跨峡谷桥梁高墩大体积混凝土裂缝控制技术与施工组织优化

引言

大体积混凝土施工远非简单的“浇一大块混凝土”，而是一项需要综合运用材料科学、热工计算、结构力学、施工组织和精密监控技术的系统工程。大体积混凝土中裂缝控制技术既是要点、也是难点，施工现场环境复杂，温度应力控制难度较大；而且高墩暴露面积较大，表面水分蒸发速度较快，从而会形成干燥收缩应力，引发裂缝形成。混凝土裂缝对工程施工质量产生巨大的危害，因此本文对大体积混凝土裂缝控制技术要点进行分析，为同类型工程的实施提供参考依据。

1 工程概况

本文以某峡谷特大桥举例，为某省两地连接通道，跨越峡谷，桥梁类型为预应力混凝土连续刚构桥，桥梁全长主跨 350m+200m ，总长895m，最大墩高187m，设计荷载I 级公路，双向四车道，IVIII 度抗震等级。墩身为矩形空心薄壁墩，截面尺寸为 8.5m×6m ，单墩混凝土总量为3680m3，混凝土强度等级为C50，单次浇筑最大量为530m3。该工程采取大体积混凝土施工技术，水泥类型为 O42.5 地热水泥，掺合料为 30%粉煤灰+15%矿粉，冷却水管布设3 层φ50mm 无缝钢管，温差控制要求：芯部-表面温差 ⩽20^∘C ，降温速度≤2℃/d。大体积混凝土裂缝控制刚性指标为：（1）应力安全系数 ⩾1.8 。（2）养护湿度 ⩾95% 。（3）拆模时间为：强度≥15MPa且温差≤15℃。

2 桥梁高墩大体积混凝土裂缝控制技术的应用

2.1 混凝土拌制、运输的技术要点

首先，原材料选配与配比设计。水泥采用地热硅酸盐水泥（ ∇P⋅ LH42.5），限制 C3A 含量≤6%，将水化热控制在 250kJ/kg 以内。掺合料采用粉煤灰+矿粉，取代水泥量 45% ，减热率约为 35% ；骨料采用机制砂石料，粒径为 _5～31.5mm ，含泥量 ⩽0.5% ，压碎值 ⩽12% ，针片状含量≤8%。外加剂采用聚羟酸高效减水剂+缓凝剂，减水率 325% ，初凝时间≥15h。水胶比严格控制在 0.35～0.38 之间，设计强度富余系数为1.15；其次，拌制工艺分析。该工程施工时间在夏季，粗骨料需浸水降温到8℃以下，拌合水添加冰块，保持水温≤5℃。拌制材料出机温度 ⩽25^∘C 。采用强制式搅拌机持续搅拌 120s 以上，确保掺合料分散均匀，含气量监测在 2～3.5%2 间；最后，混凝土运输中混凝土裂缝控制要点为：该工程采用8m3 旋筒式搅拌车，筒体转速2～4r/min，避免离析；运输路线要避开陡坡急弯，控制单程运输时间≤40min；采用高压泵车泵管包裹隔热棉，出口压力≥18MPa，泵送高度匹配墩高 +20% 。运输过程中要控制坍落度损失，出机坍落度为 200±20mm ，到达现场后约180mm，因此现场添加专用保塑剂，不可直接加水。罐车加装GPS+温度传感器，实时回传混凝土温度，超过 28℃则自动报警，高温时段运输车需要喷淋降温。

2.2 混凝土浇筑

该桥梁工程的墩高187m，采取分层分块浇筑措施，单层浇筑厚度在2m 以内，减少水化热积聚的速率；层间间隔时间要低于混凝土初凝时间，以免形成裂缝；沿着墩身周长将其分成6 仓，每仓弧长≤5m，有效降低内外温差梯度；每次浇筑最大浇筑量为 530m3，确保各层之间结合紧密。从浇筑开始即打开循环冷水，水流量为30m3/h，与混凝土上升速率同步；水管布 设3 层φ50mm 钢管，水平间距 0.9×0.9m 。混凝土浇筑后振捣工艺为：（1）振捣设备与相关参数。（2）采取防过振智能监控，振动器加装计时传感器：超过 30s 自动断电报警；BIM技术实时建模，及时标记已经振动的区域，避免漏振或过振。

