高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术.pdf

2 0 1 1 年 4月 第 2卷 第 2期 高速铁路技术 HI GH SPEED RAI LW AY TECHN0L0GY No 2， Vo 1 2 Apr 2 01 1 文章编号：1 6 7 4 8 2 4 7 ( 2 0 1 1 ) O 2 0 0 5 5 0 4 高速铁 路桥梁承 台大体 积混凝土施 工控 制关键 技术 刘 传 鹏 ( 中铁 十四局集 团有 限公 司 ， 济南 2 5 0 0 0 0 ) 摘要 ： 如何控制混凝 土水化热导致 的结 构物内外温差 ， 防止 出现温 度应力 引起 的温度裂 缝是 大体积 承台混 凝土施工的关键技术难题。结合广深港铁路客运专线沙湾水道特大桥 ， 详细阐述了大体积混凝土温度控制 理论计算、 施工控制技术及温控结果， 为解决高速铁道承台大体积混凝土施工难题积累新的技术资料。 关键词 ： 高速 铁路 ；大体积混凝土 ；承 台；施工 中图分类号 ： T U 7 5 5 6 7 文献标识 码 ： B Ke y Te c h ni q u e o f La r g e - s c a l e Co n c r e t e Br i d g e Be a r i n g Pl a t f o r m o n Hi g h- s p e e d Ra i l wa y LI U Chua n- pe ng ( C h i n a R a i l w a y S h i s i j u G r o u p C o r p o r a t i o n ，J i n a n 2 5 0 0 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t ： Ho w t o c o n t r o l t h e i ns i de a n d o u t s i de t e mp e r a t u r e r a n g e o f s t r u c t u r e c a u s e d by c o n c r e t e he a t o f h y d r a t i o n a n d p r e v e n t t e mp e r a t ur e fla ws c a u s e d b y t e mp e r a t u r e s t r e s s i s a t h o r n y p r o b l e m i n t e c h n o l o g y f o r l a r g e c o n c r e t e b r i dg e b e a r i ng p l a t f o r m wo r k s Ta ki n g Gu a n g z h o u S h e n z h e n Ho n g k o ng pa s s e n g e r d e di c a t e d l i ne for e x a mp l e，t h i s p a pe r d e s c r i b e s i n de t a i l t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n， c o n s t ru c t i o n c o nt r o l t e c h n o l o g y a n d t e mp e r a t u r e c o n t r o l r e s u l t i n l a r g e c o n c r e t e s t ru c t u r e a n d a c c u mu l a t e s t e c hn i c a l d a t a i n d e a l i n g wi t h p u z z l e s for t h e wo r k