工程应用实例（修改3稿）

1、第七章 工程应用实例7.1广州黄埔大桥7.1.1工程背景广州珠江黄埔大桥是广州东二环高速公路核心工程，总投资近27亿元。大桥全长7047米，由北汊主跨383米独塔斜拉桥和南汊主跨1108米悬索桥组成，桥宽34.5米，为6车道，并预留远期8车道位置。黄埔大桥成桥效果见图7-1，其锚碇总体示意图见图7-2。图7-2锚碇总体结构示意图图7-1 广州珠江黄埔大桥 为防止混凝土中水泥水化放热温升而产生温度裂缝，以满足设计要求，保证大桥的长期安全使用，受广东长大集团珠江黄埔大桥S10标项目经理部的委托，武汉理工大学承担了广州珠江黄埔大桥南锚锭底板、填芯、顶板、锚块散索鞍支墩及主塔承台、塔座混凝土配合比设计

2、及温控工作。广东黄埔大桥后锚块最长32.0m，宽26.25m，高31.17m，混凝土强度等级为C30。后锚块混凝土总方量约为：C30混凝土41720m3；后锚块分层浇筑，A、C区中间设置后浇带，由微膨胀混凝土填充。锚块大体积混凝土在施工前，首先进行了温控设计。采用大体积混凝土施工期温度场和温度应力场分析程序包进行了温度场和温度应力场计算，提出了防止产生温度裂缝的温控标准和温控措施，并进行了内部温度的监测和监控，以便分析评估混凝土配比合理性和指导混凝土浇筑施工工艺，防止混凝土出现温度裂缝。同时，采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机，模拟黄埔大桥锚碇混凝土的施工工况，对黄埔大桥锚块

3、大体积混凝土的抗裂性能进行了试验分析与评价。7.1.2锚碇混凝土配合比设计（1）混凝土原材料选择水泥：采用广州水泥厂生产的金羊牌P.O32.5R水泥，水泥使用温度不得超过50，否则须采取措施降低水泥温度；粉煤灰：采用广州电厂II级粉煤灰；砂：采用中砂，含泥量1%，细度模数2.62.8；石：采用碎石。石子必须为525mm连续级配；外加剂：施工方采用江门WH缓凝型高效减水剂，减水率为23%；矿粉：广东东莞华润水泥厂生产矿渣粉S95级，比表面积500m2/kg；膨胀剂：武汉浩源外加剂厂生产的HEA。泵送混凝土应具有良好的和易性和粘聚性，不离析、不泌水。初始坍落度宜控制在18cm以上，初凝时间为20h

4、±2h。为满足以上施工要求，确保施工质量，应对锚碇大体积混凝土配合比进行大量试验，按材料实际情况，优选出配合比；同时结合现场施工和材料情况，对配合比进行调整。其中锚块混凝土在13#配合比中进行优选，而后浇带混凝土考虑到其整体施工的要求，需采用C30微膨胀混凝土。（2）C30大体积混凝土配合比表7-1 C30大体积混凝土配合比（kg/m3）编号水水泥粉煤灰矿粉膨胀剂砂石减水剂1165380/80011058.72170260140/70810628.83180140140140/70010529.241751401401203070010429.3表7-2 C30大体积混凝土性能初凝时

5、间（h）坍落度（cm）劈裂抗拉强度（MPa）抗压强度（MPa）0h1h3d7d28d3d7d28d90d1921192.03.53.928.335.640.245.42022201.63.33.725.234.839.749.92122201.83.43.823.530.738.849.62120181.93.53.926.236.341.849.87.1.3混凝土单轴温度应力试验与抗裂性评价（1）温度应力试验试验采用武汉理工大学自行研制的WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机。试验试件规格：1500×150×150mm，试件约束：0100%无级可调，温度测量范围

6、为-2060，控制精度是0.2，裂缝检出范围：0.052.0mm，检出精确度：±0.03mm，位移测量分辨率/精度：0.01m/0.1m，对锚块和后浇带混凝土进行了温度应力测试，从而优选出锚块和后浇带混凝土的配合比，其试验结果见下表7-3。表7-3混凝土温度应力试验结果配合比1234新拌混凝土温度（）26262626第一零应力温度()28.528.228.629.0最大压应力（MPa）1.020.850.561.65最大压应力时的温度()46.941.636.637.1最高温度()48.543.838.139.6温升()22.517.812.113.6升温时间（h）36424644第

