杨梅洲特大桥主墩承台大体积混凝土施工技术

蔡晓男，张文渊，李洁胤

（中交第三航务工程局二公司，上海，200122）

摘 要： 杨梅洲特大桥主墩承台高 8m，最大直径 36m，设计方量 7513m3，大体积混

凝土构件极易产生温度和收缩裂缝。论文从原材料选择、配合比设计、冷却水管布

设、混凝土浇筑工艺、施工信息化监控等方面系统论述特大桥主墩承台大体积混凝

土施工技术要点。结果显示，混凝土温度控制符合规范要求，降温速率约为 1.8℃/d，

混凝土表面密实光滑无任何可见裂缝。

关键词： 桥梁工程; 主墩承台; 大体积混凝土; 施工工艺; 裂缝控制

中图分类号：TU997/TV544+.91

Construction Techniques of Mass Concrete for the Pile Cap of Main Piers of Yangmeizhou Bridge

CAI Xiao-nan, ZHANG Wen-yuan, LI Jie-yin (No. 2 Engineering Co., Ltd. Of CCCC Third Harbor Engineering Co., Ltd., Shanghai, 200122)

Abstract: The height for the pile cap of main piers of Yangmeizhou Bridge is 8 meters, and its maximum diameter is 36 meters, with total volume of 7513m3. Mass concrete structure is very easy to produce temperature cracks and shrinkage cracks. This paper systematically discusses the key points of mass concrete for pile cap during the period of long bridge construction in the aspect of material selection, mixing proportion design, cooling pipe layout, concrete casting method and construction information monitoring. The results show that the control of concrete temperature satisfies the requirements of the specification, the cooling rate is about 1.8℃/d, and the concrete surface is dense and smooth without any visible cracks.

key words: bridge engineering; main pier pile cap; mass concrete; construction method; crack control

