黄埔大桥温控方案

1、PAGE PAGE 61广州黄埔大桥锚碇大体积混凝土温控方案武 汉 理 工 大 学2005年10月广州黄埔大桥锚碇大体积混凝土温控方案一、概述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。 其中南汊桥南锚碇如附图1所示，主体结构包括基坑底板、填芯混凝土、顶板，以及锚体等。锚碇基坑底板、填芯混凝土、顶板，以及锚块、散索鞍支墩均属大体积混凝土结构，由于混凝土的水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期，降温期和稳定期三个阶段，在这个过程中混凝土的体积在温度变化

2、影响下亦随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力将导致混凝土开裂；因此为了提高混凝土施工质量，保证大桥长期安全地使用，必须采取温控措施以防止温度裂缝的产生,为此特制定本温控方案及实施细则，施工单位必须据此制定出详尽的锚碇施工实施细则。二、锚碇部位大体积混凝土配合比1、C30微膨胀大体积混凝土使用部位：锚碇基坑底板、顶板后浇带表1 C30微膨胀大体积混凝土配合比编号各组分用量（kg/m3）初凝时间（h）坍落度（cm）抗压强度（MPa）抗渗等级水水泥粉煤灰矿粉膨胀剂砂石减水剂0h1h7d28d117524014003072410867.41821.01

3、62438S1421751601401203070810628.12021.5182236考虑降低大体积混凝土的水化温升，采用第2组配合比较优，并根据施工时气温和原材料实际情况建议，减水剂掺量可在胶凝材料总重的1.8%2.0%范围内进行调节。2、C30大体积混凝土使用部位：锚碇基坑顶板、桥塔承台表2 C30大体积混凝土配合比编号各组分用量（kg/m3）初凝时间（h）坍落度（cm）抗压强度（MPa）抗渗等级水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂0h1h7d28d118022011012070810628.11822.01828.040.2S12218016015014070810628.12122.0192

4、3.535.8考虑降低大体积混凝土的水化温升，采用第2组配合比较优，并根据施工时气温和原材料实际情况建议，减水剂掺量可在胶凝材料总重的1.8%2.0%范围内进行调节。3、C20大体积混凝土使用部位：锚碇基坑填芯混凝土表3 C20大体积混凝土配合比编号各组分用量（kg/m3）初凝时间（h）坍落度（cm）抗压强度（MPa）水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂0h1h7d28d11751401401007301009520211818.830.5原材料：水泥：广州水泥厂金羊牌PO32.5R水泥粉煤灰：广州电厂II级灰膨胀剂：安徽淮南矿物局大通速凝剂厂生产的UEA膨胀剂，限制膨胀率3104矿粉：广东番禺矿粉厂，

5、比表面积500m2/kg 砂：中砂，细度模数2.62.8石：5-25mm连续级配碎石减水剂：江门WH高效减水剂三、混凝土浇筑分层锚碇结构中浇筑量较大的部位包括基坑垫层、基坑底板、基坑填芯混凝土、基坑顶板，以及锚体。根据工程经验，同时考虑现场施工条件和原材料供应情况，将上述部位混凝土浇筑施工分层如下，并结合施工时间、混凝土力学参数、气温、冷却水通水方式及时间等进行温控计算，验证分层的合理性。（一）基坑垫层混凝土基坑垫层混凝土为C20强度等级，浇筑厚度应根据开挖的实际地质情况作适当调整，但最小厚度不小于20cm。垫层混凝土总浇筑量近1200m3，一次浇筑完毕，施工时间约1d。（二）基坑底板混凝土基

6、坑底板为一直径近66m、高5m的混凝土圆柱体，混凝土为C30微膨胀混凝土，混凝土总方量为16899m3，浇筑工作量大，考虑现场施工条件及原材料供应情况，建议分两层浇筑，每层2.5m，分层示意图如附图2所示。每层浇筑时间约1d，第一层浇筑完6d之后进行第二层浇筑施工。（三）基坑填芯混凝土基坑填芯混凝土为C20强度等级，浇筑总方量为44900余m3,分成八层浇筑，各层厚度依次为2m、2m、2m、2m、2m、2m、1.5m、2m，分层示意图如附图3所示。每层浇筑时间约1d，下层浇筑完5d之后进行上一层混凝土浇筑施工。（四）基坑顶板混凝土基坑顶板混凝土为C30强度等级，混凝土浇筑总方量17418m3，

