大体积混凝土承台施工温度裂缝控制与监测.pdf

2 0 1 2年第 4期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 4 7 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 4 7 0 4 大体 积混凝 土承 台施工温度 裂缝控 制与监测 杨 立 财 ( 中铁十六局集 团 第 一工程有限公 司， 北京 1 0 1 3 0 0 ) 摘要 ： 大体积混凝土在施 工阶段会因水化热释放 引起 内外温差过大而产生裂缝 ， 水化 热温度过 高， 还会 导 致混 凝 土后期 强 度 的明显 损 失 。本文 结合 黄 陵 至延 安 高速 公路 葫芦 河 特 大桥 大体 积 承 台工程 实例 。 对 承 台大体 积混 凝 土施 工制 定 了具体 的 降 温和 温度 监测 方 案 ， 通 过现 场 实施 ， 保证 了混凝 土 的质量 。施 工结束后， 经检验 未发现温度裂缝， 表 明施工方法与降温监测措施 可行、 有效。 关键 词 ： 大体积 混凝 土 温度控制 监 测 裂 缝 中图分类号： U 4 4 5 5 5 文献标识码 ： A 大体积混凝土在施工阶段会因水化热释放引起内 外温差过大而产生裂缝 ， 水化热温度过高 ， 还会导致混 凝土后期 强度 的明显 损失 。国内外有许 多大体积 混凝土结构物 出现裂缝 的实例 ， 严重影响工程的使用 ， 以致不得不采取补救措施 ， 费时费力 ， 耗资 巨大。 目前 我 国在大 体积 混凝 土 温控 领域 的研究 还不 够 深入 和全 面 ， 有关的规范条文还不够完善 ， 很多工程实践中的问 题只能采取工程措施 。 ， 因此对于大体 积混凝土 的 温度 控 制还 有待 于进 一 步深 入研 究 。本 文结 合葫 芦河 特大桥大体积承台混凝土施工实例 ， 介 绍大体积混凝 土的降温、 温度监控方案 以及裂缝控制措施 ， 为今后类 似工程提供参考 。 1工程概 况 葫芦河特大桥全长1 4 6 8 m， 是黄延高速公路第 四 合 同段重要组成部 分。主桥 为 ( 9 0+31 6 0+9 O ) m 预应力混凝土连续刚构 ， 桥墩为双薄壁空心墩 ， 墩高分 别为 1 3 8 n l ， 1 3 0 1T I ， 8 0 I n和 5 8 m。主桥桥墩基础采用 直径 2 0 n l 的钻孑 L 灌注桩基础 ； 主桥承台为方型 ， 分左 右幅， 承 台尺 寸为顺 桥 向 1 8 5 I n ， 横桥 向 1 1 5 m， 厚 4 m， 平面图如图 1所示 。承 台混凝 土等级为 C 3 0 ， 工 程 量 为 8 5 1 I n 幅 。 2 葫芦 河特大桥 承 台混凝 土施工 2 1 原材 料 性能 及配 合 比优选 2 1 1 原 材料 选择 1 ) 粉煤灰 收稿 日期 ： 2 O l 1 1 o 一 2 0； 修 回 日期 ： 2 O l 1 - 1 2 0 5 作 者简介 ： 杨立财( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 吉林德 惠人 ， 高级工程师 ， 硕士。 图 1 承台平面 ( 单位 ： c n 1 ) 粉煤 灰 因含有大 量 的活性 S i O ， 其掺 人具 有增 强 、 增塑、 填充效应和消减 温度 峰值 、 延 长水 化热 出现 时间的作用 ， 是 配制大体积混凝 土不可缺少 的材料。 本工程选用 了陕西蒲城电厂的 I 级粉煤灰 。其物理性 能 ： 含 水 量 0 3 ； 烧 失 量 1 7 6 ； 需 水 比 1 0 6 ； 4 5 m 筛余 7 6 ； 堆积密度 7 0 3 g e ra 。 2 ) 砂 和碎 石 选用西安灞河 中粗砂 ， 属 区级配范围， 细度模数 2 8 5 ， 天然密度 1 5 8 g c m ， 实测砂含 泥量小于 1 。 