌注后，立即用电子测温计插入混凝土，仔细读数并记录测温表。

③测温时要注意混凝土浇筑体的表层、底层温度是以混凝土表面以内、底面以上50mm处的温度为准。

（3）温度测试元件的埋设方法：

本次设计温度传感器直接埋入混凝土内，传感器及传输导线应做好防护措施。

（4）混凝土块体温度监测点的布置：

①温控监测点选择承台平面互相垂直两条轴线布置。

②温控监测点选择墩身平面互相垂直两条轴线布置。

③每条轴线水平布置为中心布置一处，距离承台两个侧面50cm处布置一处，轴线1/4及3/4长度处布置一处。垂直布置三层为表层、中层、底层。

（5）测温频率：

①环境温度，每昼夜测量4次。

②混凝土入模温度，每台班测量不少于2次。

③混凝土养护期间表面温度，每昼夜4次。

④混凝土养护期间芯部温度，每昼夜4次。

4.4大体积混凝土冷却管技术

（1）承台冷却管布置两层，上下层竖向间距为1.0m；管水平间距为1.5m，冷却管距混凝土表面1.0m，每层为一独立的循环系统，均设进、出水口。

（2）墩身冷却管布置五层，上下层竖向间距为2.0m；管水平间距为1.5m，冷却管距混凝土表面1.0m，每层为一独立的循环系统，均设进、出水口。

（3）循环系统冷却水管采用内径φ40㎜，壁厚1.5mm的铁管作冷却水管。冷却管接头采取弯头连接方式，接头连接处要严密，不准漏水。连接完成后经过通水加压试验，对漏水的地方重新粘结严密才能进行下一步施工。冷却管采用U型钢筋支架固定牢固，间距不大于1m。

（4）设置冷却管的该层混凝土自浇注开始，冷却管内须立即通入冷水并连续通水，测温在混凝土浇筑完成2小时后开始，间隔4小时观测一次。随时掌握混凝土内部温度变化情况，以便养护工作。

（5）派专人测量混凝土温度，及时采取措施控制混凝土表面温度与内部温度的差值小于25℃以确保混凝土质量。

结语

在铁路桥梁工程施工中，大体积混凝土施工技术在桥梁整体质量管理具有重要作用，因此必须通过施工技术进行严格的控制，同时在实践和研究中吸取经验，提升大体积混凝土施工技术水平。

参考文献

[1] 姜欣.高速铁路桥梁施工质量管理与大体积混凝土控制[J]. 设备管理与维修, 2020, No.468(06):19-20.

[2] 周斌,侯晓晶.关于铁路桥梁大体积混凝土施工技术[J]. 农家参谋, 2020, No.664(16):240-240.