王业刚 王有志 鲁 娜

随着科技的不断进步和大跨度斜拉桥的不断涌现，大体积和高标号混凝土在工程中被广泛运用，这使得大体积混凝土温度裂缝的问题更加突出，而且斜拉桥属于重载作用下的轻型线形结构物，先天性的温度裂缝将给其留下不小的安全隐患[1，2]。

鉴于目前大体积混凝土研究普遍存在滞后性的缺点，对青银高速济南黄河特大斜拉桥进行了研究，采用了数值分析与跟踪监测技术。在数值分析基础上，对关键部位预埋传感器，采取与混凝土结构一体化的监测体系，同步感应内部温度和强度变化，迅速采取相应的温度防控机制，防止温度裂缝的形成。

1 工程概况

青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市东北部，是青岛—银川公路跨越黄河的一座特大桥，同时也是京沪高速公路辅线的关键工程之一。大桥全长4 473 m。桥塔采用倒Y形钢混结构，塔高197 m，爬模施工，塔柱合龙段为双室截面，连续箱梁为单箱单室截面。施工中采用的混凝土强度等级高，胶材用量大，混凝土绝热温升高;多处关键部位体积大、一次浇筑混凝土方量多;内外温差和温度梯度大，容易产生内外约束裂缝。

2 大体积混凝土关键部位仿真分析

2.1 关键部位选择

箱梁0号、1号和1′号块混凝土同时浇筑，共长 11 m，分两次浇筑，两次浇筑方量分别为351 m3和121 m3;倒Y形塔柱合龙段是塔柱关键部位，标高从156.8 m～167.7 m，分四节施工，每节3.4 m～4 m不等，实心部位尺寸较大，边界约束复杂;38号主墩台是9.75 m×4.0 m矩形断面，一次浇筑方量混凝土241.4 m3，均属大体积混凝土。

2.2 计算软件及参数选择

采用Midas/Civil对斜拉桥关键部位的水化热过程进行分析计算。各参数的取值是在试验分析的基础上，并参照相应公式进行取值，绝热温升的试验结果见图 1。

2.3 计算结果及分析

1)温度分析。计算结果表明，塔柱合龙段、箱梁横隔板和主墩台分别在120 h，80 h和60 h时温度达到最大值，分别为63.1℃，82℃和74.2℃。在各构件内均取一核心点，绘制温度随时间的变化曲线见图2。可以看出，曲线近似抛物线，中心点温度最高，温升梯度最大的时刻出现在0 h～60 h之间，温降最大梯度发生在60 h～200 h之间，即温度快速变化阶段，最大内外温差超过25℃，因此在这一时刻应特别注意采取温控措施。

2)应力分析。为了详细分析其应力变化规律，对各构件取内外两个特征点，绘制其应力时间变化曲线，结果发现有相似的变化规律，0号箱梁横隔板结果见图3。

从图3可以看出，表面拉应力均低于容许张拉应力，但是在边界温度过低和初期混凝土强度很低的综合因素影响下，若措施不当，仍然会出现应力超过混凝土容许拉应力而拉裂。在混凝土浇筑多天后，水分蒸发等引起收缩变形，但在结构边界条件约束不能自由变形的条件下，内部拉应力也会超过容许拉应力，产生外约束裂缝，这种外约束裂缝和大体积混凝土内部微裂缝的共同作用，往往产生更大的危害;因此必须采用有效的措施以避免温度裂缝的产生。

3 现场实时跟踪监测塔柱

3.1 测点布置

根据数值分析结果，在关键部位采用跟踪监测技术，以实现信息化施工。在塔柱合龙段、箱梁横隔板和墩台分别布置了30个，36个，24个测点，同时，还对气温、冷却水管的水温和时间、混凝土的出入仓温度、浇筑温度等进行控制，以指导和反馈墩台、箱梁和塔柱合龙段混凝土的温控效果。

3.2 实测结果及与计算对比

限于篇幅，图4仅给出索塔第三层、0号箱梁横隔板中间列和墩台第三层代表性点实测曲线，与图2对比可以看出，模拟结果整体趋势与实测温度的整体趋势一致，内部混凝土温度分析与实测温度数值基本吻合，说明施工前期数值分析结果可以作为温控施工措施安排的有力参照。

4 温度裂缝控制指标及对策

根据仿真分析结果和工程施工的实际情况，并参照相应规定[4，5]提出以下温度控制指标:

1)内部温度与表层温度之差不大于25℃;2)内部最高温度不高于75℃;3)入模温度在25℃以下;4)降温速率最大不宜超过3℃/d;5)温度梯度Grad T≤16℃/m;6)拆模后，表面温度与环境温度之差不大于15℃。

结合现场实时动态监测数据，按照浇筑前、浇捣中及浇筑后三个不同的阶段有所侧重的采取了以下温控措施:

1)采用低水化热水泥，并采用“双掺”高性能混凝土技术，从源头上减少水化热，降低温度峰值。2)合理安排浇筑时间，控制混凝土入仓及浇筑温度。3)分层分块浇筑，分层厚度1.0 m～3.0 m，在孔洞周围、转角等突变处设置温度配筋。4)按照“外保内降”原则，根据前期计算，合理埋设冷却水管，由跟踪监测控制水温和加水时间。“外保”强调混凝土的合理拆模时间和保温保湿。

5 结语

1)在黄河三桥大体积混凝土施工中，塔柱合龙段、箱梁横隔板和主墩台关键部位，最高实测温度达到75℃，温差超过20℃。因此，对于斜拉桥施工，大体积混凝土关键部位的水化热问题必须严肃对待。2)在施工前期进行仿真分析，既能预测温度场变化情况，还可以据此制定温度控制和跟踪监测方案。对比结果表明，仿真分析为温控提供了有力参照。3)采用跟踪监测手段可以随时掌握施工期混凝土的温度特征和真实变化规律，及时采取有效的技术措施满足温控的指标要求，指导工程施工。4)实践证明，仿真分析与跟踪监测技术的结合运用是行之有效的，温度裂缝控制措施效果良好，塔柱合龙段、0号箱梁横隔板和主墩台均未出现有害温度裂缝，实现了信息化施工，为类似工程提供借鉴和参考。

[1] 胡 永.柳州三门江大桥大体积混凝土温度控制技术[J].铁道工程学报，2009(7):62-66.

[2] 秦明强，刘可心，刘毅强，等.某公路大桥南塔承台大体积混凝土温度裂缝控制技术[J].施工技术，2008(4):97-99.

[3] 刘 伟，董必钦，李伟文，等.大体积混凝土的温度应力分析及温度裂缝研究[J].工业建筑，2008(7):79-81.

[4] CCES 01-2004，混凝土结构耐久性设计与施工指南[S].

[5] Gajda J.Controlling Temperature in Mass Concrete[J].Concrete International，2002(1):59-62.

[6] 黄德强.桥梁大体积混凝土裂缝控制与防止措施[J].山西 建筑，2009，35(1):162-163.