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文档简介
拱座大体积混凝土施工技术交流第1页/共51页主要内容技术交流材料
四、液化氮降温技术五、砼运输、浇注措施
八、无线测温技术
一、工程概况六、冷却水自动循环系统设计与应用七、迈达斯软件仿真模拟
九、实施效果三、原材料及配合比优化二、拱座防裂结构优化第2页/共51页2023/4/10102m102m416m南盘江特大桥位于云南省红河州与文山州交界的南盘江上,桥梁全长852.43m。主桥采用单跨416m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥。南宁2×852.43m43.7m3-42m8-39.5m2-60.9m60.9-104-60.9m昆明5#墩6#墩一、工程概况第3页/共51页
南盘江大桥桥址处于高山峡谷地区,地形陡峻,坡面植被茂密、灌木丛生。拱座处地质为灰岩及泥灰岩,基岩节理较为发育,发育呈现两个不同方向,上部覆粉质粘土覆盖层;年平均气温17.1℃。一、工程概况拱座工程概况第4页/共51页
拱座形式:
5号拱座设计为台阶基础,平面尺寸为48×32m,高度为24m,拱座底部呈台阶状,拱座分为C30底层混凝土和C40核心受力混凝土两部分,共分19次浇注,浇注混凝土数量为3.2万方。一、工程概况拱座工程概况第5页/共51页
6号拱座设计为台阶基础,平面尺寸为48×26m,高度为24m,6号拱座在上游侧因地形地质原因设置5m深5×5m混凝土加强块,基础为明挖扩大基础,拱座与5号拱座同样分为C30底层混凝土和C40核心受力混凝土两部分,共分20次浇注(混凝土加强块一次),浇注混凝土方量为2.6万方。一、工程概况拱座工程概况第6页/共51页7拱座混凝土分次浇注其中C30部分分左右幅浇注,共14次,C40部分5次,每个拱座19次浇注第7页/共51页工程难点:1、南盘江大桥拱座施工周期长达6个月,难以避免在夏季高温季度施工大体积混凝土,要满足施工规范规定混凝土入模温度不大于30℃要求,难度大。2、拱座位于陡坡地形处,场地狭小,无法布置大容量冷却水水池。拱座结构规模大,高度达24m,冷却水水位高差大,冷却系统要同时对四次浇注(上下层入左右幅)的混凝土进行降温,系统设计难度大。一、工程概况第8页/共51页工程难点:3、两个拱座共分39次浇注,施工工期长达6个月,测温数据工作量巨大。传统的人工测温难以满足要求。4、拱座混凝土施工温控防裂措施和环节有多种,如何对这些温控措施在施工前进行综合评估,并将可能采用的方法及参数进行优化优选,十分必要。一、工程概况第9页/共51页针对工程难点的应对措施(技术创新)1、采用液化氮降温技术对拌合站进行改装,保证混凝土入模温度小于30℃;2、设计大流量、小容量、自动控制的冷却水循环系统,满足现场场地狭小状况;3、引入远程无线自动测温技术,将测温主机设在项目分部,及时对大体积混凝土进行自动测温,技术人员可随时进行温控评估;4、应用迈达斯软件对所采用温控措施进行模拟评估、优化。一、工程概况第10页/共51页二、拱座防裂结构优化拱座结构设计可以分成与交界墩及拱圈相接的核心受力部分,C40钢筋混凝土结构,和与地基相接部分的相对低配筋率和低强度的C30混凝土部分。在收到设计院拱座结构咨询图后,我们按照混凝土防裂通常采用的加强约束防裂与通过释放约束防裂原则对结构设计进行了相应的优化。