s o f l a r g e s c a l e c o n c r e t e b ridg e b e a rin g p l a t - - f o r m o n h i g h s pe e d r a i l wa y Ke y wor ds： hi g h s p e e d r a i l wa y；l a r g e s c a l e c o n c r e t e s t ru c t u r e；b e a rin g pl a t f o r m ；c o n s t r u c t i o n 1 工程概 况 广深港铁路客运专线 Z H一1 标沙湾水道特大桥 5 号 9号墩跨紫坭河设计为( 1 0 4+ 21 6 8+1 1 2 ) m连 续刚构 ， 1 2号 1号井墩跨 沙湾水道设计 为( 1 l 2+2 1 6 8+1 0 4) m连续刚构 。线路 采用无砟 轨道 ， 设计 时速 3 5 0 k m。其 中 6号 、 7号 、 1 4号主墩基础 均采用 1 2根直径为 2 5 0 c I n钻孑 L 桩 ， 承台设计为低桩承台 ， 尺 寸为 2 3 5 m x 1 7 I l l 5 m， 混凝 土量为 1 9 9 7 5 m 。 主桥承台属大体积混凝土施工。 2 大体积混凝土温度控制理论计算 2 1 混凝 土 浇注 后 相 应 龄期 水 化 热 产 生 的 平 均 内部 温度 由于水泥的水化热作用 ， 混凝 土浇筑后要经 历升 温期 、 降温期和温度稳定期 3个 阶段 ， 控制温差 ， 尽量 收稿 日期 ： 2 0 1 1 4 3 2 1 5 作者简介 ： 刘传鹏 ( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 工程 师。 降低温度梯度 ， 是保证大体积混凝土不产生裂缝 的根 本。水管冷却是控制大体积混凝土温度 的重要方法 ， 即在混凝土内埋设金 属管 ， 通水冷却。承台一次浇注 完成 ， 混凝土浇注后相应 龄期水化热产 生的平均 内部 温度 Q ： Q = = f、 ， 7 s i n ， z c。 s m z 、 1 ， z 1 e n 1x 8 n _c m 2 2 41 2 n Q 。 = W O 。 c p ( 1 ) 式 中： 每方水泥用量 ； 0 。 最终水化热 ； c 混凝土质量热量 ； p 混凝土的密度 ； 混凝土板厚度 ； m水泥的水化热散发 系数。 计算得到 Q 的范围为 2 5 8 2 9 6 6 ( 2 ， 浇筑第 1 1 d后即开始降温 ， 最大温升 3 2 7 C d ， 在浇筑完成后前 _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 刘传鹏： 高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术 2 0 1 1年4月 5 d温升较大。实际上现场施工时的气温和混凝 土浇 注时的入模温度有一差值 ， 混凝土绝热温升在不 断产 生的同时也在不断的向外散热 ， 这两种因素用傅里 叶 准数 F 0 、 相应龄期表面散热系数 E 2和底部混凝土残 留系数 E 1进行 修 正 ， 修 正后 温 升 范 围为 1 1 8 6 8 7 9 4 C d ，浇 筑 8 d后 即 开 始 降 温， 最 大 温 升 8 7 9 4 c IC d ， 在浇筑完成后前第 2 4 d温升较大。 2 2 温度应力验算 温度应力计算中， 首先需算 出总降温差 ， 若以水化 热最高温升与基础最终稳定温度之差作为总降温差 ， 计算偏于安全。由于承台施工在 1 2 01 8 0 d内， 环境 温度均处于上升阶段 ， 此差值较 以水化热最高温升与 基础最终稳定温度之差值小 3 5 。 自浇注后 8 d混 凝土内部绝热温升最高为 2 4 2 8 ， 3 0 d后 内部绝热 温升最高为 1 3 5 5 ， 则 中心部位 3 0 d内总降温差为 2 4 2 81 3 5 5 =1 0 6 3 q C。 ( 1 ) 承台混凝土 3 0 d内当量温差。任意时间收缩 S ( t )=3 2 41 0一 X M1 X M2 X M3 ( 1一e一 0 0 1 t ) ， 式中： 。 、 、 、 为混凝土材料组成 对于 混凝土极限收缩与徐变 的修正参数分别取 1 1 ， 1 1 3 ， 1 0 ， 1 0 ， 则收缩当量温差 T =s ( ) ， 为混凝土 线胀系数 ， 分别计算 3 0 d 、 2 7 d 、 2 4 d 、 2 1 d 、 1 8 d 、 1 5 d 、 _ d ,( 2 )9 d 总 温,6 d ,差3 d弓 ( 1 一 ) 1一I ( c o s h # l 2 ) E ( t ) A T ( t ， ) ， 卢= ff c J H E ( t )， 计算 得 到 3 0 d混凝 土总应 力 为 0 9 MP a ， 安 全 系 数 为 1 7 0 9=1 8 9 ， 由此 得 出在 3 0 d 内随着温度变化产生的温度应力不会导致开裂 。 3大体 积混凝 土温度施工控 制技术 水泥水化热产生较大的温度变化及收缩作用 ， 是 导致大体积混凝土 出现裂缝 的主要原 因， 合理 的控制 温差变化是保证不产生裂缝的根本 。一般规定将非均 匀温差应控制在 2 5 C内。施工 中主要从降低水泥水 化热 、 降低混凝土人模温度 、 降低混凝土 内部温度 通水散热 、 保持混凝土表面温度、 严格控制拆模 时间等 方面做好混凝土温度控制工作 ， 尽量降低混凝土内部 温度的升降速率 ， 确保内外温差控制在 2 5 C以内。 3 1 采用降温管降低混凝土内部温度 采用 4 , 5 0镀锌管材 ， 经过计算单根管水流流量按 3 n l h控 制。混 凝 土 内部 温度 和水 温 差控 制求 在 2 0 2 5 q C 之间。按承 台温度应力场特征 ， 水平 布置 散热管， 主墩承台各设 4层 ， 每层设 l 5道测温管 ， 上下 层距底面和表面均为 1 0 m； 采用 6 2 5 4的钢管 ， 散热 管进 出水 口均露出承 台侧面 2 0 o m； 同一层 散热管 的 进水 口连接在一根总管上 ， 各设阀门， 用 1台 2 51 2 0 型离心式水泵 ， 单根管水流流量按 3 i n h控制 ， 出水 口汇于同一水箱内； 为便于控制温度 ， 分别设 3个6 m 的水箱供水 ； 在降热过程中， 若通过测温管实测混凝土 内部温度与测量进水 口水温差别大于 2 5 时 ， 应调整 水温 ， 若水温 比混凝 土内部温度低 的多 ， 则加热进水。 散热管采用耐腐蚀 的镀锌钢管 ， 与钢筋一起绑扎。在 使用前要求通水进行密闭性试验 ， 防止管道在焊接接 头位置处漏水 或阻塞。通水散热后对散 热管作压浆 处理 。 为提供可靠的数据控制 昆 凝土 内外温差 ， 考虑承 台平面对称性 ， 在承台平面 1 4位置及对角线上布置 温度应变片 ， 用温度显示仪采集数据 ， 测点布置与编号 如图 1 所示。采集的数据主要包括不同施工时段的人 模温度 、 每个温度应变片处混凝土不同龄期温度 、 草袋 内温度 、 外 界气温 、 散热管进出水温度。综合考虑混凝 土的入模温度 、 混凝土水化热 的发展变化规律 、 养护条 件 、 通水散热等因素 ， 确定混凝土 的温控标准为： 混凝 土 的内表 温差 不超 过 2 5 ，拆模 时 内外 温差 小 于 2 5 ，最大降温速率要小于 2 O C d 。 ：4 6 5 4 8 0 4 8 0 2 7 5 1 。 o 。 。 o 。 0 0 o r X 1 测温管 0 X一 。 。 。 。 o 。 0 o o r X一 3 0 应变计_X 4 。 - 。 。 o 。 X一 5 。 