沧口航道承台大体积混凝土施工.docx

沧口航道桥承台大体积混凝土施工方案
一、工程概况
沧口航道桥索塔承台为带圆角的矩形承台，长67.5m，宽17.0m，厚5.0m，采用Ca35混凝土，计5449m3（单个）；辅助墩承台为带圆角的矩形承台，长47.5m，宽11.5m，厚4.0m，采用Ca35混凝土，计2168m3（单个）；过渡墩承台为带圆角的矩形承台，长17.0m，宽11.5m，厚4.0m，采用Ca35混凝土，计765m3（单个）。
索塔承台的施工时间为10月份，根据青岛的气候条件和温度变化规律，此时的气温已不高，其他承台时间10月份～12月份进行，相对时间较晚，温度较低，温控较容易。
二、施工准备
1、场地准备
钢套箱下放封底完成后，及时进行割除护筒，破除桩头，找平封底混凝土顶面。
2、生产准备
2.1、原材料
砂石料、水泥等原材料必须是经监理检测认可的产地或厂家，并严格按照规范和监理要求的检测频率和检测手段进行检测，确保原材料合格。
2.2、机械、设备
和本项工程相关的所有机械设备必须提前完成检查和调试，并确保在施工中能够正常运作。
本项工程所用到的主要机械设备如下：（此处只列出施工现场机械设备，不包括后方钢筋加工厂，木工加工厂等后方施工机械）

混凝土原材料的选择：为减少混凝土水化热，需要优化混凝土配合比。具体方法：选用性能稳定、减水率大、能提高混凝土和易性并具有缓凝作用的高效减水剂；碎石选用级配良好的机制碎石；砂选用细度模数较大的中粗沙，而且适当加大；按比例掺加一定数量的粉煤灰和矿粉。
量，采用“双掺”技术，增大粉煤灰和矿粉用量，改善混凝土和易性、可泵性，初凝时间控制在6小时以上。
水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石1：碎石2：水：减水剂：引气剂=164：212：94：754：276：645：160：5.17：0.141（质量比）
三、钢筋施工
四、模板
承台模板直接使用防撞钢套箱做模板。
五、混凝土施工
63、64#主墩承台竖向分2层浇注，一次浇注2m，2180 m3，二次浇注3m，3269 m3，从一侧分梯次进行浇注；
62、65#辅助墩承台采用竖向分2层，每层浇注2m，1084 m3，从一侧分梯次进行浇注；
61、65#过渡墩承台采用竖向分2层，每层浇注2m，每次浇注382.5m3，从一侧分梯次进行浇注。
六、大体积混凝土温控措施
1、温控措施的基本原理
1.1、温控的主要方法：目前大体积混凝土的温控措施为“内降外保”。内部降温主要措施是水冷却法降温，冷却水管可采用无缝钢管或塑料管；外部保温主要为覆盖保温并洒水养护。
1.2、温控的主要目的：采取各种措施减少混凝土水化热的绝对升温，降低内外温差，减少温度应力的产生，防止由温度应力产生的裂缝；
1.3、温度应力裂缝原理：混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。
2、温控措施试验及结果
本合同段的主墩承台体积较大，为了避免温度裂缝的产生，优化温控措施方案，在非通航孔桥承台进行了温控试验，试验结果如下：
在非通航孔桥承台采用塑料降温管，海水循环的方法降温，降温管的布设，水平按环形布设，间距为60cm，竖向分4层，每层为一个循环单元，各设1个进水管和出水管。

