西江水道橋主墩大體積混凝土溫控方案(DOC)

1、精品文檔西江水道橋主墩承臺(tái)施工溫控方案設(shè)計(jì)一、工程概況西江水道橋主墩承臺(tái)尺寸為34.5m（橫橋向）× 24.5m（縱橋向）× 6m（高度），頂標(biāo)高為 +4.53m，底標(biāo)高為 -1.47m 。樁基采用 29 根 2.5m 鉆孔灌注樁（鋼護(hù)筒直徑2.8m），梅花形布置。承臺(tái)采用C40混凝土，單個(gè)主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)方量5597.05m3，封底混凝土采用水下C20 混凝土，鉆孔樁采用C30水下混凝土。如圖1-1 主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)圖。A-A( 橫橋向)BB475D900D4752501501001450100150250300 300 200200300 30007.530004.530033

2、475300950950300475025020077577520025000橋梁中心線0660-1.4700002封底混凝土2D250封底混凝土D25022512×2502252254×50022534502450B-BC52524005256001300600R050302003200R255379502R5D00000005550095250511145R×2500450057039219003005300250022C22512×2502253450AA圖 1.1主墩承臺(tái)構(gòu)造圖主墩承臺(tái)施工屬于大體積承臺(tái)施工，大體積混凝土澆筑后將產(chǎn)生較高的水化熱溫

3、升，形成不均勻非穩(wěn)定溫度場(chǎng)，產(chǎn)生非均勻的溫度變形，溫度。1歡迎下載精品文檔變形在下部結(jié)構(gòu)和自身的約束之下將產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力往往超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。為了避免承臺(tái)混凝土產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力，決定將主塔承臺(tái)豎向分為2 層完成混凝土澆筑施工，第一層2.5m，第二層 3.5m。為防止溫度裂縫，保證工程質(zhì)量，必須進(jìn)行溫度控制，并采取合理的溫度控制措施。溫度控制的標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施的制訂則應(yīng)依據(jù)溫控計(jì)算與溫控設(shè)計(jì)。同時(shí)，為檢驗(yàn)溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控效果并便于調(diào)整溫控措施，還需進(jìn)行溫控監(jiān)測(cè)，作出溫控監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)依據(jù)( 一)西江水道橋兩階段施工圖紙 ；( 二)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T F

4、50-2011) ；( 三)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 （JTG D60-2004）;(四) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）；( 五)大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制( 朱伯芳著) ；( 六)西江水道橋主墩承臺(tái)施工方案 。三、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)混凝土澆筑后的溫度與水泥的水化熱溫升、混凝土的澆筑溫度和澆筑進(jìn)度、外界氣溫、表面保護(hù)等多種因素有關(guān)。溫度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性除了選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法以外，還有賴于與上述因素有關(guān)的基本條件和材質(zhì)參數(shù)的正確選取。溫度計(jì)算中用到的水泥水化熱，混凝土配合比、強(qiáng)度、彈性模量及氣溫等參數(shù)均通過(guò)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范資料選取。2歡迎下載精品文檔3.1 混凝土

5、性能3.1.1混凝土的配合比組成（1）水泥所用水泥的化學(xué)成分及水化熱指標(biāo)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定，應(yīng)避免使用早強(qiáng)、水化熱較高和 C3A含量較高的水泥；要防止水泥細(xì)度過(guò)小，早期發(fā)熱過(guò)快，不利于溫控。當(dāng)水泥溫度大于 60時(shí)，不允許進(jìn)入水泥儲(chǔ)料罐。同時(shí)應(yīng)做到先入罐的水泥先用，以保證水泥有足夠的降溫時(shí)間。水泥選用P.O42.5水泥，選擇這種水泥主要有以下幾個(gè)方面的考慮：一方面因?yàn)樗耐庥^顏色和選用水泥的種類有很大的關(guān)系，考慮到保證承臺(tái)與塔柱的色澤一致，所以選用與塔柱同樣的水泥。另一方面考慮到水化熱的產(chǎn)生不光與水泥種類有關(guān)，而且與單位體積水泥用量有關(guān)，選用 P.O42.5 水泥可以大大減少單位水泥用量。（2）粉