7、二零应力温度（）46.040.634.632.1室温应力（MPa）1.931.641.361.28试验历时（h）101112118118开裂应力（MPa）2.462.302.212.32开裂温度（）16.213.08.06.0应力储备（%）21.528.738.544.8（2）混凝土抗裂性评价与锚碇混凝土配合比的选择与配比1相比，配比2各项性能指标均优良，且开裂温度低，说明粉煤灰的掺入极大地改善了混凝土的抗开裂性能。这是由于粉煤灰有降低水化热、减缓降温速率和提高混凝土延性的作用，因而室温应力很低，尽管早期混凝土抗拉强度发展慢，但混凝土的抗裂性较好。配比3为在配合比2的基础上采用矿粉取代部分水泥

8、，在多种胶凝材料协同效应下，混凝土的28d抗压、抗拉强度没有明显降低，而水化放热显著减小，试件的室温应力降低，开裂温度低，应力储备值达38.5%，混凝土抗裂性能好。因此，在广州黄埔大桥锚块大体积混凝土施工时，采用了配合比3制备混凝土。锚碇后浇带混凝土由于其整体施工的需要，施工中采用了配合比4制备的微膨胀混凝土，从上表可以看出，其最高温升小，室温应力低，开裂温度低，应力储备值达44.8%，具有较高的安全系数。7.1.4应用效果作者采用自主研发的WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行了混凝土的温度应力试验，通过混凝土开裂敏感性分析，确定了表7-1中的3#为黄埔大桥锚块大体积混凝土配合

9、比、4#为后浇带混凝土配合比，并通过合理的温控措施，提高了混凝土的耐久性能，降低了混凝土的水化热，减小了混凝土的内外温差和温度应力。施工结果表明，大体积混凝土的施工质量优良，没有出现裂缝，保证了大桥的质量，缩短了施工工期，降低了工程造价，取得了显著的经济效益。其应用效果见图7-3。图7-3 黄埔大桥锚块大体积混凝土7.2四川雅泸高速公路黑石沟大桥、腊八斤大桥7.2.1工程背景图7-5 腊八斤特大桥图7-4 黑石沟特大桥四川省雅安市经石棉至泸沽高速公路的黑石沟特大桥（图7-4）、腊八斤特大桥（图7-5）都为大跨连续刚构钢管混凝土组合高墩混凝土工程。其中黑石沟特大桥主桥为60m+115m+200m

10、+105m连续刚构桥，引桥为8×40m预应力混凝土简支T梁，主桥2#墩和3#墩为主墩，墩高分别为155m和133m，其承台尺寸为：20.5m×24m×5m，属于大体积混凝土结构。腊八斤大桥主桥为105m2×200m105m连续刚构桥，引桥为40m简支T梁桥，主桥桥墩最高墩高为182.5m，引桥墩高为40m117m；主墩采用分幅式钢管混凝土叠合柱，9#、10#、11#为主墩，其承台尺寸为：20.5m×24m×5m，也属于大体积混凝土结构。混凝土的强度等级为C30，需要采取专门措施防止因为混凝土水化热温升而出现温度裂缝，以满足桥梁耐久性设

11、计要求。一般的方法就是采用通冷却水管的方法进行降温，然而这种方法由于存在如下的弊病不能解决根本问题：（1）在大体积混凝土中埋入冷却水管，会存在压浆不实的问题，在水分和空气容易渗入进去，导致产生钢冷却水管及钢筋锈蚀，影响桥梁的承载能力；（2）该桥隶属山区，水资源相对比较缺乏，采用冷却水管的方案需要大量的水分供应，会给工程带来不必要的麻烦，而且水量供应不足就丧失了该方案的作用，还会导致大体积混凝土因为温升过高而产生裂缝；（3）采用冷却水管通水降温的措施，需要电力带动水泵，然而该桥电线的架设比较困难，而且电源难以保证，中断通水会造成混凝土内外温差变大，温度应力增大，从而产生裂缝；（4）冷却水管用量较

12、大，不仅增大了工程成本，还造成了资源的浪费；（5）布置冷却水管，不仅需要耗费大量的人力，且影响工期。武汉理工大学、中国路港集团和四川省交通规划设计院通过实地考察，针对雅西高速公路黑石沟大桥的工程实际，提出了取消冷却水管并能够避免大体积混凝土出现温度和收缩裂缝的技术方案：一方面，通过密实骨架堆积法对混凝土的配合比进行优化设计，采用粉煤灰取代部分水泥，减少了水泥的用量，大大的降低了水泥水化产生的温升，且混凝土经密实堆积设计后，密实度大幅度提高，混凝土的抗渗性能、抗冻性能等也相应的得到加强；同时，通过采用高效聚羧酸系缓凝保塑减水剂，延长了大体积混凝土的初凝时间，致使混凝土的水化放热得以分散，起到了良