降温管布设图
l 试验的相关参数：大气温度22℃，混凝土入模温度28℃。
l 结果：数据结果见“表2、测温结果”。
l 结论：由表2的结果得知，承台内的最高温度值出现在浇注完成后的第2天，内部温度峰值为62℃，最大温差为18℃，无裂缝产生，试验成功。
l 本方法的优缺点：
优点：塑料管布设较便捷，在承台内没有接头，海水的温度基本恒定且温度较低，不需要水箱，循环水温能保证。
缺点：循环水需要过滤，防止海水中的杂物堵塞水管。
3、方案比选
在方案初步阶段，也曾考虑使用钢管作为降温管，水箱内加冰屑的方法，由于冰屑为购买品，且现场不易保存，水箱的容积也有限，加冰屑受限，水箱内的水温很快被升高，降温效果不理想。
经综合分析，加上在非通航孔桥承台成功的经验，通航孔桥承台大体积混凝土降温措施采用塑料降温管循环海水的方法。
4、承台大体积混凝土的温控措施
4.1、降温管布设图
根据承台混凝土的水化热计算，进行降温管布置（根据水化热计算和非通航孔桥承台降温管布设形式设置）。
水平按环形布设，间距为60cm，竖向分层，基本间距为60cm，每层为一个循环单元，各设1个进水管和出水管。降温管不易过长，控制在100m以内，断开处增设进、出水管，进出水管设置在塔座范围内。
索塔承台降温管布设采用水平分6块，竖向分6层布置。

索塔承台降温管布设图
辅助墩降温管水平分5块，竖向分4层布置。

辅助墩承台降温管布置图
过渡墩降温管水平分1块，竖向分4层布置。

过渡墩承台降温管布置图
降温管布设注意事项：
⑴、不允许在承台内设置接头；
⑵、降温管单根长度不大于100m，当大于100时需断开，增加进、出水口，保证降温效果；
⑶、降温管的间距误差不大于5cm；
⑷、每个进水口配备一台水泵；
⑸、进、出水管均放置在承台混凝土外侧，不得将海水洒漏在承台内。
4.2、温度测量、记录与控制
当承台浇注至降温管位置时，冷却水开始循环，并进行记录。
在承台内设置测温管，每组测温管设置3根， 1#距承台顶20cm、2#竖向中心、3#距承台底1/4处。测温采用水银温度计，测温频率：浇筑72小时以内1次/2小时，逐渐减少到5天后的1次/6小时，作好记录，通过分析，调整循环水流量大小。施工时注意要把管口用胶带纸密封好，高出承台一定高度；在测温过程中要保护好，防止堵塞管口影响测量。
当承台内部外温度差小于25℃且恒定时，停止循环水。
4.3、混凝土水化热计算
承台混凝土施工时间安排在08年10月～12月份进行，水化热计算按高温季节和低温季节计算。
4.3.1、高温季节陆地最高温度考虑为：25℃,最低温度考虑为20℃。所有公式均参考《路桥施工计算手册》。
㈠、混凝土入模温度控制
大体积混凝土在高温季节施工，控制混凝土裂缝和温度应力的主要途径是减少水泥水化热、控制混凝土的绝对升温值和内外的温度差。
混凝土的入模温度影响混凝土的绝对升温值和内外温度差，控制混凝土的入模温度不超过28℃。
1、混凝土拌和物的最终温度
混凝土的配合比为：水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石1：碎石2：水：减水剂：引气剂=164：212：94：754：276：645：160：5.17：0.141（质量比）。
拌和水温采用加冰屑控制到10℃，水泥出仓的温度为60℃，矿粉和粉煤灰的出仓温度为40℃，骨料的温度为20℃。