冷 却水 管 5 0 m il l ， g = 3 m O 0 1 5 O l O 1 0 ( 图1 主墩测点布置与编号图( 单位： r l l m) ( b ) 平面布置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 刘传 鹏 ： 高 速铁 路桥梁承 台大体积混凝土施工控 制关键技术 3 2通过混凝土配合 比设计降低水泥水化热 水泥选用 山东铝业 公 司 P 0 3 2 5 R低 碱普硅 水 泥， 水泥中严格控制铝酸三钙含量小于 6 ， 碱含量小 于 0 6 。骨料选用连续级配石 子 ， 细骨料选用 中砂 ， 施工中严格控制粗 细骨料 的含泥量 小于 1 5 ， 以提 高混凝土的均匀性 ， 增加抗 裂能力。混凝土 中掺人 复 合多功能超细粉 ( A粉 ) ， 以保证 混凝土 的 自密实 ， 且 不产生泌水和离析 。经过多次试配 ， 混凝土采用配合 比如表 1所示 ， 性 能要求 如表 2所示。混凝 土掺入 了 1 9 的 N O F一 2 A型高效缓 凝减水剂 ， 延长 了混凝土 缓凝时间 ， 改善混凝土的和易性 ， 同时减少了拌和用水 量 ， 降低 了水灰 比， 降低 了水 化热 ， 起到 了明显降低水 化热的作用 ， 还推迟 了浇筑最高温度峰值 出现的时间。 表 1 C 3 0混凝土配 合比表 f 每 m 用量 ) 水泥 超细粉 砂子 碎石 水 N O F 2 A缓凝 ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) 减水剂 ( k g ) 2 91 9 7 7 5 5 l l 3 2 1 5 5 7 3 7 2 表 2 混凝土 主要-眭能指标表 坍落 度 初凝 时间 终 凝u ,i l开 7 d抗压强 2 8 d抗 压 5 6 d导电 ( e m) ( h ) ( h ) 度 ( MP a ) 强 度( MP a ) 量( C) 1 4 1 8 1 6 2 0 31 5 4 1 6 6 4 5 7 3 3材料预降温 了解每天 、 周 、 旬 的气象资料 ， 将承 台施工避开阴 雨 、 大风等恶劣天气 ， 选择一天气温度较低 的时问开始 施工 ， 利用冰水混合物搅拌? 昆 凝土 ， 降低混凝土的人模 温度 ， 在浇筑过程中， 根据现场实际情况采取控制水温 ( 加冰块 、 吹风散热 等 ) 、 加快水循环 、 覆盖集料 、 模板 防晒等措施进行混凝土温度控制 。 3 4混 凝 土施 工 为避免施工缝造成混凝土腐蚀介质的侵入和处理 钢筋接头工程量 ， 利于钢筋施工质量控制； 提高混凝土 耐久性 ， 提高因桩基约束对混凝土造成不利影响 的抵 抗力 ， 降低因混凝土收缩徐变出现裂缝的几率 ， 混凝土 的浇筑采用泵送一次性浇筑施工 。施工 中采用 2台布 料杆分 2个 区进行 ， 保证混凝土均匀人模 到位 。每区 按一定的厚度 、 顺序和方 向分层进行浇筑 ， 每层的浇筑 厚度不大于 5 0 13 1 3 1 ， 相邻两区的交界处注意振捣 ， 防止 出现漏振。混凝土的浇筑顺序为 自墩身预 留钢筋位置 向外浇筑 ， 浇筑时要防止承台边部浮浆太多 ， 造成表面 收缩裂缝 ； 不断调整水灰 比， 尽量使混凝土的坍落度均 匀一致 ， 保证其 和易性 ； 在模板 的一侧设置 了预 留孔 ， 随时将泌水及浮浆排出 ， 提高混凝土的密实性 ； 采用不 同长度直径为 2 0 0 m m的钢管作为导管将混凝土送入 模板内部 ， 保证混凝土下落高度小于 1 5 r n ， 不产生离 析现象 ， 避免钢筋的污染 ； 因承台的面积较大 ， 表面收 光需要 的时间较长 ， 将混凝土的结束时间控制在下午 1 6 ： 0 0以后 ， 以免表面的的水分散发较快 ， 产生收缩裂 纹 ； 混凝 土浇筑前用一层毛毡外加两层草袋将侧 面模 板覆盖 ， 降低混凝土的内外温差 ， 并在最后一层混凝土 终凝前即用一层毛毡外加两层草袋覆盖 ， 在草袋表面 洒水保湿 ， 使表面覆盖层始终处于湿润状态 ， 但不使草 袋处于饱水状态 ， 以免失去保温作用 ； 根据测量的混凝 土内部温度与外界气温 的差值来决定拆模 时间 ， 若两 者温差大于 2 5 C， 则不能拆模 ， 继续通水散热 ； 直至外 界气温与混凝土内部温差小 于 2 5 时才可拆模 。 