李莘哲，李玉彬，马澜锦

(1.广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200；2.广西欣港交通投资有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

悬索桥重力式锚碇锚体承受主缆传递的巨大拉力，锚体自身结构尺寸大，因此分层浇筑方量也大，属于大体积混凝土[1]。锚体大体积混凝土一般外露在空气中，受外部环境干扰大，水化热控制不当、养护不到位都极易产生温度裂缝或干缩裂缝。大体积混凝土施工过程中，温控数据往往呈现核心混凝土降温速率缓慢、周边混凝土降温速率快的情况，容易产生内表温差超限情况。要达到良好的温控效果，防止大体积混凝土开裂，总体温控要遵循“外保内降”的原则。本文通过对龙门大桥大体积异形锚体进行温控防裂难点及水化热分析，提出温控防裂措施，为今后类似项目提供借鉴。

1 工程概况

龙门大桥东锚碇锚体从功能、受力、施工等方面可分为锚块、散索鞍支墩、前锚室、后锚室等部分。

由于锚体各尺寸都很大，为避免锚体大体积混凝土浇筑完成后出现收缩裂缝和温差裂缝，采取分层分块浇筑锚体大体积混凝土的方法，锚体水平分块之间设置后浇段，后浇段混凝土需添加膨胀剂，补偿混凝土收缩形变。

前、后锚面距离为20.0 m，理论散索点至前锚面距离为24 m，理论散索点到支墩底面(混凝土面)的垂直距离为39.7 m。锚块顺桥向长51.6 m，横桥向宽60.6 m，高28.18 m。在锚块内部后锚面设置有后锚室。散索鞍支墩高38.01 m，支墩底面平面尺寸为21.36 m×26.81 m。前锚室由侧墙、底板、顶板及前墙组成。侧墙及底板厚度为1 m。建立锚碇有限元模型如图1所示。

2 温控防裂难点分析

(1)锚体为异形结构，自身有各种倒角和坡率，其每层浇筑高度为2～3 m，侧面尺寸随时在改变，给温控和

图1 锚碇有限元模型图

养护带来较大难度。

(2)锚体浇筑方量较大(60 030 m3)，混凝土水化热反应引起的绝热温升非常高，混凝土温控措施[2-5]不到位时，极易因内表温差大导致混凝土开裂。

(3)桥址所在地风速较大，暴露面保湿养护较难控制，容易因水分蒸发过快导致收缩开裂；预计施工期在夏季，环境温度高，最高温度不易控制。

(4)桥址地处海洋环境，受氯离子侵蚀、干湿循环作用、海浪冲击、海洋湿热气候影响，对大体积混凝土抗裂要求较高。

(5)混凝土浇筑质量受施工过程中多种因素影响，极易使混凝土内部温度的发展过程偏离预期状态，超出温控指标范围，引发温度裂缝，需对混凝土内部温度发展实时监控，及时预警施工中实际温度与预期状态间的较大偏差，控制其在容许范围内，以满足温控设计的要求。

3 仿真计算方法及模型

3.1 材料力学及热学参数

锚碇锚体混凝土设计强度等级为C40，混凝土配合比设计见下页表1。混凝土力学性能、物理热学参数根据混凝土配合比进行计算并参考工程经验进行取值，结果见下页表2。

表1 C40 锚碇锚体混凝土配合比设计表(kg/m3)

表2 仿真材料力学及物理热学性能相关参数一览表

3.2 模型参数

锚体中锚块部分占据了主导地位，以锚块为例进行温控计算，结果可推广应用于散索鞍支墩。锚块具有对称性，取一半进行计算。

约束条件：底部取等效对流边界与基础混凝土换热，与空气接触的部分采用对流边界与空气换热。如图2所示。

图2 锚块大体积混凝土网格剖分图

3.3 边界条件

(1)锚碇顶板顶部设置固定边界及恒定温度为30 ℃。

(2)混凝土上表面与空气对流换热，无保温措施时对流换热系数为 54.094 kJ/m·hr·℃。

3.4 浇筑条件

(1)设置锚块混凝土浇筑温度为30 ℃。

(2)锚碇基础施工在 2022年3月至2022年10月期间进行，浇筑大气温度偏不利工况，取35 ℃，见图3。

图3 钦州市月平均气温曲线图

3.5 工况设置

基于上述初始条件和边界条件，设置了两种工况进行计算，如表3所示。

表3 计算工况设置表

4 温控仿真结果分析

锚体结构尺寸下大上小，其最下面几层混凝土方量最大，水化热温差效应最明显。浇筑锚体锚块第一层混凝土时，底部锚碇基础顶板混凝土放置时间已有 1个月以上，混凝土温度接近大气温度，因此顶板混凝土对锚块第一层混凝土的温度影响不大。而浇筑锚块第二层混凝土时，第一层的混凝土中心热量未完全释放，因此浇筑第二层混凝土的温控难度最大。这里以浇筑锚块第二层混凝土为例进行分析，根据设定的计算模型和计算条件，得出计算结果见图4。

(a)工况1

(b)工况2

(1)在工况 1 条件下，锚块第二层大体积混凝土中心最高温度可达75 ℃，里表温差将超过45 ℃，不符合相关规范要求；在工况2条件下，锚块大体积混凝土中心最高温度为70 ℃，最大里表温差约8 ℃，符合相关规范要求。

(2)对比工况1和工况2可以发现，设计的水管布置(水平间距1.5 m×层间距1.5 m)可以降低大体积混凝土内部最高温度(降低5 ℃)，减少内表温差。

(3)分析工况1可以发现，在下一层混凝土开始浇筑前，已浇筑层混凝土的内部温度会缓慢降低，但是在下一层混凝土开始浇筑之后，已浇筑层混凝土温度几乎不变，热量积聚在混凝土内部无法有效消散；在工况2条件下，预埋的冷却水管可以快速带走混凝土内部的热量，在下一层混凝土开始浇筑前将内部温度降至较低水平。

(4)分析工况2可以发现，下一层混凝土开始浇筑后，已浇筑层混凝土内部温度会短期升高再降低，因此冷却水管通水应该持续到下一层混凝土开始浇筑时。

5 结语

(1)锚体总体温控要“外保内降”。内部需设置冷却水管，冷却水管通水可以采用智能温控系统，实时监测反馈温控情况，实现个性化通水换向控制。外侧受斜面、倒角影响，可以采取带模外挂碘钨灯保温处理；顶面可以采取蓄水保温、保湿处理。

(2)针对本工程锚体大体积混凝土的特点以及当地气候条件，需尽量降低混凝土浇筑温度，入模温度≤26 ℃。锚体侧面拆模时间≥7 d，以减少混凝土过早暴露失水而引起收缩开裂。

(3)混凝土应按海工混凝土配合比设计，严格控制混凝土氯离子扩散系数，保证混凝土的耐海洋环境腐蚀性能。

(4)施工过程必须做好温度探头埋设和温度监测，温度数据采集应智能信息化，通水时间宜根据现场混凝土温度监测数据确定，但至少持续两个浇筑层的施工时间。