某公路大桥南塔承台大体积混凝土温控方案

某公路大桥南塔承台大体积混凝土温控方案1.工程概况某公路大桥是沪蓉国道主干线和大庆至广州高速公路湖北段的共用过江通道，位于在黄石长江公路大桥上游980米处，为主跨926米的混合梁斜拉桥。某公路大桥南塔承台结构尺寸为42.0×23.25×8m，方量约7785m3，设计强度C35。南塔共有28根直径2.5米的钻孔桩，桩基深度达86米，形成承台混凝土的约束条件。承台顶面标高21m，与地面线齐平，承台在开挖基坑中施工，便于回填保温。大体积混凝土由于水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这个阶段中混凝土的体积亦随之伸缩，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，混凝土就会开裂。针对某公路大桥南塔承台混凝土特点，某工程设计研究院有限公司根据现场提供的资料及混凝土物理、热学性能的经验取值，计算了南塔承台施工期内部温度场及仿真应力场，并根据计算结果制定了不出现有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。2.混凝土原材料优选及配合比优化优选混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较大的抗裂能力，具体说来，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小、线胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩2.1混凝土原材料优选◆水泥优选大体积混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两个方面的要求。理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载。正是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m3混凝土减少水泥40kg～70kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。◆掺加掺合料使用掺合料的目的在于降低混凝土的绝热温升、提高混凝土的抗裂能力。混合材包括矿渣、粉煤灰等。目前粉煤灰采用较多。在满足设计施工要求的合理范围内，掺较多的粉煤灰有利于混凝土抗裂性能的提高。在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。◆掺用外加剂外加剂有减水剂、引起剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和増塑作用，在保持混凝土塌落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。目前采用的缓凝高效聚羧酸减水剂，兼顾减水、引气和缓凝效果，可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。◆骨料在骨料的选择上应该选取粒径大、强度高、级配好、低热膨胀系数、低吸水率的优质骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。基于以上一些原则和认识，结合某公路大桥的地材条件，初步选择的混凝土原材料为：粉煤灰：阳逻电厂Ⅰ级灰笛砂：上巴河中圆砂，细度模决数培2.8屋碎石扎：银5高-25mm扑一级配香外加剂：武篇汉配LN-SP倘堂或裂唤上海通广久齐2.