6、煤灰粉煤灰應(yīng)采用組分均勻和各項(xiàng)性能穩(wěn)定的級(jí)及級(jí)以上優(yōu)質(zhì)粉煤灰，而且粉煤灰的燒失量應(yīng)不大于 8，需水量比應(yīng)小于 100，以降低用水量，其它各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范要求。（3）化學(xué)外加劑為提高混凝土耐久性和減少用水量，改善混凝土和易性，降低絕熱溫升，承臺(tái)混凝土應(yīng)摻加適量的高效緩凝減水劑。減水劑的減水率應(yīng)大于20，同時(shí)還應(yīng)檢查外加劑的穩(wěn)定性。（4）骨料工程應(yīng)用的骨料應(yīng)沒(méi)有堿活性并具有較低的熱脹系數(shù)。粗骨料級(jí)配為525mm級(jí)配。細(xì)骨料為中砂， 細(xì)度模數(shù)為 2.8 ，其它指標(biāo)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范。3歡迎下載精品文檔（5）混凝土配合比根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，確定混凝土的配合比見(jiàn)下表：封底 C20 混凝土配合比表

7、 3.1-1材料名稱水泥粉煤灰砂碎石水減水劑合計(jì)材料用量（ kg ）20011584710361532.522353.52相對(duì)用量 (%)8.54.936446.50.1100承臺(tái) C40混凝土配合比表 3.1-2材料名稱水泥粉煤灰砂碎石水減水劑合計(jì)材料用量（ kg）31012074010651514.092353.52相對(duì)用量 (%)8.54.936446.50.11003.1.2混凝土力學(xué)性能封底混凝土：封底混凝土采用C20 混凝土，28 天強(qiáng)度為f28=31.6MPa；查公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范知彈性模量為 Ec=2.55 ×104MPa；泊松比： u=0.2

8、；密度： =2353.5kg/m3；承臺(tái)混凝土：承臺(tái)混凝土采用C40 混凝土， 3 天強(qiáng)度為 f3=31MPa，7 天強(qiáng)度為 f7=43.2MPa ， 28 天強(qiáng)度為 f28=50.0MPa ；查公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范知彈性模量為Ec=3.25 × 104MPa；泊松比： u=0.2 ；密度： =2390.1kg/m3。3.1.3混凝土熱學(xué)性能導(dǎo)熱系數(shù)及比熱參考大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制第2.4節(jié)，在 20 條件下，各原材料的熱學(xué)性能見(jiàn)3.1-3 。4歡迎下載精品文檔原材料熱學(xué)性能匯總表表 3.1-3材料系數(shù)水泥粉煤灰砂碎石水外加劑導(dǎo)熱系數(shù)4.4464.4461

9、1.12914.5282.1602.160（ kJ/m ·h·）比熱 C（ kJ/m ·）0.4560.4560.6990.7494.1874.187根據(jù)上表按照重量百分比加權(quán)方法得出在30 條件下，封底混凝土、承臺(tái)混凝土的熱學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表3.1-4 。原材料熱學(xué)性能匯總表表 3.1-4材料名稱封底混凝土承臺(tái)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)2.32.3比熱0.250.25熱膨脹系數(shù)： =1×10-5 ；絕熱溫升參考大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制表2-5-2中查得普通硅酸鹽水泥的水化熱系數(shù)Q0=330kJ/kg ，根據(jù)水泥水化熱計(jì)算得承臺(tái)混凝土的絕熱溫升計(jì)算公式如下： 0=

10、Q0（W+kF）/c/ 式中： 0水泥絕熱溫升Q0水泥水化熱W水泥用量k折減系數(shù)，對(duì)于粉煤灰取0.25 。F混合料用量C混凝土比熱 混凝土密度。5歡迎下載精品文檔通過(guò)計(jì)算得到承臺(tái)混凝土的絕熱溫升為41 ，查表得到導(dǎo)熱系數(shù)為0.759 。3.1.4施工條件根據(jù)總體工期的總體安排，承臺(tái)在 11-3 月份進(jìn)行施工。根據(jù)最近幾年相關(guān)氣溫統(tǒng)計(jì)， 在 11-3 月份的平均溫度為 24 ，冷卻水溫按照 18 進(jìn)行控制。混凝土澆筑溫度：澆注時(shí)的氣溫T ，混泥土溫度按照T+6進(jìn)行控制。承臺(tái)的分兩層澆筑：分層厚度分別為2.5m+3.5m?；炷翆娱g澆筑間歇時(shí)間為10 天。3.1.4邊界條件計(jì)算承臺(tái)溫度時(shí)，取以下三