=℃
其中：为混凝土合成后的温度；
为水泥、砂、石的干燥质量；
为拌和加水的质量（不包括骨料中的含水）；
为水泥、砂、石、水装入拌和机时的温度；
为砂、石的含水率（可不计）；
为水泥及骨料的比热，取0.92KJ/KgK；
b、B为水泥的比热及溶解热，当骨料温度＞0℃时，b=4.19、B=0；当骨料温度≤0℃时，b=2.09、B=335；
2、混凝土拌和物在搅拌过程中的热量损失
℃
为室外温度
3、混凝土运输至成型的温度损失
℃
为混凝土从搅拌机中倒出的温度,取值为(29.31-0.69=28.62℃)
所以混凝土的入模温度为：
=29.31-0.69-1.02=27.6℃。
尽可能减小混凝土的入模温度，可以有效控制混凝土内部温度峰值。
㈡、大体积混凝土的裂缝控制
大体积混凝土施工的温度控制计算，考虑两种温度应力，都应该满足混凝土抗裂的要求。
l 混凝土内外温差引起的内力(混凝土同一时间点横向温差)；
l 混凝土温度收缩应力(不同时间点的纵向温差)。
现就两种应力进行计算：
1、混凝土浇筑前裂缝控制施工计算
a、综合数据拟定
①、混凝土配合比
承台混凝土采用Ca35, 用525号普通水泥,水泥用量为164kg。
水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石1：碎石2：水：减水剂：引气剂=164：212：94：754：276：645：160：5.17：0.141（质量比）
混凝土中掺加了粉煤灰后，理论上水化热能降低10～20％。本次计算按不降低计算，保留一定的安全储备。矿粉按照水泥的水化热计算。
②、基本数据取定与计算
水泥水化热：Q=461J/kg；
混凝土比热：C=0.96J/kg﹒K；
混凝土质量密度：ρ=2305kg/m3。
混凝土的弹性模量: E（c）=3.15×104MPa
标准状态下极限收缩值：
b、各龄期应力计算
因为混凝土一般在２－５天水化热温度达到最高，故需丛混凝土具有两天龄期时开始计算其温度应力。在温度上升阶段,混凝土的弹性模量较低,约束应力较小,故不必考虑其温度上升阶段的裂缝问题。混凝土内外温差应力计算采用相应抗拉强度标准值，而纵向混凝土温度收缩温差引起的应力采用抗拉强度设计值，并考虑1.15的安全系数，因为其产生的是必须避免的贯通性裂缝。
①、2天龄期后应力计算
2天龄期混凝土的抗拉强度值为：

考虑1.15安全系数的抗拉设计强度:

２天龄期对应的弹性模量为：

混凝土内外温差引起的应力

　　　　上式中Ｅ为对应龄期混凝土的弹性模量
　　　　 α为混凝土线膨胀系数，取1×10-5
T0为混凝土内外温差
为混凝土的泊松比，取0.15
为混凝土的徐变松弛系数，取0.593
　　当y与h相等时，在满足最大抗裂强度（0.69Mpa）时，混凝土表面与混凝土中心的允许最大温差为：℃
　　　该温度包括了混凝土在两天龄期时的收缩变形当量温差，实际控制时应减去该温度值。
混凝土温度收缩引起的约束应力
混凝土２d龄期水化热绝热温度及最大的水化热绝热温度为:
℃
℃
经查《路桥施工计算手册》P286,表9-86，混凝土收缩变形相应系数为：
M1：水泥品种，普通水泥为1.0；
M2：水泥细度，水泥细度5000，取值1.35；
M3：骨料成分，玄武岩为1.13；
M4：水灰比，水灰比为0.34，取值为0.91；
M5：水泥浆量，水泥浆量为14％，取值为0.90；
M6：龄期，2天龄期取值为1.11；
M7：环境相对湿度，湿度为85％，取值为1.30；
M8：水平半径的倒数为构件截面周长与截面积之比为0.14，取值为0.98；
M9：操作方法，机械振捣取值为1.0；
M10：配筋率，取值为0.76；
则2天龄期混凝土的收缩变形值为:

混凝土2d收缩当量温差为:
℃
露天养护期间，混凝土入模温度仍为：27.6℃,2天龄期海上出现的最低气温考虑为15℃,则2天后混凝土的最大综合温差为:
℃
基础混凝土产生的降温收缩应力为：

其中：为相应龄期混凝土徐变影响的松弛系数，取0.3
R为混凝土的外约束系数，为一般地基，取0.32
混凝土的内外横向温差为：℃
综上，由计算知混凝土内外温差控制在21.36℃时不会出现表面裂缝，基础在露天养护2天时，混凝土不会出现温度收缩裂缝（贯通裂缝）。
②、同理计算2天龄期以后混凝土拉应力
见下表