坑2施混凝土配合比饭优化归承台配比取比较了不同粉常煤灰掺量稿不同外加剂霉的情况吧表秤2-1奥个承闯台孤C3誉5再混凝土试验试但配荷（另kg/m杰3依）乔编号药水泥鹰粉煤灰何砂舱碎石覆水压外加剂祸抗压强度圆（漠MP躲a秆）肾7d驾28d颜1绕344刚86续739.6处1066.4提161.3泼2.15手通广久配33.9包53.6侧2脆344息86赶739.6微1066.4挪161.3涨3.01虏LN-SP锋33.4盯51.7荐3恳301雀129霜739.6棚1066.4隙161.3踏2.15寄通广久砍32.8妇46.3竹4幕301肾129劝739.6赵1066.4员161.3淋3.01巴LN-SP添29.5铲45.6眨外加剂通过绝完热温升试验比指选，推荐采爱用词LN-S菜P症，因为采用它系配制的混凝土思表现出的放热彩速率低于上海狼通广久外加剂确。帮7径天龄期绝热温尸升试验曲线见菌图价1拼。根据该曲线键拟合混凝土放峡热系数为士：尽α很=0.1溪2声、焦β君=1.9锦图劣1莫帮同配比不同外状加剂的绝热温舅升曲线炎经过反复试验块比选，确定推专荐配合比为惯表呆2-2腰舞承触台复C3轿5披混凝土配合比胆（枯kg/m六3影）释水泥母粉煤灰碰砂痰碎石签水躁外加剂乖301绝129哗739.6城1066.4呈161.3增LN-SP帐3.01标该配比混凝土紧劈裂抗拉强度姿及物理热学性铁能试验结果见透表析2-画3灶、孩2-病4皆；鞭表剩2-3飞碌混凝土劈裂抗挤拉强度试验值形（台MP船a址）蓝龄期社（糖d出）舟3邀7岗28宽C35等混凝土逝1.4胁2.1趟3.2颠表肝2-4恭温混凝土物理、互热性能参数试伟验值将混凝土饮等级骆弹模增长指数朽最终弹模造（监MP啦a效）用热胀系数鹅(铸1/英℃询)京比虾确包热誓(滩kJ/kg.墨专℃龟)热混凝土绝热温狗升曲(电℃旱)田C35矩0.17华3.8×10溜4虹8.1×10客-6增1.1秆38.0孙3.仍鞋仿真分析今3架.常1河气象资料栽黄石市位于湖戚北省东南部，干长江中游南岸杀，北滔纬数29°30'皮-波30°20捏'肥，东刮经尸114°13嘴'铺-奏115°30顿'针的中纬度地区目，季风明显，嫁四季分明。受扎季风环流的影月响，其气候特肿征是：冬冷、技夏热，光照充棕足，雨量充沛呈，为典型的亚紧热带大陆性季易风气候。每到愁春、夏季节，值西南暖湿气流泳入侵时就容易祖造成暴雨、大黑暴雨。另外，初也有一些年份筹春夏发生持续离多日的干旱少话雨天气得。誓黄石年平均气滋温擦为共1赏6畏.喇8斧～因1涌7族.江0犬℃澡，趴下表吗3举-1恶为黄石常年平皂均温度表，图抄2埋为历年气温统绝计。插表驰3割-1休黄石月奏平均序气温表裤经锋假月份庸要素旁1瓶月菊2搏月适3烦月正4氏月斯5宇月服6视月组7眉月罢8仅月品9中月权1困0避月迅1寺1饼月招1裂2每月楚全年参平均气稿温剧(扑℃馆)玩4.5怀0伸6.4孔10.6既17.1经22.2浮25.8卖29.0狮28.6意24.0符18.4哈12.2揉6.7镰17.2坡最高气探温搭(群℃分)茶13.7轿23.2圆27.6臣34.9阀33.5悄35.8贯37.5蓬37.4似33.8忙27.7柜27.0考20.4汁37.5棉最低气纠温你(稻℃柱)袄-3.7贴-0.1今4.4择5.6障10.1候16.7倍23.5沫22.1银17.8哪11.1冷2.2喊0蝴-5.1颜-5.1储图蚀2棍布湖北黄石戚地区历年气温砖统计资料陶3牌.菊2荡设计钟资料扛南家塔头承台膀采宾用割C扭35炊混凝土瞎，闲承台义8爬m茅厚度添分讨4.4辜m宏、涝3.6痒m移两次跨浇筑成型佩；承受鸟28麻根伴Φ暮2.涝5闭0m穗钻孔镰灌注择桩汽约束订。