11、種邊界條件：在封底混凝土底面和周邊與鋼圍堰和土體接觸，可取封底混凝土溫度等于環(huán)境溫度；混凝土表面采用土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，土工布的厚度為 5mm，其導(dǎo)熱系數(shù)為 0.188kJ/(m ·h·) ，屬于第三類邊界條件?；炷羵?cè)面采用鋼模板進(jìn)行施工，混凝土表面的放熱系數(shù)為 18.46kJ/( m2 ·h· ) ?；炷辽细采w土工布的等效放熱系數(shù)為s=1/(1/ +h/ )=1/(1/18.46+0.005/0.188)=12.38kJ/(m·h· )。混凝土分層澆筑時(shí) , 上下兩層混凝土的結(jié)合面采取人工鑿毛，并覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)?；炷帘砻娴姆艧?/p>

12、系數(shù)為 21.06kJ/( m2 ·h·) 。6歡迎下載精品文檔則上下兩層混凝土的結(jié)合面土工布的等效放熱系數(shù)為s=1/(1/ +h/ )= 1/(1/21.06+0.005/0.188)=13.50kJ/(m·h·) 。3.1.5冷卻管布置承臺(tái)施工采用冷卻水管進(jìn)行內(nèi)部降溫。參考主橋設(shè)計(jì)圖紙，承臺(tái)冷卻管采用導(dǎo)熱性好、并有一定強(qiáng)度的鍍鋅鐵管，規(guī)格型號(hào)為42.4 ×3.2mm。冷卻水管布置層距為1.0m, 離底層和頂層的距離均為50cm，整個(gè)承臺(tái)共埋設(shè) 6層冷卻。冷卻水管立面布置圖第二、四、六層平面布置圖第一、三、五層出水口橋梁中心線第一、三、五層出

13、水口第二、四、六層進(jìn)水口5第二、四、六層出水口22515×200225第二、四、六層出水口751700200橋梁中心線65,4555222546811321349,350,722534508索塔中心線,05514第一、三、五層平面布置圖92205,8154,4175,84225 208 2602221,46橋梁中心線465,出水口5261153450710索塔中心線00進(jìn)水口524225出水口234501說(shuō)明：1. 本圖尺寸均以厘米為單位；2. 冷卻水管采用熱傳導(dǎo)性好、并有一定強(qiáng)度的鍍鋅管，直徑 42mm.4，厚度 3.2mm。3. 澆筑混凝土前提前進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢測(cè)冷卻管是否存在堵

14、塞或破損。4. 冷卻水管為暫定數(shù)量，最終數(shù)量以現(xiàn)場(chǎng)施工控制為準(zhǔn)。圖 3.1-1承臺(tái)混凝土冷卻管布置圖3.2 混凝土性能( 一) 澆筑溫度，混凝土入倉(cāng)并經(jīng)過(guò)平倉(cāng)振搗后，在上層混凝土覆蓋前距混凝土表面 1015cm處的溫度為澆筑溫度?？刂茲仓囟葘?duì)降低混凝土內(nèi)部最高溫度具有重要意義。應(yīng)控制混凝土澆筑溫度不大于T+6（T 為澆筑期旬平均氣溫）。7歡迎下載精品文檔( 二) 內(nèi)外溫差，混凝土塊體內(nèi)部平均溫度與表面溫度之差為內(nèi)外溫差。為防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大引起表面裂縫，施工中需控制混凝土內(nèi)外溫差小于 25。( 三) 保溫標(biāo)準(zhǔn)，混凝土表面裂縫多發(fā)生在澆筑的初期，而初期的氣溫驟降是引起表面裂縫的主要外因。