4大体 积混凝 土施工的温控结果 混凝土温度采集 内容主要 包括混凝 土人模温度 ， 每个温度应变片处的混凝土 内部温度 ， 草袋内温度 ， 草 袋外温度 ( 即外 界气温 ) ， 散热 管及散 热筒进 出水温 度 。根据测量收集的数据对混凝土总体温度变化过程 分析得到 ： 混凝 土人模 1 2 h内升 温迅 速 ， 温升 接近 2 5 C， 3 d后 内部最高温度达到 6 2 的峰值( 与理论计 算的基 本 相 符 ) ， 随 后 温 度 开 始 下 降， 下 降 梯 度 为 ： 18梯 d 2 4注 口 至 拆 模 ， 共 通 水 散 热 。 拆 模 时 外 界 气 温 ，承啊 台中心处最高温度为 4 5 2 8 C， 距离承台外边缘 0 5 m 处的测点的平 均温度 为 3 1 0 1 ， 拆模时满 足 内外温 差小于 2 5 C要求。温度沿高度方 向上 ， 在承台中心偏 下位置温度最高， 沿此点向两边逐渐 降低 ， 在距离顶面 1 m范围内温度梯 度最 大 ， 底 面由于封底 混凝 土的保 温效果好 ， 温度下降较慢 。沿水平方 向， 从承 台中心到 边缘 ， 温度逐 渐下降 ， 典型测试结果 如 图 2和 图 3所 示。草袋保温效果测试结果 如表 3所示 ， 冷却水管的 降温效果如表 4所示 ， 一层毛毡和两层草袋起到了 良 好 的保 温效果 ， 保温 一般在 8 C左右 ， 减少 了 内表温 差 ； 进 出水温的差值平均在 5 8 ， 取得 了较好的降温 效果。 图 2 同一竖直 面上不同高度温度场 的分 布图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 刘传鹏 ： 高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术 2 0 1 1年4月 图 3 承 台对 角线 第 3层各点 时间 一温度 曲线 图 表 3 草袋保温效果测试结果表 草袋 内空气温度 草袋 外温度 温差 日期 测量时 间 r 1 ( o C) ( oC) 0 5 一l 2 2 1： 4 0 2 5 O 1 7 O 8 0 0 5 1 3 8： 3 0 31 5 2 4 0 7 5 0 5 1 4 4： 40 3 2 8 2 5 0 7 8 0 5 1 5 6： 0 0 3 3 6 2 5 3 8 3 0 5 1 7 3： 1 5 2 4 5 1 7 0 7 5 表 4 散热管进 出水温温度测量 结果表 日期 时 间 进水温度 ( ) 出水温度( o C) 差值( ) 7： l O 3 0 8 3 7 6 6 8 0 5 1 4 l 0： l 0 3 1 1 3 6 7 5 6 1 7： 1 0 3 3 1 3 9 1 6 0 8： 0 0 3 1 0 3 6 4 6 4 1 0： 45 3 2 4 3 7 6 5 2 0 5 1 5 1 4： 1 5 3 2 8 3 8 2 5 4 1 7： 3 0 3 5 5 4 0 7 5 2 5 结语 该 大承 台大体积 混凝土 ， 一 次浇筑施 工厚度 达 5 m， 混凝土多达 1 9 9 7 5 m ， 施工 中采取“ 内降外保” 温控技术 ， 降低混凝土拌和料的入模温度 ， 降低水泥水 化热 ， 对承台混凝土外表面进行蓄热保温 ， 以减少混凝 土表面的散热 ， 从而减小混凝土表面和中心的温差 ， 很 好地解决了大体积混凝土的一次性浇注温控问题 。通 过 3个大体积承台的施工 ， 收集 了大量 的温控数据 ， 基 本掌握 了大体积混凝土内部温度分布和变化规律。