一、引言

伴随我国社会经济的高质量发展，桥梁建设的速度与规模已驶入快车道，涌现出港珠澳

大桥、苏通大桥、沪通长江大桥等一批高难度的世纪工程。桥梁跨度与主塔高度不断刷新，

主墩承台越做越大，大体积混凝土的精细化施工与裂缝控制格外重要。刘海峰等人[1]分析

圆形承台施工初期水化热温度场变化，提出采用低热高强水泥、延长混凝土凝结时间至30h、

布设冷却水管等措施。万华等[2]人以南洞庭湖大桥为例研究采用减少分层浇筑厚度、控制

混凝土入模温度、加强温度监控等措施控制大体积混凝土的温度裂缝。谭昱等人[3]以港珠

澳大桥为例通过密实骨架堆积和采用高效减水剂的方法，设计了胶凝材料含量少、绝热温升

低、抗裂性能好的大体积混凝土配合比。蔡文俊等人[4]以沪通长江大桥为例通过数值模拟

确定夏季高温条件下承台大体积混凝土最大绝热温升、冷却水管对流换热系数等关键参数，

为大体积混凝土温度场建模分析提供指导。杨慧涛[5]以洛河大桥为例运用Midas/civil对异

型拱座大体积混凝土进行仿真建模，对冷却水管布设、水流参数、边界设定、施工过程等因

素进行温度场仿真分析。李凌旭等人[6]对大体积混凝土温度裂缝的产生机理进行研究，探

讨结构设计、力学性能、材料组分、施工工艺等因素与温度应力之间的相互关系，突出冷却

水管法、设置永久变形缝、温度后浇带等施工方法的积极作用。本文以杨梅洲特大桥为例全

过程地研究主墩承台大体积混凝土的施工技术要点，旨在为类似工程实践提供借鉴。

二、工程概况

湘潭杨梅洲大桥全长2129.04m，主跨采用658m双塔混合梁实现一跨过江，是目前湘江上

单跨最大的斜拉桥，西边跨210m，东边跨240m，引桥采用55m、30m预应力混凝土连续箱梁。

22#、23#主墩高181m，主墩承台总厚度8m，由上下两部分组成，下部为直径 36m 的圆柱，

厚度为 5m；上部为底部直径 36m、顶部直径 28m 的圆台，厚度为 3m。主墩承台混凝土标

号为C30，累计方量7513m3，属于典型的大体积混凝土构件。大体积混凝土内部水化热大量集

聚，构件内外温差较大，结构内部会产生较大温度应力，当超出混凝土的抗拉应力强度时会

产生温度裂缝，影响结构强度与耐久性。

图 1 杨梅洲大桥总体设计图

图 2 杨梅洲大桥 22#主墩承台断面图（单位：cm）

三、原材料选择

水泥采用湖南韶峰南方P.O42.5普通硅酸盐水泥，其比表面积326m2/kg，28d抗压强度

51.6Mpa，铝酸三钙含量6%，各项指标满足规范要求，并且水泥进场温度不得高于60℃。

碎石采用湖南益丰采石场碎石，按三级碎石掺配，5～10mm：10～20mm：16～31.5mm掺

配率分别为10%：40%：50%，满足连续级配要求，针片状颗粒含量2.6%，含泥量0.7%，压碎

值18.6%。河砂采用立华行砂场河砂，细度模数2.59，含泥量1.9%。此外，碎石、河砂应采

取必要的降温措施。

拌合水为饮用水，PH值6.0，氯化物含量56mg/L，各项指标满足规范要求。因施工期夏

季高温，故拌合水需提前降温至20℃以下，以保证混凝土入模温度不高于28℃。

减水剂采用上海高铁化学GTS-102聚羧酸高性能减水剂，28d收缩率比98%，凝结时间应

在实际温度下进行检测，根据施工时间长短调整凝结时间长短。此外，注意减水率不是越大

越好。

掺合料采用粉煤灰和矿粉双掺，适当减少水泥用量。粉煤灰采用湘潭飞宏Ⅱ级F类粉煤

灰，细度（45μm方孔筛筛余）17.8%，矿粉采用湖南华新S95型粒化高炉矿渣粉，对矿粉细

度适当控制防止干燥裂缝。

四、配合比设计

（一）混凝土性能要求

主墩承台C30大体积混凝土应具有良好的和易性，坍落度宜为160～200mm，2h坍落度损

失小于40mm，砂率适中，粘聚性良好，无泌水情况。根据混凝土供应能力及浇筑工艺，其初

凝时间不小于13h，混凝土入模温度应低于28℃。同时，考虑经济因素和耐久性要求，每方

混凝土胶凝材料总量275～500kg，最大水胶比0.55，用水量不宜大于175kg。

（二）配合比设计

根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)计算基准配合比。以基准配合比为

依据，水胶比上下调整0.05，用水量应保持不变，砂率分别增加和减少1%，作为平行配比

检测混凝土强度和工作性能，见表1。

表1 主墩承台C30大体积混凝土配合比试配

序

号

水胶

比

砂

率

%

水泥

kg/m3

粉煤灰

kg/m3

矿粉

kg/m3

砂

kg/m3

碎石

kg/m3

水

kg/m3

减水

剂

kg/m3

坍落

度