第11页/共51页二、拱座防裂结构优化1、释放约束防裂优化根据拱座C30与C40不同混凝土部分受力状况的不同,C30起着将C40混凝土的整体受力与地基相传递的作用,考虑到此部分结构横桥向长48米,钢筋配筋率为10.33kg/m3,钢筋数量难以约束混凝土收缩应力,为防止拱座砼横桥向收缩开裂,提请设计在结构中部设置断逢,起到释放混凝土结构应力,有效防止混凝土不规则裂缝。建议设计取消拱座核心受力C40混凝土部分与下部C30混凝土部分接碴钢筋,有利于C40混凝土整体相对自由收缩变形。第12页/共51页二、拱座防裂结构优化拱座c30砼部分钢板断缝设计情况示意图第13页/共51页二、拱座防裂结构优化拱座c30砼部分钢板断缝现场施工图片第14页/共51页二、拱座防裂结构优化拱座c40第一层砼与下层没有接楂钢筋第15页/共51页二、拱座防裂结构优化2、加强约束防裂优化拱座C40混凝土部分长边达到40米,为防止后期混凝土收缩及混凝土因徐变在长边方向产生的变形,防止混凝土后期裂缝。建议设计院在沿拱座最长边设置横桥向预应力,预应力在拱座混凝土浇注完成后集中张拉,设计院同意在拱座设置143束300T的横向预应力,预应力张拉后能引起拱座C40混凝土部分1.8mm的收缩变形,可以有效防止混凝土后期裂缝的产生。第16页/共51页二、拱座防裂结构优化拱座C40砼部分横向预应力设置图第17页/共51页三、原材料及混凝土配合比优化水泥:通过多厂家比选,采用云南省壮山实业股份有限公司P.O42.5水泥。主要比选指标有:水泥的水化热、水泥的比表面积。水泥的比表面积越大,水泥与水的水化反应速度就越快,导致水化放热快、使温控困难,混凝土收缩增大,裂缝危险性增大。粗骨料:采用反击破工艺生产的碎石,颗粒形状好,配合比采用三级配组合。第18页/共51页三、原材料及混凝土配合比优化细骨料:细度模数为2.9,粒径在0.315以下的所占的比例为17%。配合比:采用双掺技术,即在混凝土中掺入粉煤灰和聚羧酸高效减水剂。掺入粉煤灰可以降低水泥用量,减少水化热,还能改善混凝土的粘塑性和保水性,同时改善泌水性和离析现象,并提高混凝土抗渗能力和混凝土的后期强度。第19页/共51页三、原材料及混凝土配合比优化高效减水剂,能显著改善新拌混凝土的工作性能;提高混凝土拌合物的流动性;减少水泥用量;保持不泌水、不离析、不分层;提高混凝土的匀质性、可泵性;调节混凝土初、终凝时间。减少胶凝材料用量尤其是水泥用量,相应降低混凝土水化热。聚羧酸独特的优点:低掺量、高减水率,强分散性,与不同的水泥具有相对较好的适应性,低坍落度损失,更好地解决混凝土的引气、缓凝、泌水等问题,混凝土后期强度较高等。现在有一种观点认为,有机高效减水剂在混凝土硬化过程中形成高分子链,有提高混凝土强度的功效第20页/共51页(6)确定配合比如下:强度等级C30混凝土配合比(水胶比0.46)
水泥粉煤灰细骨料粗骨料减水剂水25911183510214.071701.000.433.223.940.0160.66第21页/共51页强度等级C40混凝土配合比(水胶比0.41)水泥粉煤灰细骨料粗骨料减水剂水2901258159964.571701.000.432.813.430.0160.66第22页/共51页四、液化氮降温技术南盘江大桥地处南亚热带或中亚热带气候,夏季气温高达35℃以上,加之高原日照强烈,混凝土入模温度难以保证在30℃以内;为此技术人员经过反得研究,在对比了冰块降低拌合用水,和液化氮对骨料进行降温的试验后;为保证混凝土入模温度控制在规范规定的范围内。技术人员研究决定采用液化氮对拌合站进行改装。第23页/共51页四、液化氮降温技术在拌合机搅拌罐内安装液化氮供应管道,在管道上安装喷头,将液化氮供应管道与现场的小型液氮供气站相连,在混凝土拌合过程中利用液化氮供气站连续向拌合机搅拌罐内注入低温氮气,利用低温氮气对搅拌过程中的混凝土进行降温,根据降温幅度需要,可以通过调节液化氮的供气量来调节混凝土的出仓温度。