7、顶板立面分3层浇筑，每层厚度依次为1m、2m、2m，每层平面等分为四块，穿过整个平面中心点（即圆心）预留相互垂直交叉的两条后浇带，宽度为2m，分层分块示意图如附图4所示。每层浇筑时间约1d（四块同时浇筑），下层浇筑完6d之后进行上一层混凝土浇筑施工。各层混凝土浇筑完毕之后30天后进行后浇带的浇筑施工。（五）锚体大体积混凝土锚体大体积混凝土方量巨大，施工时间长。总体而言，锚体大体积混凝土施工分成散索鞍支墩和锚块两大部分，散索鞍支墩分上下游各一座，锚块由后浇带等分为两部分。上下游散索鞍支墩立面各分成16层，分别为B1B16、D1D16层；两大锚块立面各分成16层，分别为A1A16、C1C16层。详

8、见附图5所示。每层浇筑时间1d，下层浇筑完6d之后进行上一层混凝土浇筑施工。锚块最后一层浇筑完毕1月之后进行后浇带的浇筑施工。四、温控计算4.1 计算条件4.1.1 施工时间及进度等施工时间：2005年10月上旬2006年4月下旬；浇筑层厚：按上文所述分层进行施工进度：按上文所述施工进度进行浇筑温度：混凝土入模时不超过28；放热系数：=14W/m2。导温系数：0.07 m2/d。线膨胀系数：8.910-6/.4.1.2 混凝土力学参数混凝土重度 2400kg/m3混凝土绝热温升：Tr（t）=WQ0（1-e-mt）/C 混凝土弹性模量：混凝土徐变度：4.1.3气温 ，另外加3辐射热（侧面不加）。

9、4.2 计算结果4.2.1锚碇基坑底板大体积混凝土温控计算4.2.1.1 温度 计算结果为锚碇基坑底板内最高温度48.01。温度场历时图如图1所示。网格剖分图底板混凝土第一层3天出现温峰底板混凝土第二层3天出现温峰底板混凝土内部最高温度包络图底板混凝土基础温差图1 底板混凝土温度场表4底板各层最高温度第一层第二层温度/46.6248.014.2.1.2 温度应力底板混凝土温度应力发展图见图2。底板第一层3天应力场底板第一层7天应力场底板第一层14天应力场底板第一层28天应力场底板第二层3天应力场底板第二层7天应力场底板第二层14天应力场底板第二层28天应力场底板混凝土后期应力场X向底板混凝土后

10、期应力场Y向底板混凝土后期应力场Z向底板混凝土后期主拉应力场单位（T/m2=0.01Mpa）图2 底板混凝土温度应力场各层最大主应力见下表表5第一层最大主应力值（MPa）龄期371428后期应力0.210.411.031.151.49表6第二层最大主应力值（MPa）龄期371428后期应力0.100.340.570.831.174.2.2锚碇基坑顶板大体积混凝土温控计算4.2.2.1温度 计算结果为锚碇基坑顶板内最高温度45.8。温度场历时图如图3所示。网格剖分图顶板混凝土第一层3天出现温峰顶板混凝土第二层3天出现温峰顶板混凝土第三层3天出现温峰顶板混凝土内部最高温度包络图顶板混凝土基础温差图

11、3 顶板混凝土温度场表7顶板各层最高温度第一层第二层第三层温度/38.8144.8545.84.2.2.2温度应力顶板混凝土温度应力发展图见图4。顶板第一层3天应力场顶板第一层7天应力场顶板第一层14天应力场顶板第一层28天应力场顶板第二层3天应力场顶板第二层7天应力场顶板第二层14天应力场顶板第二层28天应力场顶板第三层3天应力场顶板第三层7天应力场顶板第三层14天应力场顶板第三层28天应力场顶板混凝土后期应力场X向顶板混凝土后期应力场Y向顶板混凝土后期应力场Z向顶板混凝土后期主拉应力场顶板混凝土后期主拉应力场（带部分内衬和填芯砼）单位（T/m2=0.01Mpa）图4 顶板混凝土温度应力场各

