桥墩承台大体积混凝土施工期温度控制与监测.pdf

第 3 2卷第 4期 2 0 1 1 年 8月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 2 NO 4 Au g201 1 文章编号 ： 1 0 0 25 6 3 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 5 6 0 5 桥 墩承 台大体 积混凝土施工期温度控 制与监测 李友好 ，何 大治 ( 1 河南投资集 团有 限公 司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 8 ； 2 华北水利水 电学院， 河 南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 由于 内外 温差 过大而引起温度 裂缝 ， 是大体 积混凝 土施 工过程 不可 避免 的问题 采用水 管冷 却方 法 可有效控 制大体积混凝土 内核温度 ， 防止裂缝产生 并将该方 法应用 于某 刚架 桥桥墩 承台大体 积混凝土 的施 工 中， 通过对监测结果 的分 析 ， 验证 了水管 冷却 方法的有效性 关键词 ： 大体积混凝 土 ； 温度裂缝 ； 水管冷却 ； 桥 墩承台 ； 施 工监 测 大体 积混 凝 土在 浇筑 完毕 后 的一段 时 间 内会 释 放 大 量 的水化 热 ， 从 而 导 致 混 凝 土 内部 温 度 急剧 升 高， 造成混凝土内、 外存在 温度差异 ， 内外 温差会直 接导致混凝土的主拉应力大于强度发展过程中的容 许抗拉强度 ， 在混凝土外表出现裂缝 为降低大 体积混凝土的水化热 ， 通常会采取在混凝土中埋置 冷却水管 的方式进行 降温 。 但是在采取该 降温 措施的情形下， 后期 的核心混凝土的温度有 可能下 降太快 ， 这种不适合 的温度下降也会 导致内部混凝 土受拉开裂 因此 ， 混凝土浇筑完毕后在通冷却水的 过程 中 ， 有必 要对 内外 侧 的分 层 混 凝 土 的 温 度进 行 监测 ， 以控制混凝土温度处于合理 的范围， 防止裂缝 产生 1 工程概况 某大桥横跨一条主槽 宽约 1 6 0 m 的河流 ， 河道 顺直 ， 水 位 随季 节变 化 ， 雨季 较大 ， 旱 季较 小 大桥上 部结 构 采用 ( 53 0 m)+( 9 0 m +1 7 0 m+9 0 m)+ ( 3 3 0 I n ) 预应 力混 凝 土组 合 箱 梁及 预 应 力 混凝 土 刚构 箱 梁 ， 小 箱 梁梁 部先 简支 后结 构 连续 主桥 下部 构造 采 用双 薄壁 墩 ， 连接 墩 为空 心墩 。 引桥 桥 墩为 柱 式墩 ， 桥 墩 均 配 桩 基 础 ， 桥 台 为 u 台 ， 扩 大 基 础 桥 梁全 长 5 9 6 I n， 分左 右双 线 ， 由于双 线 桥墩 及 承 台结 构相 同 ， 这里 只 对左 线承 台进 行分 析 ， 承 台编 号 中不 再说 明路 线 该桥 的 6 ， 7 承 台设计 尺 寸为 1 6 m 1 5 I n 4 i n ( 长 宽 高 ) ， 承 台混凝 土的直 接 用量 接 近 9 6 0 m 对于该承台的混凝土浇筑， 即便是采用水化热较低的 矿渣硅酸盐水泥， 浇筑完毕后核心混凝土在养护期间 由于水化热的影响， 内部的温度将长期处于高热状态， 混凝土 内外温差将 会导致 产生混凝土 内部和表面 的裂 缝 因此 ， 必须通过各种措施 实施 内部降温 ， 但降温 的速 度 也不 可太 快 ， 以防 止 内部混 凝土 开裂 按 照现 场的施工效率 ， 混凝土的浇筑方量若按 2 5 m h计 算 ， 大 约需要 4 0 h可浇 筑完 毕 2 施工期温度监控方 案 1 4承 台 的立 面 和 平 面 图分 别 如 图 1 ， 2所 示 在立面 图 中， 自底 面 沿高 度方 向分别 在 9 0， 2 0 