13、好的降低水化温升的作用。另一方面，通过采用自主开发的有限元程序大体积混凝土施工期温度场及温度应力场计算程序包对大体积混凝土进行了内部仿真温度场和应力值的计算，通过温度场和应力场分析，并采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行承台大体积混凝土抗裂性能评价，确定了大体积混凝土的配合比和保温养护措施，保证了工程质量，加快了施工进度。7.2.2承台大体积混凝土配合比设计（1）原材料选择水泥：金顶集团峨嵋水泥厂生产的PO42.5水泥；粉煤灰：成都博磊级粉煤灰，需水量比102%；砂：中砂，细度模数2.62.8；石：5-25mm连续级配碎石，针片状含量6%，压碎值6%；减水剂：马贝聚羧酸系高

14、效减水剂，减水率30%；矿粉：武钢S95级矿粉。（2）采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计C30承台大体积混凝土的配合比及性能见表7-4和表7-5。表7-4承台大体积混凝土配合比（kg/m3）编号水水泥矿粉粉煤灰砂石减水剂1150230/16079610993.52155300/10079610993.63160370/80711133.4416012015015076611043.7表7-5承台大体积混凝土性能编号坍落度（cm） 凝结时间（h）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）0h1h初凝终凝7d28d90d3d7d28d1201818202639551.62.33.52211816

15、183141491.82.73.63221912143442472.13.43.94201921222438571.21.93.37.2.3混凝土温度-应力试验及抗裂性能评价（1）温度应力试验通过采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行了承台大体积混凝土的温度-应力试验，测试了表7-4中各种混凝土配合比的最高温升、升降温速率、室温应力、开裂应力、开裂温度，根据测试结果评价混凝土的抗裂性能，试验结果见表7-6。表7-6混凝土温度应力试验结果配合比1234新拌混凝土温度（）26262626第一零应力温度()29.130.229.630.3最大压应力（MPa）0.680.911.02

16、0.53最大压应力时的温度()39.242.348.936.1最高温度()41.744.651.738.9温升()15.718.625.712.9升温时间（h）44403648第二零应力温度()38.341.24735.1室温应力（MPa）1.531.722.051.15试验历时（h）10610198111开裂应力（MPa）2.512.462.282.09开裂温度（MPa）1013198应力储备（%）39301045（2）混凝土抗裂性评价与锚碇混凝土配合比的选择由表7-6试验结果可以看出：2#混凝土的最高温升、室温应力、开裂温度均低于3#混凝土，其应力储备值高于3#混凝土，说明粉煤灰的掺入极大

17、地改善了混凝土的抗开裂性能。这是由于粉煤灰有降低水化热、减缓降温速率和提高混凝土延性的作用，因而室温应力降低，尽管早期混凝土抗拉强度发展慢，但混凝土的抗裂性仍很好。配比1为在配合比2的基础上采用粉煤灰取代部分水泥，降低了水泥的用量，减小了水泥水化放热引起的温升，进一步降低了混凝土的室温应力和开裂温度，提高了混凝土的应力储备值，达39%，混凝土的抗裂性能提高。配合比4为在配合比3的基础上采用矿粉超量取代部分水泥，水泥水化放热引起的温升、混凝土的室温应力和开裂温度最低，应力储备值最高，达45%，混凝土抗裂性能最好。考虑到雅泸高速公路的矿粉来源供应不足，而且配合比1能满足力学性能和工作性能要求，且应

18、力储备值较高，抗裂性能良好，实际工程中选用配合比1进行承台大体积混凝土施工。7.2.4应用效果针对雅泸高速公路黑石沟大桥承台实际工程，通过采用密实骨架堆积混凝土设计方法并结合混凝土的温度应力试验，进行了承台大体积混凝土配合比优化设计，优选出表7-4中的1#配合比进行承台大体积混凝土施工，降低水泥水化温升和混凝土内外温差以及产生的温度应力，从而使得承台大体积混凝土能够取消冷却水管，节省了冷却水管费用2万多元，降低混凝土成本3万多元，加快了施工进度，具有显著的经济效益和社会效益，并且没有产生温度裂缝和收缩裂缝，工程应用效果良好。图7-6 腊八斤大桥9号、雅泸高速公路2号承台7.3 武汉阳逻长江大桥