15、當(dāng)平均氣溫在 23 天內(nèi)連續(xù)下降69時(shí)，未滿 28 天齡期的混凝土暴露表面可能產(chǎn)生裂縫。因此應(yīng)采取的保溫標(biāo)準(zhǔn)為 23 天內(nèi)連續(xù)下降小于69。( 四) 降溫速率，控制降溫速率可使混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力得到及時(shí)釋放，對(duì)減少溫度裂縫具有重要意義?；炷两禍厮俾蕬?yīng)控制在不大于3 d。3.3 采用 midascivil進(jìn)行水化熱分析為了加快建模速度，且能更好的顯示內(nèi)部溫度分布情況，采用1/4 承臺(tái)模型進(jìn)行有限元水化熱分析。完成 1.5m 的封底混凝土后，進(jìn)行第一層2.5m 的澆筑施工。圖 3.3-1第一層水化熱分析1/4 模型。8歡迎下載精品文檔圖 3.3-2第一層澆筑30h 后溫度分布圖 3.3-3第一層

16、澆筑60h 后溫度分布圖 3.3-4第一層澆筑120h 后溫度分布。9歡迎下載精品文檔圖 3.3-5第一層澆筑240h 后溫度分布圖 3.3-6第一層澆筑500h 后溫度分布圖 3.3-7第一層澆筑最高溫度和最低溫度單元的拉應(yīng)力圖表。10歡迎下載精品文檔圖 3.3-8第一層澆筑最高溫度和最低溫度圖表圖 3.3-9第一層澆筑最高溫度和最低溫度單元拉應(yīng)力比圖表10 天后進(jìn)行第二層3.5m 的澆筑施工。圖 3.3-10第二層水化熱分析1/4 模型。11歡迎下載精品文檔圖 3.3-11第二層澆筑30h 后溫度分布圖 3.3-12第二層澆筑60h 后溫度分布圖 3.3-13第二層澆筑120h 后溫度分布

17、。12歡迎下載精品文檔圖 3.3-14 第二層澆筑 240h 后溫度分布圖 3.3-15 第二層澆筑 500h 后溫度分布圖 3.3-16第二層澆筑最高溫度和最低溫度單元的拉應(yīng)力圖表。13歡迎下載精品文檔圖 3.3-17第二層澆筑最高溫度和最低溫度圖表圖 3.3-18第二一層澆筑最高溫度和最低溫度單元拉應(yīng)力比圖表3.4 分析成果表表 3.4-1序號(hào)施工工況內(nèi)部最高溫度表面最低溫度溫差最大拉應(yīng)力容許拉應(yīng)力1第一層53.3 31.5 21.8 2.753.52第二層47.2 27.1 19.9 2.703.53.5 結(jié)論從上面的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，承臺(tái)混凝土配合比及溫控方案可行，承臺(tái)施工質(zhì)量有保障，能滿

18、足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。14歡迎下載精品文檔四、溫度檢測(cè)溫控點(diǎn)布置：在每層混凝土（2.5m 和 3.5m 高度）內(nèi)，沿縱、橫軸線兩個(gè)方向設(shè)置溫度傳感器。溫度傳感器沿高度方向設(shè)置 3 層，分別距離承臺(tái)底面 0.4m、1.25 或 1.5m、3m或 3.5m，距承臺(tái)周邊 1m縱軸線上設(shè)置 3 層、每層 3 個(gè)，橫軸線上設(shè)置 1 層、每層設(shè)置 9 個(gè)溫度傳感器，單個(gè)主墩承臺(tái)共需溫度傳感器 36 個(gè)。五、溫度控制措施根據(jù)上面的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析，再根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制訂以下具體的溫控措施：大體積混凝土主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強(qiáng)兩個(gè)方面的要求。（1）在滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，盡量?jī)?yōu)化配合