第24页/共51页现场液化氮供气站液化氮改装混凝土拌和站原理图第25页/共51页四、液化氮降温技术根据现场两台搅拌机的混凝土生产能力每小时能生产70m3/h,白天7.5小时混凝土的生产量为525m3,折算一台YDZ-1000(即1m3)自增压液氮气罐可以将白天生产的525m3混凝土降低混凝土温度为5.2℃可以满足夏季白天气温高和日照强烈条件下将混凝土出仓温度降至30℃以内的要求。根据南盘江特大桥拱座混凝土施工的实际情况,经过反复比选,最终确定选择2台YDZ-1000自增压液氮气罐组成供气站,一台施用,一台用于运输、充气备用。第26页/共51页四、液化氮降温技术有资料报道美国陆军工程师团曾于上世纪40年代发展了预冷骨料的大体积混凝土施工方法,提出了混凝土出机温度应控制在10℃以内时,可有效防止了大体积混凝土裂缝的发生。据了解,一套每天生产能力为5m3的液化氮设备价格约在180万元左右,如水利工程等其他累计更大体量大体积混凝土结构施工中,建议使用配套液化氮生产设备,可以进一步考虑应用液化氮对水泥、混凝土骨料及拌合用水进行预降温,可以缩短因降温所需的拌合时间,完全可以满足混凝土出机温度控制在10℃以内的要求。第27页/共51页五、混凝土运输、浇注措施在混凝土运输罐体外侧加装棉毡,在拌合站及混凝土浇注场地,不断对棉毡进行浇水,防止阳光直射引起罐体升温而至致期中混凝土升温。第28页/共51页五、混凝土运输、浇注措施在拟浇注混凝土现场上方搭设防雨遮阳棚,既可以防止雨天雨水流入混凝土,影响混凝土质量,又可以防止强烈的阳光照射引起混凝土升温和混凝土性能。第29页/共51页五、混凝土运输、浇注措施二次振捣混凝土在浇注振捣后至初凝之前的静停过程中,粗细颗粒上下分布不均匀,形成混凝土的外分层;随着外分层的发展,粗内料周围区域密实度发展不均匀,形成上部区域密实度最大,侧面区域中等,下部区域密实度最小(充水区)的内分层,内外分层的作用结果是在粗骨料下部形成充水区,充水区中含有一部分气体,随着时间增长水分蒸发,就会形成空穴,会严重降低混凝土的强度。第30页/共51页五、混凝土运输、浇注措施间隔一定时间进行的二次振捣,将由于内分层被封闭在粗骨料下部的水囊内的水和气泡释放出来,使得这个充水区重新被水泥浆体所填塞,加之二次振捣后混凝土会很快凝结,形成的结构可以达到一种比较理想的状态。可以增大混凝土的密实度和均匀性和强度。二次振捣间隔时间由试验人员配合现场简易测试为主,一般应按初凝时间稍有提前为宜,以保证混凝土不致于在初凝后再进行二次振捣而受到干扰。第31页/共51页五、混凝土运输、浇注措施二次收面一次提浆后,如再次提浆会对混凝土内部造成扰动,严重影响混凝土强度;为了保证混凝土工作性,混凝土必须具备一定的流动性,这样混凝土内的水分要远远超出混凝土硬化所需水分,提浆后混凝土表面水分较多,第一收面是为了将混凝土表面整平或达到结构要求的形状,第二次收面基本是在初凝时,主要是保证混凝土表面光洁及防止在表面水分蒸发后防止混凝土表面产生干缩裂缝。第32页/共51页五、混凝土运输、浇注措施塑料薄膜及时覆盖塑料薄膜密封,既可有效阻止水泥浆体水分继续蒸发,又可减少水泥石内部与外部的温差。需要注意的是,薄膜材料的周边及材料接头重叠处须用砂等能密封的重物压实,薄膜材料接头须有不小于5厘米的重叠量,在覆盖后的检查中,薄膜内表面应能看到附着有饱和水珠,否则应对薄膜的周边、接头及薄膜是否破损进行检查。第33页/共51页五、混凝土运输、浇注措施在混凝土表面采取保温措施,控制混凝土内外温差及表面与环境温差,避免出现深层裂缝和表面裂缝。