2.3 混凝土配比控制要点

以预防混凝土裂缝的配合比设计原则。该工程中水泥的配比参数为 280kg/m3 ，有效降低水化热从而避免温度收缩裂缝；粉煤灰的配比参数为120kg/m3，配比后可填充微孔，减少混凝土收缩；矿粉配比参数为60kg/m3，二次水化降低温控的爬升速率。本工程采用 C50 大体积混凝土，水泥：粉煤灰：矿粉：砂：石：水：减水剂=280:120:60:720:1080:160:6.9。为了达到控制裂缝的效果，水胶比需 ⩽0.38 ，每降低0.01 可减少收缩率 5% ；56d天缩率要 ⩽300×10-6 ，相比纯水泥配比降低 35% ；极限拉伸应变需 ⩾110×10^-6 ，有利于提高混凝土的变形能力，达到理想的抗裂缝效果。

2.4 混凝土温控技术要点

首先，预冷阶段，需要控制初始温度升高。采用骨料液氮喷雾冷却，持续吹-15℃冷风，有效降低粗骨料温度 5～8⊤ ；在拌合水中加冰，有效降低混凝土拌合的温度，降低胶材初始温度控制在12℃左右；水泥仓体外循环冷却技术，冷媒温度在-5℃，流量为10m3/h，水泥温度有效降低到 40℃以下，混凝土夏季的出机温度≤22℃，相比未采取预冷工艺的混凝土温度可降低 8～10‰ 。其次，浇筑阶段，核心为动态热平衡。冷却水管每1.2m 布设一层，一共有156 层；水平间距为 0.9m×0.9m ，浇筑覆盖水管后立刻启动。浇筑开始的24 小时内，保持水管恒流量 30m3/h，水温10℃； 24～72 小时，水流量降低到20m3/h，水温控制在15℃；72～168 小时，间歇通水，温差≤15℃可停止通水。最后，养护阶段。采用智能喷淋系统，水温低于环境温度5℃，从而发挥降温且保湿的作用，减少混凝土表面干缩应力；采用相变材料保温毯，相变温度28 摄氏度，厚度为30mm，能够延缓温度散热率，避免内外温差过大；模板夹层循环式，水流速1m/s， ΔT⩽3^∘C ，平衡模板内外的温差。

3 跨峡谷桥梁高墩大体积混凝土施工组织优化

首先，优化物流破解施工运输的难题，采用2 台 QTZ250 塔吊，吊装效率12m3/h，实现垂直运输；双轨循环式货运索道进行物料运输，运输能力为50t/h，替代80%的盘山公路运输。其次，工序协同优化。采用“双墩并联”施工技术。相邻墩身错开 3 个作业层，高差7.5mm，消除工序干扰。强化分层浇筑与温控对策，单次530m3浇筑分 2 层进行，每层厚度 <3m ，层间间歇≤7 天，避免冷风，斜面分层法有利于加速散热，覆盖时间控制在2小时以内；冷却水管进行加密布设，由3 层可增加到4 层，层间距缩短 1.2m，埋设光纤测温传感器，实时将数据传输到BIM 平台，冷却水采用变频循环系统，按照温差自动调节流量，目标为芯表≤18℃，降温速度≤1.5℃/d。再有，资源动态调配。优化混凝土的供应能力，配置 2×120m3/h 拌合站，罐车12 台，水泥储备≥3000 吨，满足 5 天连续施工。施工劳动力进行错峰调度，钢筋工/模板工上班时间为 7:00～19:00 ；混凝土工上班时间为19:00～次日7:00。最后，采用智能化管理系统。构建BIM+物联网协同平台，进行拌合站产量监测从而规划车辆的运输路线，同时能够实时反馈泵送压力，从而对冷却水进行智能调控，若有结构应力也可实时预警。智能化协同平台的构建自动生成最优浇筑路径，减少布料盲区 30% ，冷却水流量也实现了自适应调节。联合数字孪生预演系统，能够模拟极端天气浇筑、设备故障等多种风险场景，本次工程施工通过数字孪生预演提前规避3次重大停工风险，保障了施工质量。总体而言，跨峡谷桥梁高墩大体积混凝土施工中，通过解决物料、设备运输困境，通过“双墩并联+错峰浇筑”压缩了关键路线的工期，利用智能化技术对大体积混凝土施工过程进行检测，实现“温控-应力-进度”多目标协同，保障了施工安全与施工进度。184m 高墩施工周期从24 个月缩短到16.8 个月，为龚磊工程提供了标准化范式。

4 结束语

大体积混凝土裂缝控制技术的应用有关键作用，从混凝土拌制、运输、浇筑等方面分析裂缝控制方法，有效降低裂缝的形成，同时通过施工技术与施工组织协调，提高了施工质量和效率，保障了结构的安全可靠性。参考文献：

[1]柳毅.高温季节高标号大体积混凝土承台、塔座施工技术[J].交通建设与管理,2025(2):116-118+123.

[2]伍达明,张运福,唐红香,王辉.高速公路桥梁大体积承台施工工艺及温控关键技术措施[J].施工技术,2017,46(S2):820-825.