19、比，減少水泥用量，確保水化熱絕熱溫升不超過(guò)第2節(jié)中的規(guī)定的溫控標(biāo)準(zhǔn)。（2）采用雙摻技術(shù)，摻用 20%以上的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，采用緩解水化熱效果好的外加劑，降低混凝土的水化熱溫升。（3）改善骨料級(jí)配在現(xiàn)場(chǎng)條件許可和保證質(zhì)量的前提下，可選擇較大粒徑的骨料及減少砂率。（4）調(diào)整施工時(shí)間，應(yīng)盡量選擇氣溫較低的日子施工，同時(shí)盡量安排每一澆筑層的中下部混凝土在夜間和早上澆筑，表面在白天澆筑。（5）降低入倉(cāng)溫度，使混凝土的澆筑溫度小于澆筑期的旬平均氣溫，且不大于 20 。水泥提前入罐， 讓其自然冷卻，確保拌和前的水泥溫度不高于 60 。當(dāng)氣溫較高時(shí) , 采用搭涼棚，堆高骨料、底層取料和用涼水噴淋骨料等方法降低骨料

20、溫度。15歡迎下載精品文檔當(dāng)氣溫較高時(shí)，用冰水拌合混凝土。加快運(yùn)輸和入倉(cāng)速度，減少混凝土在運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的溫度回升。當(dāng)白天氣溫較高時(shí)，在混凝土輸送管上覆蓋保溫布，并灑水降溫，夜間必須再揭開(kāi)保溫布散熱。（6）采用冷卻水管冷卻水管的水平間距和上下層基本間距 1m，水管間的間距誤差不得超過(guò) ±5cm。單根水管長(zhǎng)度以小于160m 為宜。水管內(nèi)通水流量為不小于 1.0m 3/h ，冷卻水的進(jìn)水口水溫以不大于平均氣溫。冷卻通水從水管被混凝土覆蓋后開(kāi)始，覆蓋一層通水冷卻一層，通水時(shí)間不小于 160h，具體結(jié)束時(shí)間視混凝土溫升、溫降情況而定。冷卻水管應(yīng)采用導(dǎo)熱性能好的金屬管，管內(nèi)徑大于 36mm,

21、水管安裝應(yīng)保證質(zhì)量，安裝后應(yīng)通水檢查，防止管道漏水或阻塞。應(yīng)確保通水期間的水源和流量，中途不得發(fā)生停水事故。（7）合理分層澆筑。（8）分層澆筑時(shí)，應(yīng)控制混凝土層間的澆筑間歇期，間歇期以 10 天為宜。（9）表面保溫與養(yǎng)護(hù)混凝土澆注完畢待初凝后立即在上表面進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。表面采用保溫材料（土工布或塑料薄膜加草袋）保溫養(yǎng)護(hù)。在承臺(tái)的四周，采取保溫材料覆蓋模板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，拆模后，繼續(xù)采用保溫材料進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)?；炷羵?cè)面應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，使其始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)。（10）為檢驗(yàn)施工質(zhì)量和溫控效果，及時(shí)掌握溫控信息，以便及時(shí)調(diào)。16歡迎下載精品文檔整和改進(jìn)溫控措施，應(yīng)進(jìn)行溫度控制監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握內(nèi)外溫差則可以及時(shí)調(diào)整保

22、護(hù)層厚度。大體積混凝土的溫度應(yīng)力和防裂問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，外界溫度和濕度、施工條件、溫控程序、原材料變化等都會(huì)引起溫度應(yīng)力的變化，只有通過(guò)溫控監(jiān)測(cè)，才能更準(zhǔn)確地了解結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與抗裂安全狀況。六、溫控監(jiān)測(cè)為檢查塊體溫度是否滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)，溫度控制措施是否有效，并便于及時(shí)掌握溫控信息，調(diào)整和改進(jìn)溫控措施，就必須進(jìn)行溫控監(jiān)測(cè)。6.1 溫控監(jiān)測(cè)內(nèi)容溫度監(jiān)測(cè)，在混凝土中埋入一定數(shù)量的測(cè)溫儀器，測(cè)量混凝土不同部位溫度變化過(guò)程，檢驗(yàn)不同時(shí)期的溫度特性和溫差標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)溫控措施效果不佳，達(dá)不到溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可及時(shí)采取補(bǔ)救措施；當(dāng)混凝土溫度遠(yuǎn)低于溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可減少溫控措施，避免浪費(fèi)。在檢測(cè)混凝土溫度變化的同時(shí)，還應(yīng)監(jiān)測(cè)氣溫、冷卻水管進(jìn)、出口水溫、混凝土澆筑溫度等。6.2 儀器的選擇儀器