1.前言
西堠門大橋是舟山大陸連島工程中的第四座大橋，北端連接冊(cè)子島，南端連接金塘島，橫跨西堠門水道，為主跨1650m的大跨徑懸索橋。其南北承臺(tái)混凝土平面尺寸為16.8×22.8m、高7m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量約2643m3，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30.南北承臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)，承臺(tái)底部為12根Ф2.8m嵌巖樁。
大體積混凝土由于水化熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個(gè)階段，在這個(gè)階段中混凝土的體積亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂能力，混凝土就會(huì)開裂。
為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)主要從兩方面著手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性；二是減小外力、溫度、約束等作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的效應(yīng)。
大體積混凝土施工主要難度在于如何控制水化熱，避免混凝土開裂或造成過(guò)大的溫度應(yīng)力。目前采用的通用辦法就是優(yōu)化配合比，調(diào)節(jié)混凝土材料的入模溫度，混凝土內(nèi)部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，合理劃分澆筑高度及澆筑順序，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)等措施。
2.混凝土配合比優(yōu)選及原材料選擇
為使大體積混凝土具有水化熱低、可泵性好、體積穩(wěn)定性好、抗侵蝕性和抗裂性能優(yōu)良等性能，砼進(jìn)行如下試配：
2.1水泥：選用采用華新32.5礦渣硅酸鹽水泥，備選南京雙猴32.5礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。
2.2粉煤灰：選用諫壁電廠I級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.3外加劑：選用江蘇建科院JM-2緩凝高效降水劑，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.4砂子：選用福建閩江砂，其性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.5石子：選用鎮(zhèn)海大東方石場(chǎng)石子，其物理、化學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.6水：自來(lái)水。
2.7砼的水膠比為0.414，經(jīng)過(guò)多次試配及監(jiān)理試驗(yàn)室平行試驗(yàn)，確定C30泵送砼每立方材料用量：水泥259kg、中砂759kg、碎石1069kg、水153.2kg、粉煤灰111kg、外加劑2.22kg；坍落度為80～185mm.
3、大體積混凝土溫度應(yīng)力仿真計(jì)算
大體積砼施工的關(guān)鍵是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為了驗(yàn)算砼溫差和砼收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是否超過(guò)當(dāng)時(shí)承臺(tái)砼的極限抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行了防裂理論計(jì)算：
3.1數(shù)值模型
計(jì)算中使用的絕熱溫升、彈性模量、徐變度的數(shù)值模型分別為：
3.1.1絕熱溫升
絕熱溫升公式取雙曲線函數(shù)
3.1.2 彈性模量
3.1.3徐變度
3.2混凝土材料參數(shù)
承臺(tái)混凝土彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。
表3－1混凝土物理熱學(xué)參數(shù)
工程部位 混凝土標(biāo)號(hào) 彈模增長(zhǎng)
指數(shù) 最終彈模
（×104MPa） 熱脹系數(shù)
（10-6/℃） 混凝土絕熱溫升（℃）
承臺(tái) C30 0.15 3.4 8.46 32.0
表3－2混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度取值表（MPa）
齡期（d） 7 14 28 60
C30 1.21 2.15 3.01 3.4
3.3其他計(jì)算條件
u單個(gè)承臺(tái)混凝土平面尺寸為16.8×22.8m，高7m，分四層澆筑，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m、1.5m、2.5m.
u承臺(tái)受12根Ф2.8m樁基約束，計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)彈模取2.4×104MPa.
u計(jì)算時(shí)考慮混凝土表面的保溫，按側(cè)面覆蓋一層聚乙烯卷材和一層彩條布、頂部覆蓋兩層麻袋考慮。
u計(jì)算時(shí)考慮冷卻水管降溫效果。承臺(tái)混凝土共布設(shè)五層冷卻水管，冷卻水管水平間距為0.9m.取C30承臺(tái)混凝土水化熱溫升32℃。
u氣溫資料參考招標(biāo)文件，平均風(fēng)速按6m/s考慮。
u計(jì)算時(shí)考慮徐變對(duì)混凝土應(yīng)力的影響。
3.4計(jì)算結(jié)果
表3－3承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算結(jié)果
工程部位 混凝土標(biāo)號(hào) 溫度（℃） 齡期（d） 內(nèi)表溫差（℃）
承臺(tái)第一層 C30 41.8 2-3 12.5
承臺(tái)第二層 C30 42.0 2-3 12.6
承臺(tái)第三層 C30 42.0 2-3 12.6
承臺(tái)第四層 C30 42.3 1-2 12.6
表3－4承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力特征值（MPa）
齡期
部位 7d 14d 28d 60d 90d 120d
承臺(tái)第一層 0.83 1.25 1.51 1.91 2.32 2.29
承臺(tái)第二層 0.87 1.27 1.55 1.89 2.30 2.26
承臺(tái)第三層 0.87 1.26 1.52 1.85 2.30 2.25
承臺(tái)第四層 0.97 1.24 1.48 1.79 2.32 2.23
對(duì)比表3－2、表3－4可以看出，承臺(tái)分四次澆筑，砼內(nèi)部各齡期主拉應(yīng)力均小于混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，混凝土抗裂安全系數(shù)K≥1.3，能滿足要求。
