1. 引言
近年来，在拱座大体积结构混凝土的裂缝分析中，大体积混凝土开裂 [1] [2] [3] 的主要原因有水化热、外加剂使用不足、养护工作不到位等，影响到桥梁整体施工质量，对此需要采取有效防治措施。本文以温控标准为依据，结合实际工程，从大体积拱座混凝土控裂难点入手，制定具体温控方案来实现预期的温控目标。
2. 工程概况
找龙坝河特大桥为主跨225 m的上承式钢管混凝土拱，两岸拱座位于陡崖上，采用整体式钢筋混凝土结构。建始岸拱座尺寸：17 × 21.5 × 15.877 m，配4根直径2.4 m的基桩(距离拱座底5.8 m处有一溶洞)。恩施岸拱座尺寸：18 × 21.5 × 20.877 m，基底呈台阶状。拱座与拱脚结合处4.8 m范围内采用C40混凝土，其余部位及桩基础采用C30混凝土。基础施工完毕后即可采用对开挖面进行防护，防护面为横桥向以桥中心线为准20 m，采用挂网喷浆普通锚杆防护，喷射混凝土C20厚10 cm，锚杆间距1 m，因边坡为稳定性良好的硬质岩(坚石、次坚石)边坡，主锚杆采用Ф16钢筋，长度0.8 m；辅助锚杆采用Ф12钢筋，长度0.6 m。桥梁总体布置图如图1所示。
Figure 1. General layout of the bridge
图1. 桥梁总体布置图
3. 控裂重难点
1) 拱座混凝土方量大，混凝土绝热温升高；混凝土温升控制不当时，极易因内表温差产生较大温度应力而导致开裂；
2) 拱座施工期在7月~10月，属于高温期施工，浇筑温度控制难度大；
3) 拱座为基岩支护，后期容易于拱座与基岩交界面产生约束应力集中而开裂。
4. 标准温控
找龙坝河特大桥拱座混凝土温度控制原则主要有四个方面：
1) 控制混凝土浇筑温度；
2) 尽量降低混凝土的温升、延缓温峰出现时间；
3) 控制温峰过后混凝土的降温速率；
4) 降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面温度和气温之间的差值 [4]。
为确保大体积混凝的抗裂安全度，根据应力分布及各项影响因素综合计算分析，拱座混凝土的温控标准按下表1中的数值进行控制。
Table 1. Main index of temperature control standard for mass concrete of abutment
表1. 拱座大体积混凝土温控标准主要指标
5. 现场温控措施
针对拱座控裂重难点，根据现场施工情况，采取一系列现场温控措施，主要通过控制混凝土的质量，浇筑温度，冷却水管的埋设和保温保湿养护来实现控裂目标。
5.1. 原材料优选及配合比优化
混凝土物理、热学性能是影响大体积混凝土温控效果最基本、最重要的因素，配制出性能优良的混凝土已使温控工作成功了一半。大体积混凝土原材料选取和配合比设计应以抗裂为核心，并满足水化热低、可泵性好、体积稳定性好及耐久性优良等要求。
1) 原材料优选
根据表2和表3要求结合自产及地方材料优选原材料如下：
水泥：建始泰丰P·O42.5；
粉煤灰：湖南石门F类I级；
外加剂：中交二航CP-J型减水剂；
粗骨料：大龙潭4.75~9.5 mm、9.5~19 mm；
细骨料：杉木坝0~4.75 mm；
拌合水：地方深井水。
Table 2. Consideration of selection of concrete raw materials
表2. 混凝土原材料选取考量因素
2) 配合比优化
Table 3. Mass concrete proportion of abutment (kg/m3)
表3. 拱座大体积混凝土配合比(kg/m3)
5.2. 控制混凝土浇筑温度
找龙坝河特大桥桥梁施工过程中为保证混凝土浇筑温度，根据现场实际情况采取以下多项措施：
1) 骨料温度控制：骨料仓搭棚遮阳，碎石洒深井水降温；
2) 水泥温度控制：控制进场温度，跟踪测温，夏季设置遮阳棚；
3) 水温控制：夏季高温时加冰降温。
5.3. 冷却水控制
采用Φ42 × 2.5 mm型冷却水管，现场每层间距1 m (设计1.5 m)布置冷却水管，现场水管水平间距为1.5 m (设计2 m)。每根冷却水管采用阀门和增压箱连接冷却水管进水口并统一布置，利于综合性管理。
