沪蓉西四渡河大桥承台及塔座大体积砼
温 控 方 案
一工程概况
沪蓉西四渡河大桥主1号、主2号墩承台哑铃型结构，承台平面尺寸未50.028m×16.4m，承台与系梁等高，高度均为6.0m，混凝土设计标号为C40，混凝土方量为3227.5m3。承台基础为18根Ф2.8m的钢管桩，钢管桩混凝土设计标号为C30。主1号、主2号墩塔座为上小下大的圆柱形混凝土结构，主1号墩塔座顶面尺寸为11.05m×5.7m,底面尺寸为13.058m×8.6m，混凝土方量为555.8m3；主2号墩塔座顶面尺寸为11.16m×5.7m,底面尺寸为13.16m×8.6m，混凝土方量为562.2m3。塔座高度均为3.0m混凝土设计标号为C50。承台和塔座施工时采用木模板。
承台和塔座均属大体积混凝土结构，大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的水化热，浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形，此时混凝土弹性模量很小，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小，但在日后温度逐渐降低混凝土收缩变形时，弹性模量比较大降温引起受基础的变形会产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构产生不同程度的危害。此外，在混凝土内部温度较高时，外部环境文的较低或气温骤降期间，内外温差过大在混凝土表面野会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。
沪蓉西四渡河大桥处于山与山之间，风速较大，昼夜温差较高，气候条件不利于施工，这就给施工带来了较大难度。受路桥华南沪蓉西十六合同段项目经理部的委托，武汉港湾工程设计研究院对主1号、主2号墩承台和塔座大体积混凝土进行了仿真计算。计算了大体积混凝土内部温度场及仿真应力场，根据计算结果制定了主塔承台不出现有害温度裂缝的温控标准，并以制定了相应的温控措施。温控计算采用大型有限元程序《大体积混凝土施工温度场与仿真应力场分析程序包》进行。
在大体积混凝土仿真分析中，温度是基本作用荷载。混凝土内部温度变化是一个热传递问题，用有限元法求解有下面几个优点:①容易适应不规则边界；②在温度剃度大的地方，可局部加密网格；③容易与计算应力的有限单元法程序配
套，将温度场、应力和徐变变形三者在一个统一的程序中计算。仿真应力计算中需考虑混凝土温度徐变自重自生体积变形和干缩变形等的作用。《大体积混凝土施工温度场与仿真应力场分析程序包》主要特点为：
1）该程序用于结构施工期累积温度场及仿真应力场的计算。
2）可以考虑混凝土分层浇筑方式、入仓温度、浇筑层厚度、施工期间歇、
混凝土及基础弹模的变化、外界水温及气候的变形、混凝土的自生体积变形及徐变影响等复杂因素，能够模拟实际的施工运行过程。 3）提供三种单元类型：8－20变节点六面体等参元，6－15变节点五面体等
参元和8节点六面体等参元。
4）具有多种求解器，可以选用直接解法或代法求解大型线性方程组，具有
速度快、储存量小的特点，可利用微机进行大型混凝土结构的仿真分析。 5）可以输出高斯点应力和节点应力。 6）有一套完善的数据查错功能。 7）另配有一套完善的前后处理程序。
二基本计算资料 2.1气象资料
承台及塔座施工月份为七月份，施工时的气温见表1。
表1 气温及施工时间表
气温 月份 1 2 3 4 5 6 平均 2.1 2.8 6.3 12.8 15.4 19.1 上 旬 最高 5.8 7.3 11.3 18.7 20.8 24.2 最低 平均 中 旬 最高 0.1 9.5 11.1 20.0 23.4 26.1 最低 平均 下 旬 最高 5.1 8.8 16.8 18.2 22.8 27.6 最低 施工月 份 －0.6 2.3 －0.6 5.1 2.2 8.5 11.5 15.4 8.6 13.6 18.3 20.5 －0.3 1.2 0.8 4.5 8.6 13.0 16.8 5.2 11.0 13.2 17.6 22.1 －1.2 2.8 6.5 9.6 13.8 18.3 7 8 9 10 11 12
22.4 23.6 19.6 15.2 10.2 4.5 28.1 29.4 24.5 19.9 15.5 7.4 18.3 19.3 16.0 11.4 6.6 2.2 23.0 20.9 19.1 12.8 7.1 3.2 29.1 25.5 25.1 17.0 10.9 6.5 18.8 17.5 15.1 9.8 4.3 0.7 24.2 22.0 17.6 11.6 6.2 4.2 30.1 27.4 22.3 15.8 10.4 4.8 19.6 17.9 13.9 8.7 3.3 0.4 √ 2.2施工资料