由上表可以看出：
当混凝土达到8天龄期计算状态时：
基础混凝土产生的降温收缩应力为：1.43<1.50 Mpa(不安全)，此时就需采取保温养护措施，提高混凝土稳定后的表面温度，减小最大综合温差。
　 从以上计算分析可知，混凝土温度收缩应力只与入模温度、混凝土水化热温升值、混凝土达到稳定后的最低温度、外约束条件有关。而混凝土内外温差应力只与混凝土中心与表面的温差值有关，且该温差值正好符合规范温差要求：混凝土内外温差不大于25～30℃,从计算结果可知，内外温差允许值正好在这一范围内。由于实际混凝土最高温度值在２－５天龄期时出现，故此时最容易出现内外温差超限情况，此后温差都较此时小。故实际施工时，我部仍然按25℃温差值控制。在计算保温层时，也按照25℃温差标准控制。
3、混凝土内部最高温度的估算
　　①、混凝土内部最高温度估算
　　　　最大绝热温升值

　　　　　　 ℃
入模温度为27.6℃时，最高温升值为27.6+78.3=105.9℃
达到最大温升值时，混凝土表面的最低允许温度为：
℃
②、降温计算
当混凝土达到8天龄期时，温度收缩应力大于混凝土的允许拉应力，必须采取降温措施，采用循环水冷却降温。
使8天龄期的温度收缩应力小于混凝土的允许拉应力，即：
σ(8)≤1.43MPa
≤1.43MPa

即，℃
8天龄期时，理论最大温差为82.41℃，需要降温为：℃以上，为安全，增大安全系数，降低5℃。
混凝土的水化反应在2～7d天最大，取5d（120h），进水管水温取20℃，根据热传导定律（c1m1Δt1=c2m2Δt2），冷却管的水流量a应满足：

其中：:水的比热，J/㎏•K，取值4.2 J/㎏•K，
C:混凝土取0.96 J/㎏•K；
M—质量，t；混凝土质量取最大承台的质量，取7540t。
Δt—温度增量，℃。
4.2×a×120×80.9≥0.96×7540×5
a≥0.89（m3/h）
③、降温管管径计算：
假定降温管内水流速度为0.5m/s，降温管的半径为r，
3.14×r2×0.5×3600＝0.89
r＝12.5mm，降温管直径为25.0mm。
施工时采用直径为33mm的塑料管。
④、保温材料厚度计算

　　　　：保温材料导热系数，此处采用单向土工布；取值为0.06
：养护期间大气平均温度，取值为15℃；
：混凝土表面温度，取值为80.9℃；
：混凝土水化热最高温度，取值为98.83℃；
：混凝土的导热系数，取值为3。
：传热修正系数，取值为1.2；
：混凝土承台厚度，取值为300cm。

　　根据计算,应采用2层土工布，厚10mm，进行覆盖洒水养护。
在实际施工后，再根据实测温度计算温度收缩应力，分台阶进行验算。
4.3.2、低温季节陆地最高温度考虑为：10℃,最低温度考虑为5℃。所有公式均参考《路桥施工计算手册》。
㈠、混凝土入模温度控制
大体积混凝土在高温季节施工，控制混凝土裂缝和温度应力的主要途径是减少水泥水化热、控制混凝土的绝对升温值和内外的温度差。
混凝土的入模温度影响混凝土的绝对升温值和内外温度差，主要控制混凝土的内外温度差。
1、混凝土拌和物的最终温度
混凝土的配合比为：水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石1：碎石2：水：减水剂：引气剂=164：212：94：754：276：645：160：5.17：0.141（质量比）。
拌和水温10℃，水泥出仓的温度为60℃，矿粉和粉煤灰的出仓温度为40℃，骨料的温度为10℃。