前期采用循环水补充凉水降温，后期依靠循环水内循环降温，适时补充凉水来控制降温速率。各层冷却水管标高在浇筑混凝土以后进行通水，为了控制下层混凝土因为上层混凝土浇筑而产生温度回升，需要进行二次通水冷却，根据测温结果来确定通水时间；根据进、出口温度差控制值来控制减缓通水，可以使用水阀来实现，减少流速，形成平缓的水流，促使混凝土以层流状态进行冷却；为了对进出水温度进行有效控制，冷却水的温度需要控制在14℃~16℃左右。
5.4. 保温保湿养护
拱座混凝土养护措施主要为顶面洒水保湿养护，侧面覆盖土工布保温养护。
水的温度不低于混凝土温度10℃以上，对混凝土和模板覆盖保温；对混凝土不造成损伤时及时拆模，在混凝土外露表面洒水；混凝土温度峰值出现时间为2~3天龄期，至浇筑第3天全部用土工布和塑料布铺设完毕。
5.5. 匀质性施工
拱座为大体积混凝土，拱座混凝土采用分层分块浇筑 [5]。建始侧3#拱座采用一台天泵，水平分层浇筑。恩施侧4#拱座由于高差较大，采用2台地泵接力水平分层浇筑。
建始侧3#拱座垂直面分5 m + 6 m + 4.88 m三次浇筑，斜面分3.5 m + 8.38 m两次浇筑，合计5次浇筑。恩施侧4#拱座垂直面分3 m + 4 m + 2 m + 3 m + 4 m + 4.88 m六次浇筑，斜面分3.5 m + 8.38 m两次浇筑，合计8次浇筑。
6. 监控结果及分析
对现场混凝土温度进行监控并对温度结果进行分析，以此来判定采取的温控措施效果。
6.1. 建始侧3#、恩施侧4#拱座各层混凝土温度监控结果
混凝土温度监测建始侧3#、恩施侧4#拱座各层混凝土温度监测数据如下表4所示。
Table 4. Monitoring data of temperature characteristic values of each layer of Jianshi side 3# and Enshi side 4# abutments
表4. 建始侧3#、恩施侧4#拱座各层温度特征值监测数据
6.2. 建始侧3#拱座各层混凝土温度发展情况
由表4所示，拱座各层混凝土30~57 h左右期间相继到达温峰，内部最高温度69.4℃~74.9℃。
第一层、第四层混凝土最高温度符合≤70℃的温控标准，第二层、第三层、第五层混凝土最高温度不符合≤70℃的温控标准。分析原因：1、气温较高局部气温高的时段达到40℃，导致混凝土入模温度较高；2、混凝土凝结时间偏短，测点区域混凝土普遍在覆盖后的4~5个小时做开始迅速水化升温，水化反应快。
混凝土内表温差前期随内部温度增加而增加，后期随表面温度波动而波动， 各层混凝土最大内表温差为18.7℃~24.8℃，最大内表温差符合≤25℃的温控标准。
温峰过后通过调节冷却水控制降温速率约为1.0℃/d~3.5℃/d，第1、2层混凝土降温速率基本符合≤2.0℃/d的温控标准。第3~5层部分时段超出≤2.0℃/d的温控标准，降温速率过快时段为降温初期的3天左右，由于内部温度过高，表面温度下降较快，适当延长通水加快内部降温来降低内表温差。降温3天后降温速率基本符合≤2.0℃/d的温控标准。
6.3. 恩施侧4#拱座各层混凝土温度发展情况
由表4所示，拱座各层混凝土于38~57 h左右期间相继到达温峰，内部最高温度64.9℃~71℃，各层混凝土最高温度基本符合≤70℃的温控标准。
混凝土内表温差前期随内部温度增加而增加，后期随表面温度波动而波动，各层混凝土最大内表温差为17.3℃~24.7℃，最大内表温差符合≤25℃的温控标准。
温峰过后通过调节冷却水控制降温速率约为1.0℃/d~3.5℃/d，第2、4、5、6层混凝土降温速率基本符合≤2.0℃/d的温控标准。第1、3、7和8层部分时段超出≤2.0℃/d的温控标准，降温速率过快时段为降温初期的3~4天左右，由于内部温度过高，表面温度下降较快，适当延长通水加快内部降温来降低内表温差。降温3天后降温速率基本符合≤2.0℃/d的温控标准。
7. 研究取得主要技术成果
找龙坝河大桥拱座监测工作历时4个月，按照上述温控方案落实施工，温控措施实施情况良好。从现场情况来看，未出现明显可见的危害性裂缝，达到了预期的温控目标。该施工工艺解决了大体积混凝土裂缝问题，可供同类桥梁大体积混凝土施工参考。
参考文献