根据以下施工资料进行温度应力计算：
承台混凝土设计强度等级为C40，承台于2005量7月份施工。施工时承台分两层浇筑，浇筑高度分别为3m、3m，两层混凝土浇筑间歇期为7天左右。由于承台为哑铃形，浇筑时平面分为三块施工。塔座混凝土设计强度等级为C50,于7月份施工，塔座分两次浇筑完成，浇筑高度分别为1.5m、1.5m，塔座于承台施工间歇期为7－10天。承台及塔座混凝土冷却水管均采用Φ40mm的薄壁钢管，冷却水为河水。
2.3混凝土配合比 2.3.1承台混凝土原材料
① 水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的42.5矿渣水泥 ② 粉煤灰：采用襄樊天键公司的I级粉煤灰。 ③ 砂：洞庭湖黄砂，细度模数2.71，属中粗砂。 ④ 碎石：福岗料场碎石，粒径5－31.5mm ⑤ 外加剂：武钢浩源FDN高效减水剂。 ⑥ 水：河水 2.3.2塔座混凝土原材料
①水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的52.5P水泥 ②粉煤灰：采用襄樊天键公司的I级粉煤灰。 ③砂：洞庭湖黄砂，细度模数2.71，属中粗砂。 ④碎石：福岗料场碎石，粒径5－31.5mm
⑤外加剂：武钢浩源FDN高效减水剂。 ⑥水：河水
2.3.3承台及塔座施工配合比
承台混凝土标号为C40，塔座混凝土标号为C50,其配合比见表2。 表2 混凝土施工配合比
标号 配合比 水泥 C40 C50 0.32：1：1.47：2.14 428 0.32：1：1.47：2.14 355 每方砼用材料量（kg/m3） 粉煤灰 砂 60 88 719 706 石 1042 1047 水 154 141 外加剂 3.56 4.43 注：以上配比为推荐配合比，待试验室和监理复配后将确定最终施工配合比。
2.3.4水泥水化热试验
根据施工配合比进行水泥水化热试验，试验结果见表3。
表3 水泥水化热试验结果
编 号 水泥品种 粉煤灰掺量 （%） 1 2 3 4 5 6
三 混凝土材料参数及数值模型
混凝土材料参数考有关设计规范及工程试验结果。计算中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度分别为： 3.1混凝土材料参数
承台混凝土标号为C40，塔座混凝土标号C50，混凝土物理、热化能参数取值见表4。
表4 混凝土物理、热性能参数
52.5P.O 42.5P.S 0 10 20 0 20 30 1d 189 175 152 216 189 174 水 化 热 （J/g） 3d 249 228 201 271 252 230 7d 272 253 228 305 283 265 混凝土 等级 C40 C50
最终弹模 泊松比 （Mpa） 3.6×104 3.8×104 0.167 0.167 比重 比热 线胀系数 导热系数 （kg/m3） （J/g ℃） （10-6/℃） (kJ/m.d.℃) 2400 2400 1.0 1.0 6.91 7.16 240 240 3.2混凝土数值模型 3.2.1绝热温升
绝热温升数值模型取双曲线函数： Q（τ）＝Q0(1-е
-??β
) (3-1)
式中：θ0－最终绝热温升，α，β为绝热温升变化系数。θ0和α，β值分别为51.4、0.85、0.62（承台）和52.2、0.8、0.65（塔座）。 3.2.2弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即 E（τ）＝E0＋E1(1-е
-??β
) (3-2)
式中：E0为初始弹模，E1为最终弹模与初始弹模之差，α，β为与弹模增长速率有关的两个参数。其值分别取0.72、0.65（承台）和0.5、0.78（塔座）。 3.2.3徐变度
根据工程经验，取混凝土徐变度如下（单位:10-6/Mpa）： C（t,τ）＝C1（1+9.20τ
+C2（1+1.70τ
-0.45
）（1-e-0.30(t,τ)）
）（1-e-0.005(t,τ0) （3－3）
-0.45
式中：C1＝0.23/E2,C2=0.52/E2, E2为最终弹模 3.2.4放热系数
混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算：
?s?1(1/?)???h1/?1? （3－4）
为保温
式中：βs为等效放热系数，β为放热系数，h1为保温层厚度，λ材料导热系数。
四 计算结果及分析
1
承台与塔座混凝土的温度应力主要由底部老混凝土（封底混凝土和承台混凝