=℃
其中：为混凝土合成后的温度；
为水泥、砂、石的干燥质量；
为拌和加水的质量（不包括骨料中的含水）；
为水泥、砂、石、水装入拌和机时的温度；
为砂、石的含水率（可不计）；
为水泥及骨料的比热，取0.92KJ/KgK；
b、B为水泥的比热及溶解热，当骨料温度＞0℃时，b=4.19、B=0；当骨料温度≤0℃时，b=2.09、B=335；
2、混凝土拌和物在搅拌过程中的热量损失
℃
为室外温度
3、混凝土运输至成型的温度损失
℃
为混凝土从搅拌机中倒出的温度,取值为(21.5-1.84=19.66℃)
所以混凝土的入模温度为：
=21.5-1.84-2.72=16.94℃。
㈡、大体积混凝土的裂缝控制
大体积混凝土施工的温度控制计算，考虑两种温度应力，都应该满足混凝土抗裂的要求。
l 混凝土内外温差引起的内力(混凝土同一时间点横向温差)；
l 混凝土温度收缩应力(不同时间点的纵向温差)。
现就两种应力进行计算：
1、混凝土浇筑前裂缝控制施工计算
a、综合数据拟定
①、混凝土配合比
承台混凝土采用Ca35, 用525号普通水泥,水泥用量为164kg。
水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石1：碎石2：水：减水剂：引气剂=164：212：94：754：276：645：160：5.17：0.141（质量比）
混凝土中掺加了粉煤灰和矿粉后，理论上水化热能降低10～20％。本次计算按不降低计算，保留一定的安全储备。矿粉为水泥的
②、基本数据取定与计算
水泥水化热：Q=461J/kg；
混凝土比热：C=0.96J/kg﹒K；
混凝土质量密度：ρ=2305kg/m3。
混凝土的弹性模量: E（c）=3.15×104MPa
标准状态下极限收缩值：
b、各龄期应力计算
因为混凝土一般在２－５天水化热温度达到最高，故需丛混凝土具有两天龄期时开始计算其温度应力。在温度上升阶段,混凝土的弹性模量较低,约束应力较小,故不必考虑其温度上升阶段的裂缝问题。混凝土内外温差应力计算采用相应抗拉强度标准值，而纵向混凝土温度收缩温差引起的应力采用抗拉强度设计值，并考虑1.15的安全系数，因为其产生的是必须避免的贯通性裂缝。
①、2天龄期后应力计算
2天龄期混凝土的抗拉强度值为：

考虑1.15安全系数的抗拉设计强度:

２天龄期对应的弹性模量为：

混凝土内外温差引起的应力

　　　　上式中Ｅ为对应龄期混凝土的弹性模量
　　　　 α为混凝土线膨胀系数，取1×10-5
T0为混凝土内外温差
为混凝土的泊松比，取0.15
为混凝土的徐变松弛系数，取0.593
　　当y与h相等时，在满足最大抗裂强度（0.69Mpa）时，混凝土表面与混凝土中心的允许最大温差为：℃
　　　该温度包括了混凝土在两天龄期时的收缩变形当量温差，实际控制时应减去该温度值。
混凝土温度收缩引起的约束应力
混凝土２d龄期水化热绝热温度及最大的水化热绝热温度为:
℃
℃
经查《路桥施工计算手册》P286,表9-86，混凝土收缩变形相应系数为：
M1：水泥品种，普通水泥为1.0；
M2：水泥细度，水泥细度5000，取值1.35；
M3：骨料成分，玄武岩为1.13；
M4：水灰比，水灰比为0.34，取值为0.91；
M5：水泥浆量，水泥浆量为14％，取值为0.90；
M6：龄期，2天龄期取值为1.11；
M7：环境相对湿度，湿度为85％，取值为1.30；
M8：水平半径的倒数为构件截面周长与截面积之比为0.14，取值为0.98；
M9：操作方法，机械振捣取值为1.0；
M10：配筋率，取值为0.76；
则2天龄期混凝土的收缩变形值为:

混凝土2d收缩当量温差为:
℃
露天养护期间，混凝土入模温度仍为：16.94℃,2天龄期海上出现的最低气温考虑为5℃,则2天后混凝土的最大综合温差为:
℃
基础混凝土产生的降温收缩应力为：