爽混凝土物理热卵学性能罗参考牛表凳2-舞4胆；计算时考虑帐徐变对混凝土证应力的影响，愿混凝土的徐变胆取值按经验数副值模型，如下术所示：黑C(t哭,东τ姐)=0.33落3×10互-4患(0.3武0缠＋得4.38裹/唯τ境)(1-e价-0.25愤(t叫-蛛τ璃))+重0.333×秀10亿-4涉(0.25枣2狗＋傍2.04晓/逆τ籍)(1-e减-0.018劫(t也-铸τ利)款)爆；贫其伪中汉:C(t蓄,椅τ宁)括—狭徐变垂度杨(1/MPa事)编；目t哑—佣混凝土龄期运（设d暂）到；字τ槽-讽-提徐变加荷龄期然（谋d弦）。蚕3若.奴3尼仿真计算寸3灿.惹3辅.1案模型参数灶★训丹根据慰南疫塔火承台商的结构对称性闻，取瓦1/4芬模型进行南有限元打剖分计算。筋承台赔计算网格剖分内图见图葛3拥。勉★洁扭南塔承台结构习尺寸业为富42.0×2智3.25×唉8m停，韵拟在竞6周月中旬开始浇筛筑混凝土俘。光★破茂承台姐混凝土受档2就8娇根浙Φ质2.50m检钻孔灌注桩泰约束，估算基阶础弹模为耗3.0前×10卡4宇MPa贱。坝★周售计算时考虑混赶凝土表面的保塔温，胆承台外侧面笨考虑灾处于地面线以闻下纱，风速较小则，搭顶面粘考虑竭覆盖吵塑料薄膜加土虹工布保温保湿冲。成经热工计算侧扒面四等效盖保温系数为珍1销268售撇kJ钟/挺（拴m碍2吧·d广·盾℃下），春顶面糟等效保温镜系数瓣985终kJ认/始（岩m塑2僻·d她·往℃柱）冷。秃★愿岸计算考虑冷却饭水管降温效果乒。首南塔府承台悦共退布设掌六虚层冷却水管，因冷却水管水平牵间距按冲1.赶5势m眉考虑。奋★猎捉参考气猪候眼资料，平均风些速按歼6梯m忆／脱s度考虑。乏★叼回计算时考虑徐早变对混凝土应糕力的影响。族★垮夺混凝土物理热爆学参数取值见聚表种2-赤4撞，混凝土导热村系数估算包为丸206.35露kJ/(m·捕d·渐℃浑)差。驴★疫茅温度及应力计鹰算从浇筑开始勾，模拟之后一狭年的温度应力栗发展。着图桨3品纷南胖塔沫承台策1/4畅网格剖分图诞（廉附挥带碑等效约束基础醒）爱3叙.秃3肯.2倾承台仿真计算建根据施工工期惭，承台权浇筑温度查按移不超过龙2边8完℃插计算，狠在以上钓设定条件下说，针承台励第一层刑内部最高温度虚为追60.9奖℃哭，霜第二层内部最筑高温度为而61.3跪℃捷，温峰出现时式间为院2匙-援3块天龄期大。梨承台他最高温度包络外图见图衰4备。铃承台温度应力忧计算结果见表珍3廊-辉2墓，应力场分布夫见图惧5腊。弯图胳4趋孝承台泥最高温度包络插图配表端3扮-宅2盟运承台笑温度应力场结撞果趟（肿施工期睁工况烦，气温稳定隙）部位龄期部位龄期舍3d奔7d胖14d游28d教一年族承台并第一层边1.券25缸1.捡16竹1.74名1.69积1.搂58筝承台云第二层疑1.2馅0寺1.10抗0.68她0.80圾0.辛58著安全系数幼1.狮1瞧2飘1.趟81毁1.书38季1.苏89兽2.02求A戏1脸：眉承台金第一层舌3缸天应力场亚B险1容：慨承台胸第一层悟7竭天应力场角C污1盟：悼承台乳第一层捡2仍8犁天应力场旱A申2舌：珠承台详第二伤层昼3辱天应力场蓬B胁2返：作承台室第二差层俩7签天应力场变C欲2碑：叉承台宅第二恶层店2班8秒天应力场炒承台一年后的允应力状态临（锅单位灵：舟0.01MP粱a御）塌图目5症努南兔塔焰承台班应力场攻分布图爸结合表样3阁-饭2搅温度应力结果猜、青表膜2-汗3临中柔C虚35斤混凝土抗拉强夹度可知，厘南不塔归承台凳温度应力危险暮点财主要是在早期淘，有一定安全厅系数，玻需要注意早期掏内表温差的控盐制，加强外部史保温和内部散贼热，蚁严格执行温控并措施，做好早触龄期符混凝土流保温养护工作挥，碌可保证及承台轨大体积混凝土卖不出现有害温混度裂缝宜。档4怨.南温控震指标题结合仿真计算同结果和已有现颤场经验，按照在施工流程，从践配合比优化到桂养护完成提出弟以下控制指标蔑：慢4痛.1解混凝土性能应参数啦★足匆C婆3鲁5盟混凝土绝热温桑升小于责38袍℃冒；清★伪C呼3卷5蛙混凝赏土羞2肆8份天初劈裂纷抗拉强度大于遣3.2伪Mpa秃。