12、层最大主应力见下表表8第一层最大主应力值（MPa）龄期371428后期应力0.400.490.450.571.03表9第二层最大主应力值（MPa）龄期371428后期应力0.250.470.640.761.01表10第三层最大主应力值（MPa）龄期371428后期应力0.270.370.590.841.054.2.3锚块大体积混凝土温控计算4.2.3.1 温度 计算结果为锚碇最高温度42.24。温度场历时图如图5所示。网格剖分图锚块混凝土第一层3天出现温峰锚块混凝土第二层3天出现温峰锚块混凝土第三层3天出现温峰锚块混凝土第五层3天出现温峰锚块混凝土第七层3天出现温峰锚块混凝土第十层3天出现温峰

13、锚块混凝土第十四层3天出现温峰锚块混凝土第十六层3天出现温峰锚块混凝土内部最高温度包络图锚块混凝土基础温差图5 锚块混凝土温度场表11锚块各层最高温度层号温度/138.28239.07341.37440.96541.58641.25741.44841.74938.881038.741138.31237.921337.321442.241541.831640.64.2.3.2 温度应力锚块混凝土温度应力发展图见图6。锚块第一层3天应力场锚块第一层7天应力场锚块第一层14天应力场锚块第一层28天应力场锚块第二层3天应力场锚块第二层7天应力场锚块第二层14天应力场锚块第二层28天应力场锚块第三层3天

14、应力场锚块第三层7天应力场锚块第三层14天应力场锚块第三层28天应力场锚块第十四层3天应力场锚块第十四层7天应力场锚块第十四层14天应力场锚块第十四层28天应力场锚块混凝土后期应力场X向锚块混凝土后期应力场Y向锚块混凝土后期应力场Z向底板混凝土后期主拉应力场单位（T/m2=0.01Mpa）图6 锚块混凝土温度应力场各层最大主应力见下表表12代表性层面最大主应力表（MPa）龄期371428后期第一层0.270.390.420.961.30第二层0.140.370.460.811.15第三层0.190.340.360.811.05第五层0.320.510.370.660.81第六层0.340.45

15、0.510.760.81第八层0.410.470.450.850.80第十四层0.760.810.700.630.51第十六层0.430.490.600.650.444.2.4结果分析根据表13的C30掺粉煤灰混凝土劈裂抗拉强度试验结果和以上混凝土温度应力计算结果，可知混凝土劈裂抗拉强度均大于温度应力值,锚碇基坑底板部位大体积混凝土在施工期内抗裂安全系数大于1.4，在采取有效温控措施并进行合理施工，可以防止锚碇混凝土产生有害温度裂缝。表13掺粉煤灰C30大体积混凝土劈裂抗拉强度龄期（d）71428Rpl(MPa)1.602.803.30五、温度控制标准在仿真计算的基础上，结合以往施工经验制定了

16、混凝土在施工期内不产生有害温度裂缝的温控标准，具体内容如下：1、混凝土最大水化热温升：不超过25；2、混凝土内表温差不超过25；3、相邻块体的混凝土温差不超过25；4、混凝土允许最大降温速率不超过2.0/d。六、混凝土温控措施及实施细则（一）、优化混凝土配合比，合理选材，降低混凝土内部水化热温升。合理选择混凝土原材料：选择级配优良的砂、石料，选择优良的混凝土外加剂，控制混凝土水灰比，降低水泥用量，是降低内部水化热温升的重要环节，因此必须进行配合比优化设计。1、混凝土原材料选择及质量控制（1）水泥：采用广州水泥厂生产的金羊牌P.O32.5R水泥，其用量每m3混凝土不宜超过250kg，最好采用矿粉

17、替代部分32.5R水泥降低混凝土的温升。水泥散袋或袋装入场，水泥使用温度不得超过50，否则须采取措施降低水泥温度，如可要求水泥生产厂家放置一段时间后发货。袋装水泥入场后应按品种、标号、出厂日期分别存放，同时应采取措施防止受潮。水泥应分批检验，质量应稳定。若存放期超过3个月应重新检验。（2）粉煤灰：采用广州电厂II级粉煤灰，质量应符合用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB159691）的规定。（3）砂：采用中砂，含泥量1%，细度模数2.62.8，其它指标必须符合规范规定。砂来源必须稳定，砂入场后应分批检验。（4）石：采用碎石。石子必须为525mm连续级配，来源应稳定。石子必须分批检验并严格控制其含泥量