19、7.3.1 工程背景图7-7 武汉阳逻长江大桥武汉阳逻长江大桥（图7-7）为国道主干线的咽喉，同时还是杭州至兰州重点干线公路及湖北省“四纵两横一环”公路的主骨架。大桥北岸起于该市新洲区的施岗，南岸止于青山区的北湖，建设里程约为十公里，其中桥梁部分长二点七公里，桥面净宽三十三米，总投资近二十亿元人民币。该桥主桥采用主跨为一千二百八十米的双塔单跨悬索桥，这也是武汉市的首座悬索大桥，其跨度居全国第三，世界第八，建设工期为四年。阳逻长江大桥主塔墩承台平面尺寸为21.6m×21.6m，高6m混凝土设计标号为C30。阳逻长江大桥北锚碇由散索鞍墩、锚块组成，构造均属大体积混凝土结构物，顶面标高为4

20、5.0m，底面标高为-1.0m，长70.5m，宽54.0m，高46.0m，混凝土强度等级分别为C30和C40。锚碇混凝土方量为：C30（P12）混凝土80418.4m3，C40(P12)混凝土2367.5 m3，C30微膨胀混凝土4659.7 m3，共计混凝土87445.8 m3；锚碇分为四块浇筑，各块之间采用C30（P12）微膨胀混凝土进行后浇带浇筑。其浇筑分块平面示意如附图所示。北锚碇在施工前，进行了温控设计。采用大体积混凝土施工期温度场和温度应力场分析程序包进行了温度场和温度应力场计算，根据计算，提出了防止产生温度裂缝的温控标准和温控措施，并对阳逻大桥北锚碇进行了内部温度的检测和监控，以

21、便分析评估和指导混凝土灌注工艺的进行。7.3.2 锚碇、承台大体积混凝土配合比设计（1）混凝土原材料选择水泥：第1、2组为华新PS32.5矿渣水泥，矿渣含量为50%，第3、4组为PO42.5水泥，水泥使用温度不得超过50，否则须采取措施降低水泥温度；粉煤灰：阳逻电厂I级灰，需水量比92%，烧失量2.9%；砂：采用巴河中砂，含泥量1%，细度模数2.62.8；石：采用石子531.5mm连续级配碎石； 外加剂：武钢浩源FDN-9001高效减水剂（水剂），减水率为23%；马贝聚羧酸系减水剂，减水率为30%；水：清水；矿粉：广东东莞华润水泥厂生产矿渣粉，比表面积500m2/kg。泵送混凝土应具有良好的和

22、易性和粘聚性，不离析、不泌水。初始坍落度宜控制在18cm以上，初凝时间为20h±2h。为满足以上施工要求，确保施工质量，应对锚碇大体积混凝土配合比进行大量试验，按材料实际情况，优选出配合比；同时结合现场施工和材料情况，对配合比进行调整。（2）C30大体积混凝土配合比表7-7 C30大体积混凝土配合比(kg/m3)编号水水泥粉煤灰砂石减水剂1172380/71510739.4217528012071410719.4317226013071510739.4416523016072810952.6表7-8大体积混凝土性能编号坍落度（cm）凝结时间（h）抗压强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa

23、）0h2h初凝终凝7d28d90d7d14d28d122.51814163343.2471.51.93.82211621222638.5551.41.83.63231820212839.6511.62.03.7421.51718203240.3521.93.23.87.3.3 承台大体积混凝土温度-应力试验及抗裂性能评价（1）温度应力试验通过采用WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机进行了承台大体积混凝土的温度-应力试验，测试了表7-7中各种混凝土配合比的最高温升、升降温速率、室温应力、开裂应力、开裂温度，根据测试结果评价混凝土的抗裂性能，试验结果见表7-9。表7-9混凝土温度应力试

24、验结果配合比1234新拌混凝土温度（）22222222第一零应力温度()25.725.324.825.1最大压应力（MPa）1.030.861.120.94最大压应力时的温度()42.037.141.639.3最高温度()43.039.243.541.5温升()2117.221.519.5升温时间（h）36404246第二零应力温度()41.837.141.538.9室温应力（MPa）1.711.331.821.38试验历时（h）97100103106开裂应力（MPa）2.482.282.552.26开裂温度()136108应力储备（%）3141.728.539注：新拌混凝土温度和室温温度相同