混凝土表覆盖草帘和薄膜第34页/共51页六、冷却水自动循环设计与应用由于拱座位于陡坡地形处,无法布置大容量水池,拱座结构体量大,分次浇注次数多,每个拱座最大需要同时对四块先后浇注的混凝土进行降温,按暖通专业计算,要求冷却水流量不能小于32方。且冷却系统要能够适应拱座结构达26m高差的使用。第35页/共51页六、冷却水自动循环设计与应用为此我们在大体积混凝土结构上方设置高位水池,在混凝土构件附近设置低位水池,利用高、低位水池的压力差,将冷却水压入混凝土构件内的冷却水管,采用管道离心泵,将冷却水从低位水池压入高位水池,管道离心泵采用水位感应自动开关,实现了小容量小池,大流量的循环;通过阀门调节循环水量与水泵额定流量相等,即可实现冷却水自动循环。有效克服了人工值守循环系统的不可靠性。第36页/共51页六、冷却水自动循环设计与应用第37页/共51页六、冷却水自动循环设计与应用大体积混凝土分层施工,每层结构不一,浇注上层混凝土时,下层混凝土仍需进行冷却水散热,在C30混凝土浇注过程中,通常需要对4块混凝土进行降温,混凝土构件散热系统在施工过程中不断变化,相应的管道阻力也在变化;考虑到水泵运行需要在一人额定的工作状态下进行,在系统中将水泵设置成由低位水池向高位水池供水的形式,保证循环水泵在一个稳定的工作条件下运行,有利于保证循环水泵长时间有效运行。第38页/共51页六、冷却水自动循环设计与应用测温显示,高、低位水池水温差在1℃左右,主要原因为水循环太快,热量难以在短时间内散发,对应的措施。第39页/共51页七、迈达斯模拟分析采用midas软件对混凝土施工过程和环境进行仿真模拟,根据仿真结果制定合理的施工方案,主要仿真模拟优化的方面有:混凝土分次浇注厚度,模拟发现初次浇注时,由于没有下层混凝土的热效应影响,混凝土芯部温度较低,遂将首次浇注厚度定为4m,其他分次浇注厚度不宜大于3m,结合拱座结构形式进行分次厚度的确定。分次浇注的间隔时间,分次浇注的时间间隔对比了5天、7天、9天,发现间隔7天与间隔9天对混凝土温升影响不大,决定混凝土上、下分次浇注时间不小于7天。第40页/共51页七、迈达斯模拟分析模拟冷却管的布置方案,冷却水管直径的确定,对比模拟了冷却管间距在80×100cm、100×120cm、100×100cm,从最终形成的降温图形看,100×100cm的效果较好,又便于施工控制。冷却水管直径对比了ø25、ø32、ø48等三种直径,结合以往经验最终选定ø32钢管作为冷却水管。冷却水流量对冷却效果的影响;对比冷却水管内水流量发现,当水管中水流量低于2倍紊流流量时,冷却水带走热量的效果较差,为保证降温效果,选取每根钢管流量不小于1.5m3/h计算,冷却水循环系统设计按20根冷却管同时工作设计,即循环水量不小于30m3/h配置。第41页/共51页七、迈达斯模拟分析总体而言,由于水泥的绝热温升和边界条件、气温、湿度等难以精确确定,所以迈达斯对施工进行定量分析结果不是很准确,但可以用来作为方案中各种参数的优化的定性分析,进行方案优化是一种很好的选择。第42页/共51页七、迈达斯模拟分析第43页/共51页八、无线测温大体积混凝土施工,温度测量工作是进行温控的基础工作,也是对方案中制作的各项温控方案效果评判的依据,所以温度测量工作十分重要;南盘江拱座共分39次浇注,测温点按三维坐标中心轴半轴布设,每个浇注块测点基本为15个,每个点测温时间为14天,约有9.83万个测温数据。工作量巨大,采用传统的采用人工进行温度测量会使得测量的数据不能及时真实地反映施工的实际情况,在
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