啄4截.2刺混凝土锡温度氧★即暂水泥温度不得钩高于内6嫁0将℃波；友★违析混凝土浇筑温定度略不高于机2勉8墙℃进；区★务高两层混凝土浇半筑间歇期不超霜过盛1禽0裳天话；控★什摔承台洞混凝土内部最遇高温度控制不损超过追62边℃津。4.3冷却水专★蹈仪冷却水流速应诸达到夸0.65m嫩/题s控以上，流量应丸大于生45预L投/mi蛛n凑；口★付建单根冷却水管研长度不宜超过银150m瞎；召★衰让冷却水温度应灯当稳定，岗承台树冷却漆水温不宜高于免32怖℃降。课4攻.4膨保温养护亡★稍湿内外温差淹控制小于稍2泳0峰℃猛；禁★诵仙混凝土降温速眉率不宜大于漂3帮℃俘/份d牙；莫★童游淋注于混凝土攻表面的养护水间温度炼不坦低于混凝土表作面温度止1鲁5出℃林；慎★扁诞混凝土内部断秀面均温与环境弦温度之差小于挥2伍0阔℃押方可拆模；碎★落握鉴于承台早期绕开裂缝风险较令大，雀上表面宜采用阀保温保湿泉养护，可以减援少表面干缩，呜保持温度稳定店，攀采用塑料薄膜疗加土工布保温逗保湿偷。首5键.沙竖控制措施桨及饱现场监测随大体积混凝土扔温控施工贯穿碍了从混凝土的仁原料材选择、扁配比设计以及差混凝土的拌和笋、运输、浇筑镇、振捣到通水才、养护、保温屑等的全过程，补是一个系统工急程，糟需要施工各个枣环节精心组织茅，紧密配合才铲能达到良好的经控制效果，具缴体有如下几个嚷方面前：神5乡.痒1存混凝土浇筑温械度的控制椅卖降低混凝土的伪浇筑温度对控傲制混凝土裂缝盈非常重要。相刷同混凝土，入沾模温度高的温勺升值要比入模怨温度低的大许线多。在混凝土遭浇筑之前，推可骄通过测量水泥诉、粉煤灰、砂础、石、水的温讽度，估算浇筑货温度。若浇筑请温度不百符合厨控制要求，则辈应采取相措施斗。降低混凝土穷入仓温度的措氏施有：扬◆扮峰水泥使用前应顾充分冷却缓。行◆怜吩搭设遮阳棚，赖堆高骨料、底温层取料、用水渔喷淋粗骨料。寿◆槽简避免模板和新馆浇筑混凝土受砍阳光直射，入驳模前的模板与脱钢筋温度以及授附近的局部气肝温不超招过刚4问0品℃吵，瘦仓面降温届可采取喷雾档或洒水卧措施。恢另外胖，应合理安排盘工期，竭炎热季节氏尽量采用夜间弟浇筑。源◆沟莲当浇筑温度超金过温控设计标留准，粗集料遮亭阳洒水亦不能曲满足温度要求凶时，脸可咐采用加冰措施狼或恒采用榜制冷闭机组阵冷却拌和水。赛◆达帆当气温高于入昨仓温度时，遗可正加快运输和入隶仓速度，减少皮混凝土在运输晃和浇筑过程中泳的温度回升。剪混凝土输送管村外用草袋遮阳攻，并经常洒水简。趟◆疫被混凝土升温阶茅段，为降低最戏高温升，可对巡模板及混凝土刊表面进行冷却醋，如洒水降温赌、避免曝晒等躬，但洒水水温招与混凝土表面送温差应不大于脱1冬5闸℃春，不造成冷冲槽击为宜。困5孤.普2府冷却水管的埋菌设及控制由5钱.宣2早.1侮水管位置塌根据混凝土内说部温度分布特屠征及控制最高辜温度的要求，盲承台纤埋设绣六序层冷却水管。怕冷却水管内径位32捉mm绵，摸水管忘水平间距村为申1.异5写m夏。扶水管布置示意伟图见附粘图骗1绪。漂5常.弯2鸡.2谋冷却水管使用棚及其控制搅◆顽挺冷却水管使用吉前进行压水试绒验，防止管道利漏水、阻水；浆◆寒朗混凝土浇筑到泛各层冷却水管校标高后开始通夹水，各层混凝甩土峰值过后尽笋快摆减缓或喇停止通水刊。衡◆当科升温时段套通水流量应使闲流速达到栋0.65m使/鼠s忌以上下，形成紊流，阿降温时段，可进通过水阀控制松减缓通水，使鸦流速减半，水扮流平缓，以层湾流状态冷却混仰凝土私；看5万.抽3馆盒内外温差控制抖对于大体积混裂凝土，由于水您化放热会使温零度持续升高，肾如果气温不是丹过低，在升温刑的一段时间内趟应加强散热，宅如伯加大通水流量肌、降低通水温竞度阿等。当混凝土栗处于降温阶段鲁则要保温覆盖贱以降低降温速叔率。化为防止温气窄温较低或突遇群大风降温天气惜，畜侧壁麻可峡利用陶模板保温吼，青上表面必可采用塑料薄赛膜加土工布保纵温保湿，条件政允许可蓄水养羞护，蓄水深度待大于直30cm郊。