18、不超过1.0%。如果达不到要求，必须用水冲洗合格后才能使用，其他指示标必须符合规范要求。（5）外加剂：施工方采用减水剂：江门WH缓凝型高效减水剂。外加剂应分批检验，品质应稳定，如发现异常应及时报告。（6）水：拌和用水的水质需通过严格检验并符合有关规范规定。2、混凝土配合比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20h2h。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。根据设计要求和有关规范规定，锚碇大体积采用标准养护条件下90天龄期的抗压

19、强度作为验收和评定的依据。（二）对混凝土施工的一般要求：考虑到混凝土的收缩和温度应力，建议在锚碇大体积混凝土浇筑完之后一个月再进行后浇带施工。为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对混凝土每一施工环节的控制，要求现场人员必须从混凝土拌合、输送、浇筑、振捣到养护、保温整个过程实行有效监控。混凝土施工应严格按照公路桥涵施工技术规范（JTJ041-89）进行，并特别注意以下方面：1、混凝土拌制配料前，各种衡器应请计量部门进行计量标定，称料误差应符合规范要求。应严格控制新拌混凝土质量，使其和易性满足施工要求。坍落度检验应在出机口进行，每班2-3次，拒绝使用坍落度过大和过小的

20、混凝土料。应及时检测粗、细骨料的含水率，遇阴雨天气应增加检测频率，随时调整用水量。2、浇筑混凝土前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查，同时应检查仓面内冲毛情况，及是否有碎碴异物等，检验合格后才能开盘。3、自高处向模板内倾卸混凝土时，为防止混凝土离析，应符合下列规定：（1）当直接从高处倾卸时，高度不应超过2米；（2）当高度超过2米时，应通过串筒，溜管等设施；（3）在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不宜超过1米，即时摊平，分层振捣。4、混凝土应按规定厚度，顺序和方向分层浇筑，必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。如因故停歇，时间超过初凝时间时，仓面混凝土应按工作缝处理。混凝土分层浇

21、筑厚度不宜超过0.3米，并保持从仓面一侧向另一侧浇筑的顺序和方向。5、浇筑混凝土时，应采用振动器振实：（1）使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持5-10cm距离，应避开预埋件或监控元件10-15cm，应插入下层混凝土5-10cm；（2）对每一部位混凝土必须振动到密实为止，密实的标志是：混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。6、在浇筑混凝土过程中，必须及时清除仓面积水。7、严格按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-89）要求进行各层间和各块间水平和垂直施工缝处理。（三）严格按规定的分块进行施工。应当严格按照分块进行施工。混凝土浇筑间歇期应控制在6-7

22、天，因此要求施工单位加强施工组织管理，统筹安排好各块、各层的施工，保证锚锭大体积混凝土做到短间歇、连续施工。若因安装钢支架，某些块的间歇时间超过7天，应通过验算并相应调整温控措施。（四）混凝土浇筑温度的控制混凝土出拌和机后，经运输、平仓、振捣诸过程后的温度为浇筑温度，控制在30以内。在每次混凝土开盘之前，试验室要量测水泥，砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度，计算方法见附1。当浇筑温度超过上述控制标准时，必须利用夜间浇筑混凝土，在夜间20时以后开盘，次日8时以前浇筑完；如果浇筑施工要经历午间高温期，应当在采取遮阳措施下进行施工。炎热季节施工时应持续往泵管上浇水降温，避免日

23、光曝晒及混凝土在泵管中运动时由于摩擦而导致管内混凝土温度升高。必须严格控制混凝土原材料的温度；其中水泥的温度不得高于50，否则必须要求水泥厂家在水泥出厂前放置一段时间或采取其它降温措施；砂、石料要采取遮阳措施，防止太阳直晒；石子温度不超过30，砂温度不超过32，粉煤灰温度不超过35；必要时须对石子采取冷水冲洗及风冷降温等措施；建议拌合水采用流动深水或深井地下水，抽至蓄水池后进一步采取加冰等降温措施，拌合水温应控制在6以下，蓄水池的顶面采用保温隔热材料制成。在炎热季节施工时，必须建有在施工现场建有冰库备用。（五）保温及养护。各层混凝土浇筑完之后立即用湿麻袋覆盖混凝土表面进行养护，一方面避免塑性收