采用铜川 口花岗岩碎石 ， 5 03 1 5 m m 连续级配 ， 针 片状 含 量 1 0 ， 石 粉含 量 1 。 3 ) 外加 剂选 择 通过大量试验对外加 剂掺量进行试 配， 主要 内容 包括拌制混凝土的和易性、 减水率、 凝结时间及强度试 验 。试验结果表明， 采用陕西省高速集团生产的缓凝 高效减水剂能够满足施工要求 ， 从减水率凝结时间终 期 强度 来 看选 用掺 量 为 1 2 。 4 8 铁道建筑 2 1 2 混 凝 土 配 合 比 优 化 承台大体积混凝土的设计优化主要通过调整相关 参数如胶凝材料用量 、 粉煤灰掺量 、 外加剂掺量 以及砂 率、 砂浆体积等参数 ， 选择物理力学性能 、 施工性能及 耐久性最佳的配合 比， 结果统计于表 1 。 表 1 混凝 土各方 面性 能试 验结果 以上是进行对比试验结果 ， 经绘出不同胶凝材料 、 不 同粉煤灰掺量的强度曲线， 再做配合 比进行验证 ， 并 通 过驻 地办 试验 室 、 业 主 中心试 验室进 行验 证 ， 最后确 定配合 比 为 每 方 混 凝 土 水 泥 用 量 2 8 5 k g 、 粉 煤 灰 7 6 k g 、 砂子 7 1 8 k g 、 碎石 1 1 3 4 k g 、 水 1 7 2 k g 、 外加 剂 4 7 6 k g ， 比例为 1 ： 0 2 6 7 ： 2 5 2 ： 3 9 8 ： 0 6 3 ： 0 0 1 2 。坍 落 度为 1 3 c m。 2 2器 材保 证及 施 工部署 2 2 1主要 施 工器材 1 ) 混凝土 的拌合设 备的选用。承 台一次 浇筑混 凝土 8 5 1 m ， 按 3 0 h浇筑完成 ， 每小时浇筑 3 0 m ， 考 虑 到混凝 土拌 合能力 要有一定 的安全储备 ， 故选 用 HZ S 7 5 0型拌合站 ， 额定 拌合能力为 7 5 m h ， 实际最 大 拌合 能 力 5 0 m h ， 另备 用 一 台 J S 5 0 0型强 制 拌 合 机 。 2 ) 运输 车辆计算。承 台至拌合站地势较 平坦且 无其它交通干扰 ， 3台混凝土运输车能够满足要求 。 3 ) 混凝 土 下料 方 式 。承 台平 面尺 寸 为 1 8 5 m 1 1 5 m， 按 每 层摊 铺 混 凝 土 5 0 c m 计算 ， 每层 需 要 1 0 0 m 混凝土 3 h浇筑完成 。因承台顶面都位于原地 面以下 1 2 m不等 ， 且承台周 围场地较好 ， 为保证混 ( a ) C l 管道平面 凝 土浇 筑速度 ， 采 取 四周 多处 设混 凝 土滑槽 ， 另设 混凝 土输送泵， 主要负责承台中部混凝土浇筑 ， 这样多点下 料 ， 确保搅拌站拌完的混凝土短时间内即可人模 ， 提高 浇 筑速 度 。 4 ) 由于 承 台施 工 已进 入 冬 季 ， 通过 大 体 积 保 温 计 算 ， 备 足 保 温 材 料 和 设 施 。备 0 3 mm 塑 料 薄 膜 1 0 0 0 m ； 彩 条 布2 0 0 0 m ； 被 子 5 0 0 m ； 军 用 棚 布 1 2 0 0 m 。另外还备用采暖设备 ， 即火 炉 5 0个 ， 热 风 机 4台( 每小时放热1 0 0 0 0 卡 ) 。拌合站搭设好塑钢保 温棚 ， 砂石料设预热大棚， 拌合用水及拌合站内采 暖， 采用 1 t 的蒸 汽 锅 炉 一 台 。拌 合 站 设 有 保 温 门 ， 能 够 自动开启 ， 以保证混凝土的出机温度 。 2 2 2施 工布 署 为了保证承台的整体性 ， 采用一次分层浇筑混凝 土 ， 每层厚度控制在 2 53 0 c m。以 9号墩左 幅承台 为例 ， 于 2 0 0 3年 1 2月 9日2 3 ： 0 0 开始施工到 1 1日上 午1 0 ： 0 0 结束 ， 共浇筑 3 5 h 。为此： 采用三班倒制 ， 明 确交接班制度 ， 确保在浇筑过程 中有序进行； 下达浇 筑顺 序作 业指导 书 ， 按照 全断 面水平 分层 浇筑 ， 每层 厚 度控制在 4 0 6 0 c m， 有泌水现象及时排出 ， 并设专人 测量混凝土入模温度和环境温度 ， 做好记录。 