屈侧壁拆模后宜庄尽快回填保温尝，利用地下恒绞温保护承台混划凝土，避免温聚度裂缝。括混凝土保温充产分、时间足够储长，让混凝土侵慢慢冷却，兴拉应力会在孟混凝土拿徐变作用下来部分松驰材，直到温差达枪到允许范围，限可有效控制裂救缝的产生。5.4养护驻混凝土养护包洞括湿度和温度翅两个方面。结按构表层混凝土白的抗裂性和耐半久性在很大程诸度上取决于施头工养护过程中香的温度和湿度折养护。因为水展泥只有水化到纹一定程度才能流形成有利于混智凝土强度和耐而久性的微结构快。目前工程界封普遍存在的问老题是湿养护不子足，对混凝土刃质量影响很大皂。湿养护时间饥应视混凝土材办料的不同组成嚷和具体环境条骂件而定。艰特别是低水胶猫比又掺有大量虾矿物掺和料的川混凝土，为减哑少早期自收缩虫，保证表层混繁凝土有密实的贪微结构，充分堵的潮湿养护过蛛程尤其重要。链湿养护的同时愧，还要控制混听凝土的温度变槽化。根据季节猛不同采取保温嚷和散热的综喝合措施，保证利混凝土内表温妹差及气温与混劝凝土表面的温旬差在控制范围刃内。阔暴露于大气中犁的新浇混凝土辩表面应及时进洲行水养迁护。承台混凝知土上表面末因没有模板保萍护，应覆盖塑配料薄膜和土工犁布保湿匙，人工鹅直接区洒水易造成混仍凝土表型面干湿循环，吴产生干缩裂缝绕。艺5覆.展5说筐施工控制骂为确保大体积泥混凝土施工质旦量，提高混凝莲土的均匀性和惹抗裂能力，必眼须加强对每一调环节的施工控逆制，混凝土施泡工严格按照《止公路桥涵施工杰技术规范》爹（答JTJ041群8激9膀）执行，并特规别注意以下方左面：化◆准皂混凝昏土拌掠制捕配料前，构各种衡器清计瑞量部门进行计钳量标定，称料候误差符合规范巧要求，严格按令确定的配合比驶拌制。愈◆殿乏混凝土按规定边厚度、顺序和扣方向分层浇筑伞，在下层混凝染土初凝前浇筑赴完上层混凝土想。歼◆正券严格按规范要惜求进行层间垂页直施工缝处理买，侧面混凝土港表面钢可寒布涨设防裂金属网害，防止表面裂吧缝的产生四。崖5.6茫稻现场煤监测板畜监测仪器及元归件筝温度检测仪采山用窃JG热Y帜—摩10柳0贿型智能化数字爷多回路温度巡花检仪，温度传袍感器知为废P龙N辰结温度传感器权。咬JG且Y鼓—脏10唯0扒型智能化温度恭巡检仪可自动再、手动巡回检漠测外12倡8零点温度，并具奶有数据记录和慰数据掉电保护敌、历史记录查懂询、实时显示酒和数据报表处芽理等功能。该组仪器测量结果浪可直接用计算鼻机采集，人机贱界面友好，并阵且测温反应灵痒敏、迅速，测恭量准确，主要筹性能指标灭：唇①愧测温范围：窄-50盛℃疾~+乓150棍℃山；稻②疑工作误差分：躲±顿1掉℃仍；狗③仿分辨率：绑0.1壁℃烘；鸭④掌巡检点数功：绩6适4早点腰；桶⑤矩显示方式手：棵LC绢D紧（容240伯×负12怀8佣）庄；瑞⑥绩功耗：捕15炎W内；波⑦悠外形尺寸换：扁230息×赞130更×奖22乱0咱；族⑧魂重量：及≤樱1.5kg箱。义温度传感器的工主要技术性能母：罩①蕉测温范围名：千-5夕0跃℃斑～蚊15习0忧℃屑；毛②轮工作误差箭：庙±容0.伪5不℃对；嫁③糊分辨率：馋0.炎1琴℃姜；买④克平均灵敏度处：赏-2.1mv盆/毫℃摔。压经数十个大型暑工程应用证明面，以上检测仪软器及元器件性指能稳定、可靠沿，成活率着高娃，完全能够满经足工程需要锻。赚馅5酱.杨6仓.2塞检测元件的布孩置尸蹦搅测点的布置按绑照重点突出、股兼顾全局的原穗则。根据结构笼的对称性和温共度变化的一般汉规律，在要南塔承台沿菠桥中心线对称搁的一侧布设测竖点。温度传感却器在每层混凝馋土接近中心线拥上布置，该区轿域能够代表整蜜个混凝土断面壳的最高温度分谢布。在平面内苍，由于靠近表连面区域温度梯汇度较大，因此立测点布置较密福，而中心区域编混凝土温度梯播度较小，因此标测点布置减少配