0， 3 0 0 ， 3 6 0 c m 高度处划分了 4个层面 ， 每个层 面上布 置温控测点 ， 4个层面共 1 4个测点 ， 考虑 到冷却管 的进出水 口也使用温度传感器测量， 累计所需 2 0只 温 度传 感器 ， 如 图 3和 图 4所示 各 层测 点布 置 的基 本 原则 ： 以中心 点 和边线 角点 连线 为基 准 ， 在 1 4区 间 内最 大 范 围布置 测 点 所 有 传 感 器 通 过 无 线数 据 采 集 系统 自动采 集 ， 间 隔采集 时 间人 工调节 ， 按 需拟 定 ， 基本按 1 h采集 1次计算 图 4中 s 1和 s 2为应 力传感器 ， 用以监测混凝土应力变化 收 稿 日期 ： 2 0 1 10 40 7 作者简 介 ： 李友好 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 河南新郑人 ， 高级工程师 ， 博士 ， 主要从 事道路规划设计 理论 、 高速公路 建设管理 及运营 、 道路 安全 与环境 工程 等方面的研究 第 3 2卷第 4期 李友好 ， 等 ： 桥墩承 台大体积混凝 土施 工期 温度控制与监测 线路走 向 L 广 _ J 线路走向 L 鲴 1 1 4承台的平面圈中漫控测点布置这域 角 图 2 1 4承 台的立面 圈各层 湿控测 点布置 图 3 6 墩 1 4承台的平面 圈中温控测点布置 ( 各层 ) 圈 4 7 墩 1 4承 台的平面图中湿控测点布置 ( 各层 3 监测过程及结果 分析 图 5 8分 别 为 7 墩 承 台 的 4个 测 试 层 蕊 温 度 5 7 测试值 ， 图 9为 6 墩 承台 4个测试层面温度 的测试 值 曲线 圈 5 7 墩承 台第 l层温控测点的温度 曲线 j 一 一 0 0 甘 L ： ： ： ： ： ： ： ： 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 3 4 9 2 7 9 一 l 7 2 i i 一 8 O e f 一 ) 中 恚 9 ( l 角点 l 6 O O f 簋 鼙 一 一一_ _ r f 。 18 粥嚣 嬲 强 、 越赡 o ( ) ：篓 口 “ ， 8 1 0 N 0 o ： _l “ ， 8 _l 是 0 o ： ： 口 ， ol 0 N 盒夏 _【 H 8 ， o1 0 0 o = 0 _l 8 _l 寒 0 o ：誉 ， 8 ， o 1 0 z 8 善 9 z 1 0 0 ( ) ： 0 、 奢H 寒 8 一 誉 ， 8 ， 0 l 8 一 o (一 誉 _【 0 0 o = 跫 ， 8 _ o z 8 螽” _ o z 夏 ” 喜1 0 N 0 o ： 9 l” ，0_【 0 z 0 o = ： ， 8 o z 0 0 = 釜 ， 8 1 0 N 0 o ： 0 _【 ， 8 ，01 0 N 磊 0 ， 8 _【 是 星 鼍 喜_【 一 8 g 警_I 寒 0 o =N 0 “ ， 8 _【 0 o =0 0 “ ， 8 _【 o z 8 裔 蓍1 0 N 0 o 譬釜 墓 慷 星蠡_【 葛， 8 a_1 0 z 疆 0 0 -9l 蕞 ， 8 吾 1 0 o 0 曼 ， 至 0 z舅 0 o = 鐾 ， 8 a o z 0 0 ： 0 I【 譬言N 0 0 、 ， j0 1 0 0 o 一 9 0 吉 是 0 o ：吝 ， 8 ，o_【 0 H 8 一 g 至 0 z 8 一 o 0 基 苫 0 z 0 ( 矗 鑫 ， 8 吾 _ 是 0 0 ：口 嚣 ， 8 a_ 0 o ( 瑟 _n 誉1 0 0 鼋口 _鑫 ， 8 子 o z 0 o ： 8 0 0 是彗 鑫 ， 8 子 _【 0 0 o ： e _n 誉_【 是 0 o ： 0奄 、 誉 _I o z 0 0 ： 9 c N ， 8 专善 o o ： n 蓉_ 8一 g n ， 8 至 0 z o ( ) ：0 (v n N ， 8 _l 是 0 0 ： N ， 8 弓1 0 N 8 一 是 N ， 8 l0l 嚣 0 0 ： 8 l 喜 嚣 5 8 华北水， 利水电学院学报 - 十 I 啦 L 1 墩 承台第 2层温控测点的温度 曲线 图 7 7 墩承 台第 3层温控 测点 的温度曲线 7 墩承台从 2 0 1 0年 8月 2 3日下午 4： 0 0左右 开盘， 位于第 1 层传感器直接接触混凝土 ， 此时的环 境 温度 约 为 2 0 ， 开 盘 时 混凝 土 出仓 温 度 为 2 6 c C 左 右 ， 比环 境温 度 高 5 6 此后 ， 由于持 续浇 筑 混 凝土以及混凝土水化热 的持续 释放 ， 该层的测点温 度 逐渐 上升 ， 大 约 2 d后 该 层 混 凝 土 上 升 至 最 高 温 度 6 0 2 0 1 1年 8月 第 2层 是 2 0 1 0年 8月 2 4 日下 午 3 ： 0 o左 右 浇 筑 到设计 位 置 浇筑 过程 中温 度不 太稳 定 ， 水 化热 迅 速 上升 ， 截 至 8月 2 6日下 午 2 ： 0 0左 右 ， 有 的测点 温 度 最高 达到 6 2 ， 这 一过程 历 时约 4 7 h 第 3层 是 2 0 1 0年 8月 2 5日凌 晨 2 ： o 0左 右 浇 筑到位 浇筑过程 中水化热迅速上 升， 截至 8月 2 6 日下午 2 ： 0 0左右 ， 有 的测 点温 度最 高达 到 6 0 c I = ， 这 ： 窨 如 加 髓赠 0 ( 磊 _【 N ， 8 ， 0 _【 0 0 0 ： 口 N ， 8 ， 0 _l 0 N 0 ( _【 乙 ， ， 0 _1 0 0 ( ) ： 0 乙 ， ， 0 _【 0 0 o ： 0 ， 0 _【 0 N 0 o ： n 0 ， 8 ， 0 _【 0 0 0 0 ， 8 ， 0 0 0 ( N ， 8 ， 0 _【 0 N o ( 【 n N 、 8 o l 0 N 8 一n 、 ， 0 0 N 0 () ： n ， 8 0 0 0 ( )： 0 N ， 8 ， o 【 0 0 0 = 0 n 蓉【 0 0 0 = n 0 ， 8 _【 0 0 ( )： 0 0 N ， 8 ， 0 _【 岛 0 ( = ， 0 _1 0 8_8 l ， 8 ， 0 1 0 N作 0 o ： N 8 ， 0 _l 0 N集 8苎 葛， 8 ， 0 I 。 采 0 () = 0寸 、 ， 0 _1 0 0 o ： 0寸 ， 8 ， 0 _【 0 0 ( 0 t ， ， 8 ， 0 _I 8 8 葛 ， 8 ， o 1 0 N 0 c 三 乙 ， D l 0 6 0 a 磊_【 c z ， 8 ， 0 0 N 图 0 o = z ， 8 _【 0 0 ( ) ： n ， 8 _【 0 0 ( ) ： 0 n N 、 8 ， o l 0 N 0 ( ) ： 0 ， 8 ， 0 _1 0 盒 0 z ， 8 ， 0_【 0 0 ( ) = 0 ( 一 ， 8 ， 0 _【 0 0 o = ， 8 至 岛 o ( _【N ， 8 ， 0 _l 0 N p、 越赠 第 3 2卷第 4期 李友好 ， 等 ： 桥墩 承台大体积 混凝 土施 工翅 温度控制与监涮 釜 堡 #= 第 3 屡 一 俺 第2 层 一_ 1 至 塑堡 ： 二 二：二 二二 二： 二 。 塑 2 1 1 3 1 1 1 7 墩承台第 4层温控测点的湿度 曲线 图 9 6 墩承台水化热测点温度变亿 曲线 一 过程 历 时约 3 6 h 。 第 4层是 2 0 1 0年 8月 2 5日凌晨 7： O O左右浇 筑 到位 因该 层 在最 上 层 ， 受 空 气 流 动 的影 响 ， 截 至 8月 2 6 E l 下午 2 ： O O左 右， 该层测点温度最高达 到 5 2 ， 这一 过程历 时 约 3 l h ， 总体来 看 ， 放在 承 台 混凝 土 表 面 的测 点 受 空气 流动影响较大， 最高温度有所降低 埋置于承台中间 的测点水 化 热引起 的 温度上 升较 快 从各层 的温度测试 盐线进行评测 ： 温度上升 的 梯 度处 于 0 。 