3 承 台混凝土 降温 与测温点布置 为了防止大体积承台混凝土的开裂 ， 在混凝土结 构内部埋设冷却水管和测温点， 通过冷却水循环 ， 降低 混凝土 内部温度 ， 控制混凝土内外温差 2 5 q c 4 3 ； 通 过测温点测量 ， 掌握 内部各测点温度变化， 以便及时调 整冷 却水 的流 量 ， 控 制温 差 。 3 1 冷却水管的埋设 冷却水管布置如图 2所示 。 在开始浇筑混凝土时即通冷却水 ， 连续通水 1 5 d ， 水压 可 根据 天气 和水 化 热情 况 适 当调 整 ， 应将 出水 口 水温尽量控制在 4 0以下。 3 2 测 温点 的布置 测温点的布置力求反映混凝土内部温度场的变化 情况 ， 故测点布置垂直于长轴线方 向布设 5个测点， 厚 度方向垂直布设 5个测点。测温点布置见图 3 。 ( b ) c 2 管道平面 ( c ) c 3 管道平面 ( d )c 4 管道平面 图 2 冷却管布置( 单位 ： 1 2 1 ) 2 0 1 2年第 4期 大体积混凝 土承台施工温度裂缝控制 与监测 4 9 8 O p 6 O 4 O 娟 2 O O ( a ) 水平向测点布置 图 3 测温点布置 ( 单 位 ： mm) 图 4 8号墩左 幅承台温度变化 曲线 采用数字式多头热电偶仪对混凝土内部温度测点 进行监测 ， 仪器型号为 U J 3 3 a型直流电位差计 ， 准确度 等 级 ： 0 0 5级 。 4 数据分 析 4 1实测数 据分 析 对实测数据按照点位 、 时间、 温度绘 图如图4所示 ( 8号 墩左 幅承 台 ， 其它 略 ) 。 通 过温 度 时程 曲线 可 以得 出 以下 结论 ： 1 ) 曲线在混凝土浇筑前期 ( 一般为 12 d ) 变化 较大 ， 且较混乱 ， 这说 明大体积混凝土在浇筑初期各部 位的温度不均衡 ， 中心( 或 内部 ) 温度不一定高于周 围 ( 或外部) 温度。主要原 因是施工 时混凝 土入 模温度 的差异 ， 浇筑时分层分块不合理造成的， 对于本工程来 说 ， 尤其是 8号墩两个承台表现最为突出。 2 ) 靠近模板边缘或混凝土上表 面的点 ， 曲线波动 较大 ， 说 明大体积混凝 土受外界的影响主要在于表面 ， 另外后期比较稳定主要是 由于采集的数据及时反馈指 导了施工 ， 采取了相应的保温保湿措施 。 4 2 实测数 据 与理 论数 据的 比较 对 各承 台 、 各测 点 的实测 数 据与 理论 数据 对 比 ， 结 果如图 5所示( 8号墩承台左幅台， 其它略) 。 通过实测数据与理论数据比较 ， 表 明： 1 ) 实测数据与理论分析结果基本吻合 ， 这说 明理 论分析结果基本是正确的； 2 ) 个别实测数据与理论的差别较大 ， 经分析认为 这有可能是 由于实际边界条件与理论分析所采用的边 界条 件 的差 异造 成 的 ； 3 ) 大体积承 台混凝土温 度场计算对 于边 界条件 _ 竖 1 卜-竖 2 卜竖 3 竖 4 *_ 竖 5 的选取特别敏感 ， 在理论分析中采用何种边界条件 ， 以 及边界条件初值的选取至关重要， 是有待解决的问题 之一 。 5 几点体会 5 1 降低 水化 热 引起 的温 升 大体积混凝土应优先选用水化热较低的矿渣硅酸 盐水泥 ， 并采用“ 双掺” 技术 ， 即掺粉煤灰及掺减水剂 。 对于大体积混凝土， 用粉煤灰取代部分水泥 ， 可降低混 凝土的水化热 ； 使用减水剂可在保持混凝土强度不变 的情 况下 ， 通 过减 少 用 水 量 、 减 少 水 泥 用量 ， 最 终 达 到 降低水化热的 目的 。 5 2适 当 降低 入仓 温 度 因该大体积混凝土施工正值冬季 ， 白天最高气温 均 l 0 c 【 = ， 不必采取措施 。如在 夏季施工 ， 则 应采取 避开高温夜间施工、 拌合水加冰、 给水泥和粗细骨料遮 阳、 给粗骨料冲凉等措施以降低混凝土的人仓温度 。 