24、缩裂缝的出现，另一方面起到保温的作用；上层混凝土顶面待混凝土终凝后应进行蓄水养护，蓄水深度10-20cm。浇筑前各层间水平接缝施工缝进行处理，并铺设一层钢筋网。当混凝土内表温差超过温控标准或寒潮来临时，混凝土各面应进行表面保温覆盖，建议作法如下：在混凝土表面覆盖两层麻袋，上面再包一层彩条布，并适当推迟混凝土的拆模时间，拆模后涂刷养护液并及时保温覆盖，以满足内表温差要求，且拆模时间应选择一天中较高温度的时刻。待混凝土浇筑到一定的高程后，周边经检查认可及时回填。（六）混凝土内部必须布设冷却水管及其要求。1、冷却水管及其布置在锚碇基坑顶板混凝土、散索鞍支墩混凝土、锚块混凝土中布置冷却水管。冷却水管采

25、用42.33.25mm的输水黑铁管，除散索鞍支墩中第B5B12、D5D12层混凝土不布置冷却水管，散索鞍支墩混凝土B4、B13层，以及基坑顶板第一层布置一层冷却水管外，施工时应在每层混凝土中均布设两层冷却水管，冷却水管分别位于距每层顶面和底面50cm处，冷却水管水平间距1m；其布置示意如附图7。2、埋设冷却水管及其控制要求。（1）冷却水管布设后应进行压水试验，防水管道漏水、阻水；（2）在混凝土浇筑至水管标高后立即开始通水，连续通水15天左右，即第n层混凝土冷却水必须连续通水至开始浇筑第n+2层混凝土，在此期间若混凝土降温速率超过2/d，则停止通水；（3）建议采用42.33.25mm的输水黑铁管

26、作为冷却水管，其流量应不低于30L/min；（4）严格控制进水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温之差。在冷却水管进水温度与混凝土内部最高温之差不超过25条件下，尽量使进口水温最低；因此，在气温较高时（日最高气温超过20），冷却水应使用静置后的集水池内的水，气温较低或冬季施工时，应使冷却水管出水回至集水池内，使再用集水池中的水作冷却水管进水，使进口水温适当升高，以控制温差。（5）单根冷却水管长度控制在150-200m之内。（6）待主体混凝土浇筑后，采用同标号水泥浆封堵冷却水管。为保证冷却水的初期降温效果，施工单位要提前成立专门班子，专人负责，优化冷却水管的管路布置，合理选择水泵，并配

27、备检修人员，准备12台备用水泵，若管路出现故障，应及时排除，保证冷却系统正常工作，施工时，操作人员要听从指挥，及时开启和关闭阀门。七、锚碇温控施工的现场监测为做到信息化温控施工，出现异常情况及时调整温控措施，在混凝土内部布设温度测点，它是温控工作的重要一环。1、混凝土温度测试根据锚锭结构特点和温度场计算成果，拟在各层埋设温度传感器，其测点布置示意见附图10附图18，除散索鞍支墩中第B5B12、D5D12层混凝土不布置测温点外，其余基坑底板、填芯混凝土、基坑顶板、散索鞍支墩及锚块混凝土各层布置一层测温点，位于每层中间高度的平面上（基坑顶板第一层混凝土除外，位于距本层底面30cm高度的平面上），并

28、同时检测大气温度，混凝土浇筑温度。监测所用仪器温度传感器为PN结温度传感器，温度检测仪采用PN-4C型数字多路自动巡回检测控制仪。温度传感器主要技术性能：测温范围-50+150；工作误差+0.5；分辨率0.1；平均灵敏度-2.1（mv/）。（2）现场测试要求在混凝土浇筑前完成传感器的埋设及保护工作，并将电缆接至测试房，保护材料主要为角钢和塑料泡沫。各项测试应在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2小时观测一次，峰值出现后，每4小时观测一次，持续5天，转入每天测2次，直至基本稳定。每次检测完后及时填写混凝土测温记录表。八、温控施工质量保证措施为了使各项温控措施落实到实处，必须建立和健全全面监督、管理机制，严格（“预控”实行温控工作责任制）：1、施工单位必须成立专门的温控管理班子，根据温控单位的技术要求，落实各项技术措施。2、在锚锭大体积混凝土施工之前，施工单位必须做到逐步技术交底，使班组、工人能了解温控的必要性及操作情况；3、温控监测单位将在浇筑下层前将上层温控监