其中：为相应龄期混凝土徐变影响的松弛系数，取0.3
R为混凝土的外约束系数，为一般地基，取0.32
混凝土的内外横向温差为：℃
综上，由计算知混凝土内外温差控制在21.36℃时不会出现表面裂缝，基础在露天养护2天时，混凝土不会出现温度收缩裂缝（贯通裂缝）。
②、同理计算2天龄期以后混凝土拉应力
见下表
由上表可以看出：
当混凝土达到9天龄期计算状态时：
基础混凝土产生的降温收缩应力为：1.48<1.58 Mpa(不安全)，此时就需采取保温养护措施，提高混凝土稳定后的表面温度，减小最大综合温差。
　 从以上计算分析可知，混凝土温度收缩应力只与入模温度、混凝土水化热温升值、混凝土达到稳定后的最低温度、外约束条件有关。而混凝土内外温差应力只与混凝土中心与表面的温差值有关，且该温差值正好符合规范温差要求：混凝土内外温差不大于25-30℃,从计算结果可知，内外温差允许值正好在这一范围内。由于实际混凝土最高温度值在２－５天龄期时出现，故此时最容易出现内外温差超限情况，此后温差都较此时小。故实际施工时，我部仍然按25℃温差值控制。在计算保温层时，也按照25℃温差标准控制。
3、混凝土内部最高温度的估算
　　①、混凝土内部最高温度估算
　　　　最大绝热温升值

　　　　　　 ℃
入模温度为16.94℃时，最高温升值为16.94+78.3=95.24℃
达到最大温升值时，混凝土表面的最低允许温度为：
℃
②、降温计算
当混凝土达到9天龄期时，温度收缩应力大于混凝土的允许拉应力，必须采取降温措施，采用循环水冷却降温。
使9天龄期的温度收缩应力小于混凝土的允许拉应力，即：
σ(14)≤1.48MPa
≤1.48MPa

即，℃
9天龄期时，理论最大温差为79.80℃，需要降温为：℃以上，为安全，增大安全系数，降低8℃。
混凝土的水化反应在2～7d天最大，取5d（120h），进水管水温取20℃，根据热传导定律（c1m1Δt1=c2m2Δt2），冷却管的水流量a应满足：

其中：:水的比热，J/㎏•K，取值4.2 J/㎏•K，
C:混凝土取0.96 J/㎏•K；
M—质量，t；混凝土质量取最大承台的质量，取7540t。
Δt—温度增量，℃。
4.2×a×120×74.88≥0.96×7540×8
a≥1.53（m3/h）
③、降温管管径计算：
假定降温管内水流速度为0.5m/s，降温管的半径为r，
3.14×r2×0.5×3600＝1.53
r＝16.4mm，降温管直径为32.8mm。

④、保温材料厚度计算

　　　　：保温材料导热系数，此处采用单向土工布；取值为0.06
：养护期间大气平均温度，取值为8℃；
：混凝土表面温度，取值为70.24℃；
：混凝土水化热最高温度，取值为88.48℃；
：混凝土的导热系数，取值为3。
：传热修正系数，取值为1.2；
：混凝土承台厚度，取值为300cm。

　　根据计算,应采用2层土工布，厚10mm，进行覆盖洒水养护。
在实际施工后，再根据实测温度计算温度收缩应力，分台阶进行验算。
七、承台预埋钢筋及预埋件
塔座和塔柱的预埋钢筋。高于承台部分要根据《青岛海湾大桥防腐技术规范》的要求进行防腐处理，表面涂刷防锈漆。
承台内的预埋件主要为塔座模板预埋螺栓、塔吊底座预埋螺栓。
塔座模板预埋件平面图
塔座模板预埋件立面图
塔座模板预埋件为φ32mm的直螺纹钢筋，螺帽的距承台顶面距离与钢筋保护层相同。
塔吊预埋件为φ32mm精轧螺纹，螺帽的距承台顶面距离与钢筋保护层相同。

在施工完成后，预埋件的处理按照《青岛海湾大桥防腐技术规范》的要求进行防腐处理，预留孔用环氧树脂混凝土封堵。
八、承台混凝土养护
承台养护需要铺设2层10mm厚的单向土工布养护15天。