mm

7d

强度

Mpa

28d

强度

Mpa

1 0.45 37 238 92 37 691 1177 165 3.67 190 29.6 48.8

2 0.50 38 215 82 33 724 1181 165 3.30 190 21.2 39.2

3 0.55 39 195 75 30 755 1180 165 3.00 200 19.8 37.8

考虑95%的保证系数，C30混凝土的配制强度为38.2Mpa，同时考虑减少胶凝材料用量，

降低混凝土绝热温升，最终选用水胶比=0.50, 砂率38%，C：F：SL：S：G：W：WJ=215：82：

33：724：1181：165：3.30的C30大体积混凝土配合比用于杨梅洲大桥主墩承台施工。

五、冷却水管布设

冷却水管采用直径50mm壁厚1.5mm钢管，转弯接头采用直径50mm钢丝塑胶管。主墩承台

累计浇筑三次，共布设6层冷却水管，竖向间距90～100cm，水平间距100cm，单根钢管长度

不宜超过200m，进出口宜集中布置。浇筑前，需压水试验，防止管道漏水、阻水。冷却水管

布置见图3～6。

图 3 冷却水管竖向布设图（单位：cm）

图4 第1~4层冷却水管平面布设图（单位：cm）

图5 第5层冷却水管平面布设图（单位：cm）

图6 第6层冷却水管平面布设图（单位：cm）

基于上述冷却水管布设方案，采用midas水化热模块分析未布设冷却水管和布设冷却水

管两种工况下承台温度场分布。承台分次浇筑间隔时间取14d，承台混凝土强度等级为C30，

绝热温升取50℃（现场试验），混凝土入模温度取15℃，边界对流系数取12kcal/m2.h.℃，冷

却水管入口温度为13℃，冷却水管流速取0.2m/s。

（一）主墩承台第 1 次浇筑

未布设冷却水管时，承台混凝土最高温度54.6℃，出现在第96h，最大温差26.5℃；布

设冷却水管时，最高温度将为46.2℃，出现在第72h，最大温差17.6℃，符合规范要求。见

图7～8。

图7(a) 未布设冷却水管温度场分布

图7(b) 布设冷却水管温度场分

图7 主墩承台第1次浇筑温度场分布

图8(a) 两种工况下温峰随时间变化 图8(b) 两种工况下温差随时间变化

图8 主墩承台第1次浇筑温度变化

（二）主墩承台第 2 次浇筑

未布设冷却水管时，承台混凝土最高温度66.2℃，出现在第84h，最大温差33.3℃；布

设冷却水管时最高温度降为54.7℃，出现在第72h，最大温差21.0℃，符合规范要求。见图

9～10。

图9(a) 未布设冷却水管温度场分布

图9(b) 布设冷却水管温度场分布 图9 主墩承台第2次浇筑温度场分布

图10(a) 两种工况下温峰随时间变化 图10(b) 两种工况下温差随时间变化 图10 主墩承台第2次浇筑温度变化

（三）主墩承台第 3 次浇筑

未布设冷却水管时，承台混凝土最高温度66.2℃，出现在第96h，最大温差34.3℃；布

设冷却水管时最高温度降为55.6℃，出现在第72h，最大温差22.7℃，符合规范要求。见图

11～12。

图11(a) 未布设冷却水管温度场分布

图11(b) 布设冷却水管温度场分布 图11 主墩承台第3次浇筑温度场分布

图12(a) 两种工况下温峰随时间变化 图12(b) 两种工况下温差随时间变化 图12 主墩承台第3次浇筑温度变化

综上所述，主墩承台大体积混凝土冷却水管布设方案合理，能快速有效降低温峰，缩小

内外温差，满足规范要求并且高温分布区域大大减少，有利于避免温度应力过大而产生温度

裂缝。

六、混凝土浇筑工艺

（一）浇筑准备

现场布置两台泵车同时浇筑，每台泵车配3～4台罐车，同时准备1台备用泵车。采用50

型振捣棒。

（二）浇筑要点

混凝土浇筑从承台中间向四周推进，每层浇筑厚度50cm。上层混凝土振捣时需将振捣

棒插入下层混凝土5～10cm，每处振捣快插慢拔，混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面泛

浆时为止。

初期入模混凝土坍落度要适当放大，在靠近承台表面收面前混凝土坍落度逐步缩小，防

止承台上表面浮浆过厚。若遇降雨，则在侧模上开孔导流排水，并及时做好封堵。

混凝土浇筑至冷却水管顶面后开始通水循环。用流量计控制水流流速。冷却水管进出口

水的温差为 3~6℃，每天改变一次水流方向，尽可能压低各个断面上的水化热温升。

（三）承台养护

承台第一层、第二层混凝土初凝后，承台顶面蓄水养护，承台侧面前期带模洒水养护，

后期蓄水养护；承台第三层混凝土初凝后，先进行多次抹面至抹不动后覆盖土工布洒水养护。