4 0 0 5 I C h水 平 。 同一 层 内外 测 点 59 的 温差处 于 l 42 0 的范 围内 由图 9可 知 ， 6 墩 承 台水 化 热 测 点 的温 度 曲 线 具有 如下 的 变 化规 律 ： 从 2 0 1 0年 9月 2 3 日下 午 开 盘 ， 浇筑完 毕后 历 经 7 O h ， 受 混凝 土 水 化 热 影 响 ， 其 中最大的温度测值为 5 4左右 ， 历时 7 0 h ， 温升速 率 为 0 。 4 7 h 自此 ， 再 经历 约 9 3 h ， 测 点 的温度 整 体呈下降趋势 ， 温度曲线 自此稳定 ， 线性降低， 降低 的速率很低， 为 0 5 o C d 与空气接触 ， 在外边缘的 混凝 土测 点温 度受 空气影 响昼 夜摆 动 ， 异常 明显 。 同 一 层 内外测 点 的温差 处 于 2 O 以下 衡 粥 粥 坶 o p 逐 0 ( 磊 _【 、 o _【 0 N 0 ( 蠢 【 ， 8 _【 o z g _【 0 ) 0 一 0 ， 8 ， 0 _【 0 0 0 =9 0 至 o z 交夏 0 “ ， 8 0 1 0 N ) 0 0 0 8 ， 0 1 0 N 客 ， 8 言n ) o 8 _【 ， 吕 ， 0 l 0 N 誊 n _I n N ， 8 ， 0 1 0 N 磊 _【 ， 8 H 0 N 0 o 一 6 0 至 0 z 荟 0 ， 8 ， 0 1 0 N 0 ( 夏 0 n 8 【 0 N 荟 0 0 _I o z 0 o = _【 N N ， 8 gN 霹 0 o =8 1 葛 喜1 0 N 鼽 8 葛 ，8 蔓 0 N 果 0 o =譬 甘 ， 0 1【 0 0 0 =6 o 葛 ， 8， o 1 0 z 8 9 o 葛 ，8 o l o z l：n 0 N 8 0 1 0 N 8 8 0 I o z 。 o ： c z ，g 0 1 0 N 8 o 0 = _I ，8 至 。 N 圈 8 载 _【 n 堇 _1 0 N 0 o ： n ，8 ， 0 【 0 0 = 0 ，8 ， 0 l 0 N 0 ()=鸶 l N ，8 0 g N 8 - 0 n ，8 o _1 0 N 8 8 ，8 ，o i 0 o ： l【 N N ，8 ，0 若 磊 N N ，8 ，0 1 0 N 6 0 华北水利水电学院学报 2 0 1 1年 8月 7 墩承台受施工条件所 限， 冷却水难 以保证 持 续 供应 ， 温 度 的变化 比较 杂 乱 ， 温度最 高达 6 2 q C， 比 相 近时 间 浇筑 的 6 墩 承 台最 高温 度 5 4高 出 8 ， 说明 7 墩承台的冷却水稍滞后 ， 水化热影响较大 2个承 台的温度 曲线反 映出 ： 水 化热 的影 响表 现 在温升幅值 0 4 0 0 5 1 o C h ， 降速 0 1 2 h 左右 冷 却 水 制冷 效 果 达 到 预期 要 求 ， 不 会 导 致 同一 时 间段 内的混凝 土 温度 骤升 或骤 降 引起局 部 区域混 凝 土开 裂 4 结 语 通 过 对 实 测结 果 的分 析 发 现 ， 达 到最 高 温 度 所 经历的时间相 近， 最高 温度 与左线 6 承 台相符 ， 说 明理论 计 算 与实 测 的温 度 曲线 是 合 理 的 并 由此 推 测 ， 按照既定的冷却水管制冷方案浇筑大体积承台 是可行 的， 质量能够保证 但需要注意的是在施工过 程 中， 要确保冷却 水的恒定流动 ， 从开盘到停水 ， 约 经历 7 d才可 满 足 要 求 ， 否 则 将 导 致 混 凝 土 内外 温 差 过大 参 考 文 献 1 朱伯芳 大体 积混 凝 土 温度 应 力 与温 度 控制 M 北 京 ： 中国电力出版社 ， 1 9 9 9 2 刘秉京 