所 有混凝土一次浇注成功 ， 承 台大体积混凝土外观质量 良好 ， 外美内实 ， 完工后 2年没有发现任何温度裂缝 ， 表 明该大体积混凝土施工是成功 的， 可供 同类工程施 工参考。 参考文献： 1 段寅 ， 向正林 大体积混凝 土水管冷却热 流耦合算 法与等效算 法 对 比分析 J 武汉大学学报 ( 工学版 ) ， 2 0 1 0 ( 6) ： 7 0 3 7 0 7 2 黎生南 桥墩承 台大体积混凝土抗裂计算 与温度控制 J 武汉 理 工大学学报 ， 2 0 0 9 ( 2 4 )： 6 36 5 3 万 惠文 ， 谢春磊 ， 徐文冰 ， 等 大体积 高强混凝土 承台的温度控 制 与监测分析 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 9 )： 1 0 41 0 7 4 王海林 七里河大桥主墩承台大体积混凝 土的施工控制 J 交 通 标准化 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 2 1 2 6 5 王军亮 ， 袁春光 ， 刁波 浅论大体积混凝土施工要点 J 山东交 通 科技 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 3 2 3 6 ( 上接 第 3 0页) 3 3施工注意事项 ( 1 ) 基层处理时一定要注意对混凝土表面的清洁 和裂纹缺陷的修补 。若基层表面的浮浆 、 粉尘 、 油污 、 杂物等没有清理干净 ， 会造成涂层与基层粘结不牢 ， 严 重时甚至会出现大面积的脱落 。基层表面有缝 隙、 空 洞时 ， 应认真用灌注砂浆或修补腻子等进行修补 ， 如果 在缺陷存在的情况下施工 ， 裂纹 、 空洞会在应力集中的 情况下扩大 ， 造成涂膜的扩张， 严重时将涂膜拉断 ， 直 接失去防水作用 。 ( 2 ) 抛丸时要严格控制粗糙度。粗糙度过小会导 致粘结力不够 ， 而粗糙度过大会带来 大量 的底涂和修 复工作量 ， 也不利于粘结强度。 ( 3 ) 加强对底涂材料 、 修补腻子的质量检测 ， 各种 材料应具有 良好的相容性 ， 可 以相互渗透。底涂 材料 必须确保能渗入梁面基层 ， 增强与基层的粘结性能。 ( 4 ) 底涂 、 腻子施工要加强过程控制 ， 达到实干状 态后再进行下道工序 ， 防止 出现鼓包 等质量缺陷。若 施工完毕后发现有针眼、 鼓包等缺 陷， 应及 时修补 ， 符 合要求后才能进行下道工序 ， 防止喷涂聚脲后造成质 量缺陷。 ( 5 ) 底涂 、 腻子 、 聚脲和脂肪族面层等都是 A、 B组 分材料 ， 作业时一定要严格控制材料配 比并混合均匀 ， 避免因比例不 当造成产品质量不满足技术要求。 ( 6 ) 聚脲喷涂作业时应严格保证基层温度应高于 露点温度 3 o C以上 ， 防止形成层间水膜 ， 导致脱层或者 鼓包 。 4 结语 作为防水 、 防腐 、 抗磨等保护性涂层 ， 聚脲防水层 的工程质量主要决定 于 2个方面 ： 一是涂料 自身是否 正常反应成膜 ； 二是 涂料与基层的粘合力。大部分情 况下 ， 影响工程质量的主要原因是后者 ， 即与基层粘结 不牢， 局部鼓包 、 发黏 、 分层或大面积脱落等 ， 选择合适 的修补腻子、 底涂材料 ， 熟练的作业工人和成熟 的施工 工艺都十分重要 。在施工过程 中必须加强对原材料和 施工过程的检验控制 ， 确保防水层施工质量。 参考文献 ： 1 科 技基 2 0 0 9 1 1 7号 ， 客运专线铁路 桥梁混凝土桥 面喷涂 聚脲防 水层暂行技术条件 s 2 G B T 2 3 4 4 6 2 0 0 9， 喷涂 了聚脲 防水涂料 s 3 京沪高速( 工) 2 0 0 9 1 5 2 号， 京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂 聚脲 防水层暂行技术条件 S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m