养护时间可根据温度监测结果进适当调整。杨梅洲大桥23#主墩承台第三次浇筑见图13。

图13 杨梅洲大桥23#主墩承台第三次浇筑

七、施工信息化监控

（一）温度监测系统

温度监测系统由用户计算机、计算机端监测软件、数据适配器（电源系统、数据收发）

及电源传输线、现场数据采集器、数据传输线及传感器组成，见图14。

图14 温度监测系统组成示意图

（二）温度测点布设

按照承台平面对称轴线的半条轴线为测试区，监测点按平面分层布置。水平方向每层布

设7个温度测点，见图15。其中1#和7#测点为表层测点（距离混凝土外表面5cm），2~3#、5~6#

测点为内部测点，4#测点为中心测点。

图15 承台温度测点水平布设示意图

同理，沿承台厚度方向布设表层、底层和中间温度测点。混凝土第一、二浇筑层内部温

度测点竖向布设见图16，第三浇筑层内部温度测点竖向布设见图17。

图16 第一、二浇筑层温度测点竖向布设示意图（单位：cm）

图17 第三浇筑层温度测点竖向布设示意图（单位：cm）

除上述混凝土内部测点之外，以下几个位置也将布设温度测点：① 空气中布设2个温度

传感器（环境温度测点）；② 保温层下布设2个传感器；③ 蓄水池中布设2个温度传感器（进

水口温度测点）。

（三）温度监控方案

通水施工过程中，技术人员对水管流量、进出水口水温度、测点温度定期测量记录，

数据每日上报。具体监控方案如下：

① 浇筑后3天内，前24h每1h观测1 次，24h后每2h观测1次。

② 浇筑3天后，每6h观测1次。

③ 浇筑7天后，每12h观测1次。

④ 混凝土的出机温度和浇筑温度每2h观测1次。

⑤ 由技术人员决定是否需要置换冷却水或停止测温。

（四）温控指标

① 混凝土入模温度不大于28℃；

② 混凝土绝热温升值不大于50℃；

③ 混凝土内部最高温度不大于75℃；

④ 混凝土内表温差不大于25℃；

⑤ 表层混凝土温度与环境温差（表面蓄水）不大于20℃；

⑥ 混凝土的降温速率不宜大于2.0℃/d。

八、结果分析

杨梅洲大桥主墩承台分三次浇筑，施工现场温度监控数据见图18。第一次浇筑：混凝土

入模温度26℃，环境温度28℃，第4天出现降温趋势，其内部温度51.26℃，内表温差7.99℃，

降温速率1.8℃/d。第二次浇筑：混凝土入模温度28℃，环境温度33℃，第7天出现降温趋势，

其内部温度49.52℃，内表温差13.7℃，降温速率1.5℃/d。第三次浇筑：混凝土入模温度27℃，

环境温度32℃，第4天出现降温趋势，其内部温度57.17℃，内表温差12.36℃，降温速率

1.8℃/d。

综上所述，主墩承台混凝土各项温度指标符合规范要求，内部最高温度64.30℃，内表最

大温差15.80℃，最大降温速率1.8℃/d，混凝土工作性能良好，坍落度稳定在180~200mm，

初凝时间满足施工需要，混凝土表观紧密，无任何可见裂缝。

图18(a) 主墩承台第一次浇筑温度变化

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20

30

40

50

60

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温度

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时间/d

环境温度

内部温度

表层温度

内表温差

图18(b) 主墩承台第二次浇筑温度变化

图18(c) 主墩承台第三次浇筑温度变化

图18 主墩承台三次浇筑混凝土温度变化统计

九、总结

杨梅洲特大桥是湘江上跨度最大的斜拉桥，其主墩承台最大直径36m，高8m，单个承台

累计方量7513m3，属于典型大体积混凝土结构。为避免出现有害裂缝，论文从原材料选择、

配合比设计、冷却水管布设、混凝土浇筑工艺、施工信息化监控等方面系统阐述各项施工控

制要点与注意事项，旨在为类似工程实践提供参考与借鉴。结果显示，杨梅洲特大桥主墩承

台混凝土各项温度指标均符合规范要求，现场检验无任何可见裂缝。

参考文献

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[4] 蔡文俊， 马建林， 李军堂等. 桥梁承台大体积混凝土温度控制数值模拟研究[J]. 铁道

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术， 2017. 作者简介：蔡晓男，上海交通大学岩土工程博士，现就职于中交三航局二公司，主要研究方

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