混 凝 土 技术 M 2版 北 京 ： 人 民交 通 出 版 社 ， 2 0 0 4 3 侯景鹏 ， 熊 杰 ， 袁 勇 大体 积混 凝土 温度 控制 与 现场 监 测 J 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 5 6 5 8 4 卢哲安 ， 陈猛 ， 任 志刚 桥 墩 承台大 体积 混凝 土 的温 度 控制 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 9 7 9 9 5 刘沐宇 ， 徐黎明 ， 汪峰 ， 等 广州 黄埔 大桥承 台大体 积混 凝土温 度 控 制 与 监 测 分 析 J 华 中 科技 大 学 学 报 ， 2 0 0 8 ( 3 )： 1 21 6 Te m p e r a t ur e Co nt r o l an d M o n i t o r i ng o f Br i dg e Pi e r Bul ky Co n c r e t e Con s t r uc t i o n o f Br i dg e Pi e r Ca p LI Yo u ha o ，HE Da z hi ( 1 H e n a n I n v e s t m e n t G r o u p C o L t d ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 8 ， C h i n a ； 2 No a h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1，C h i n a ) Abs t r ac t：The r ma l c r a c k s a r e u s u a l l y c a us e d b y e x c e s s i v e i ns i de a nd o u t s i de t e mp e r a t u r e di f f e r e n e e i n c o n c r e t e Th i s i s a n un a v o i da bl e p r o b l e m i n p r o c e s s o f mas s c o nc r e t e c o ns t r u c t i o nW a t e r p i pe c o o l i n g i s a n e f f e c t i v e me t h o d t o c o n t r o l t he c o r e t e mp e r a t ur e o f c o n c r e t e a n d a v o i d t he r ma l c r a c kThi s me t h od i s a pp l i e d i n c o nc r e t e c o n s t r uc t i o n o f br i dg e pi e r c a p，a n d t h e c o n c r e t e t e mpe r a t u r e o f p i e r c a p i s c o n t r o l l e d i n a r e a s o n a bl e l i mi t Th e mo n i t o r i ng r e s u l t s s ho w t ha t wa t e r pi pe r c o o l i n g me t ho d i s e f f e c t i v e Ke y wo r ds：ma s s c o nc r e t e；t h e r ma l c r a c k；wa t e r pi pe c o o l i ng；pi e r c a p；c o n s t r u c t i o n mo n i t o r i ng ( 责任编辑 ： 陈海涛 )