25、（2）混凝土抗裂性评价与锚碇混凝土配合比的选择与配比1相比，配比2各项性能指标均优良，且开裂温度低，说明粉煤灰的掺入极大地改善了混凝土的抗开裂性能。这是由于粉煤灰有降低水化热、减缓降温速率和提高混凝土延性的作用，因而室温应力很低，尽管早期混凝土抗拉强度发展慢，但混凝土的抗裂性仍很好。且所采用的P.S水泥中矿渣掺量高达50%，在多种胶凝材料协同效应下，水化放热小，试件的室温应力低，因此开裂温度低，应力储备值达41.7%，混凝土抗裂性能最好。配合比3、4所用水泥为P.O42.5水泥，其水化温升、开裂温度等均较配合比2高，抗裂性能较配合比2配制的混凝土差，且配合比4采用的减水剂为聚羧酸减水剂，其成本

26、也较配合比2高。因此，综合考虑抗裂性和经济性，在阳逻大桥承台、锚块大体积混凝土施工时，采用了配合比2制备混凝土进行了施工。7.3.4 工程应用效果采用表7-7的配合比2配制混凝土和合理的温控措施，提高了混凝土的耐久性能，降低了混凝土的水化热，减小了混凝土的内外温差和温度应力。施工结果表明，大体积混凝土的施工质量优良，没有出现裂缝，保证了大桥的质量，缩短了施工工期，降低了工程造价，取得了显著的经济效益。图7-8 武汉阳逻长江大桥大体积混凝土7.4广州东沙大桥7.4.1工程背景广州珠江东沙大桥（图7-9）全长为2933 m，宽40 m，双向六车道，投资2.57亿元。主桥为整体箱花瓶式塔混合梁双索面

27、斜拉桥，最大跨径338 m。大桥承台尺寸为长28.0m，宽19.0m，高6.0m，设计混凝土强度等级为C30，浇筑方量为3092m3；属于大体积混凝土。承台分两次浇筑，每次浇筑3 m高度。图7-9 广东东沙大桥为防止混凝土中水泥水化放热温升而产生温度裂缝，以满足设计要求，保证大桥的长期安全使用，受广州东沙至新联高速公路S01标项目经理部的委托，武汉理工大学承担了广州珠江东沙大桥主塔承台混凝土配合比设计及温控工作。承台大体积混凝土在施工前，进行了温控设计。采用大体积混凝土施工期温度场和温度应力场分析程序包进行了温度场和温度应力场计算，提出了防止产生温度裂缝的温控标准和温控措施，并进行了内部温度的

28、监测和监控，以便分析评估混凝土配比合理性和指导混凝土浇筑施工工艺，防止混凝土出现温度裂缝。在混凝土浇筑和养护过程中，特别强调了各项温控措施的落实，在广东长大公路工程有限公司的科学施工管理下，采用武汉理工大学提出的混凝土配合比和温控方案，提高混凝土耐久性和抗渗性，降低水化热，减小混凝土内外温差，施工结果表明，承台大体积混凝土施工质量优良，温控效果好，没有产生温度裂缝。依靠优化混凝土配合比，降低水泥用量，提高矿物掺和料用量，降低混凝土的水化温升，提高泵送施工性能和耐久性能，氯离子渗透系数为1.2×10-12，满足海工混凝土规范对混凝土氯离子渗透系数的要求（1.5×10-12），

29、保证大桥工程质量，缩短施工工期，降低工程造价，取得显著经济效益。7.4.2承台大体积混凝土配合比设计（1）原材料选择水泥：选用粤秀P.O42.5水泥，PO32.5水泥；砂：中砂，细度模数2.43.0。碎石：525mm连续级配，针片状含量8%，压碎值9%，含泥量0.4%。粉煤灰：广州电厂II级灰，需水量比102。减水剂：广州建标外加剂厂生产的FDN-440，减水率为18。矿粉：广东东莞华润水泥厂生产S95矿渣粉，比表面积500m2/kg。（2）采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计泵送混凝土应具有良好的和易性和粘聚性，不离析、不泌水。初始落度宜控制在18cm以上，初凝时间为20h±2h。为满足以上施工要求，确保施工质量，应对承台大体积混凝土配合比进行大量试验，按材料实际情况，优选出配合比；同时结合现场施工和材料情况，对配合比进行调整。根据设计要求和有关规范规定，承台大体积采用标准养护条件下90天龄期的抗压强度作为验收和评定的依据。C30承台大体积混凝土配合比及性能见表7-10、7-11。表7-10承台大体积混凝土配合比（kg/m3）编号水水泥矿粉粉煤灰砂石减水剂1150280521552506316015014013079610993.4表7-11承台大体积混凝土性能