西堠門大橋是舟山大陸連島工程中的第四座大橋，北端連接冊(cè)子島，南端連接金塘島，橫跨西堠門水道，為主跨1650m的大跨徑懸索橋。其南北承臺(tái)混凝土平面尺寸為16.8×22.8m、高7m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量約2643m3，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30.南北承臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)，承臺(tái)底部為12根Ф2.8m嵌巖樁。
大體積混凝土由于水化熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個(gè)階段，在這個(gè)階段中混凝土的體積亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂能力，混凝土就會(huì)開裂。
為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)主要從兩方面著手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性；二是減小外力、溫度、約束等作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的效應(yīng)。
大體積混凝土施工主要難度在于如何控制水化熱，避免混凝土開裂或造成過(guò)大的溫度應(yīng)力。目前采用的通用辦法就是優(yōu)化配合比，調(diào)節(jié)混凝土材料的入模溫度，混凝土內(nèi)部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，合理劃分澆筑高度及澆筑順序，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)等措施。
2.混凝土配合比優(yōu)選及原材料選擇
為使大體積混凝土具有水化熱低、可泵性好、體積穩(wěn)定性好、抗侵蝕性和抗裂性能優(yōu)良等性能，砼進(jìn)行如下試配：
2.1水泥：選用采用華新32.5礦渣硅酸鹽水泥，備選南京雙猴32.5礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。
2.2粉煤灰：選用諫壁電廠I級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.3外加劑：選用江蘇建科院JM-2緩凝高效降水劑，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.4砂子：選用福建閩江砂，其性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.5石子：選用鎮(zhèn)海大東方石場(chǎng)石子，其物理、化學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。
2.6水：自來(lái)水。
2.7砼的水膠比為0.414，經(jīng)過(guò)多次試配及監(jiān)理試驗(yàn)室平行試驗(yàn)，確定C30泵送砼每立方材料用量：水泥259kg、中砂759kg、碎石1069kg、水153.2kg、粉煤灰111kg、外加劑2.22kg；坍落度為80～185mm.
3、大體積混凝土溫度應(yīng)力仿真計(jì)算
大體積砼施工的關(guān)鍵是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為了驗(yàn)算砼溫差和砼收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是否超過(guò)當(dāng)時(shí)承臺(tái)砼的極限抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行了防裂理論計(jì)算：
3.1數(shù)值模型
計(jì)算中使用的絕熱溫升、彈性模量、徐變度的數(shù)值模型分別為：
3.1.1絕熱溫升
絕熱溫升公式取雙曲線函數(shù)
3.1.2 彈性模量
3.1.3徐變度
3.2混凝土材料參數(shù)
承臺(tái)混凝土彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。
表3－1混凝土物理熱學(xué)參數(shù)
工程部位 混凝土標(biāo)號(hào) 彈模增長(zhǎng)
指數(shù) 最終彈模
（×104MPa） 熱脹系數(shù)
（10-6/℃） 混凝土絕熱溫升（℃）
承臺(tái) C30 0.15 3.4 8.46 32.0
表3－2混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度取值表（MPa）
齡期（d） 7 14 28 60
C30 1.21 2.15 3.01 3.4
3.3其他計(jì)算條件
u單個(gè)承臺(tái)混凝土平面尺寸為16.8×22.8m，高7m，分四層澆筑，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m、1.5m、2.5m.
u承臺(tái)受12根Ф2.8m樁基約束，計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)彈模取2.4×104MPa.
u計(jì)算時(shí)考慮混凝土表面的保溫，按側(cè)面覆蓋一層聚乙烯卷材和一層彩條布、頂部覆蓋兩層麻袋考慮。
u計(jì)算時(shí)考慮冷卻水管降溫效果。承臺(tái)混凝土共布設(shè)五層冷卻水管，冷卻水管水平間距為0.9m.取C30承臺(tái)混凝土水化熱溫升32℃。
u氣溫資料參考招標(biāo)文件，平均風(fēng)速按6m/s考慮。
u計(jì)算時(shí)考慮徐變對(duì)混凝土應(yīng)力的影響。
3.4計(jì)算結(jié)果
表3－3承臺(tái)混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算結(jié)果
工程部位 混凝土標(biāo)號(hào) 溫度（℃） 齡期（d） 內(nèi)表溫差（℃）
承臺(tái)第一層 C30 41.8 2-3 12.5
承臺(tái)第二層 C30 42.0 2-3 12.6
承臺(tái)第三層 C30 42.0 2-3 12.6
承臺(tái)第四層 C30 42.3 1-2 12.6
表3－4承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力特征值（MPa）
齡期
部位 7d 14d 28d 60d 90d 120d
承臺(tái)第一層 0.83 1.25 1.51 1.91 2.32 2.29
承臺(tái)第二層 0.87 1.27 1.55 1.89 2.30 2.26
承臺(tái)第三層 0.87 1.26 1.52 1.85 2.30 2.25
承臺(tái)第四層 0.97 1.24 1.48 1.79 2.32 2.23
對(duì)比表3－2、表3－4可以看出，承臺(tái)分四次澆筑，砼內(nèi)部各齡期主拉應(yīng)力均小于混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，混凝土抗裂安全系數(shù)K≥1.3，能滿足要求。