5 3加快 混 凝土 内部 热量 的 散失 1 ) 平面分块 、 竖向分层是加快混凝土 内部热量散 失 的一种 有效 方法 。 0 0 8 0皿 0 0 _0 叮 0一 。叮 0 。 10 皿卜 0 0 _8 。皿卜 0 。 c N皿 0 c = _【皿 0 0 。 0 = 2 皿n 0 ! 口n 0 。 8 0叮 0 c = n 皿寸 0 ： I lm寸 0 0 0皿| ， 0 0 皿n 0 = _【 H皿n 0 0 。口n 0 E ： n 匝N 0 。 一皿 0 一 一皿 0 。 8 0皿 0 c = n 皿_【 0 = 毗 0 c = 一 一皿_1 0 0 _ 8 0匝一 0 N叮0 n 0 c = 0 皿。 n 0 c ： 卜 吐0 0 一 一皿0 n 0 c = 0匝0 n 5 0 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 5 0 0 3 交梨河特大桥预应力孔道摩 阻的试验研究 祝朝 旺 ， 黄 强军 ， 陈舜 东 ( I 贵州高速公路开发总公司 ， 贵州 贵阳5 5 0 0 0 0 ； 2 中铁西南科学研究 院有 限公 司， 四川 成 都6 1 1 7 3 1 ) 摘要 ： 预应力混凝土结构的应力损失具有较大的不确定性 ， 一些特殊或大型结构常通过试验确定。本文 介绍了厦蓉高速公路 交梨河特 大桥预应力孔道摩阻试验过程 ， 以及利 用最小二乘法对实验数据进行处 理， 并提 出在确定 k 值的前提 下， 利用预应力束伸长量推算预应力损失的方法。 关键词 ： 孔道摩 阻损失 最小二乘法摩擦 系数伸长量 中图分类 号 ： U 4 4 8 3 5 ； U 4 4 6 1 文献 标识 码 ： A 1 工 程 概 况 1 道 5 o 摩 擦 系 数 0 。 ， 孔 道 偏 差 系 数 = 交梨河特大桥位 于厦 ( 厦 门) 蓉 ( 成都 ) 高速公路 贵州 境 内， 桥 梁 全 长 为 1 9 8 8 i n ， 设 计 车 速 为 8 0 k m h ， 荷载等级为公路一 I级。主桥部分为( 8 5+ 2 1 6 0+8 5+8 5+1 6 0+8 5 )m 连 续 刚 构 ， 采 用 全 预 应 力混凝土设计。预应力 钢绞线为高强度 低松弛预应 力钢 绞线 ， 标 准 强 度 =1 8 6 0 MP a ， 弹 性 模 量 E = 1 9 51 0 MP a ， 锚 下张拉控制应力 为1 3 9 5 MP a 。设 收稿 日期 ： 2 O l 1 - l O - 1 5 ； 修 回日期 ： 2 o 1 2 一 O 1 - 1 2 作者简介 ： 祝朝旺( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 贵州大方人 ， 高级工程师 ， 硕士。 预应力损失是连续刚构设计计算 中非常重要的参 数， 在工程实际中 ， 由于施工工艺的影 响， 孔道摩阻损 失往往 比设计计算值大， 特别是长索 ， 这种影响更加严 重。造成预应力施加时控制张拉力与设计值存在较大 偏差 ， 其主要原因是实际孔道摩擦系数和偏 差系数 与 规范所规定 的数据不相符 。因此非常有必要通过 现场实测孔道摩擦系数 和偏差系数 k以便求得实际 的预应力孔道摩阻损失， 为施 工中准确地确定张拉控 制应力及钢束伸长量 ， 充分发挥预应力筋的作用提供 依据 。 2 ) 通水冷却。分层埋设直径为 2 5 m m或 1 9 m m 的薄壁钢管或铝管 ， 考虑到降温效果 ， 也可设多个进出 水 口。 具体做法如下 ： 先结合温控要求 ， 确定冷却水 管的布置， 施工时严格定位 ， 管与管接头采取弯头、 丝 扣 连接 ， 在 浇筑混 凝 土前要 进行 水密 试验 ， 振捣 时严 禁 直接振捣预埋的冷却水管 ； 在大体积混凝土 附近选 择冷却水源 ， 水温在 1 5左右 。施工 中要求 ： 混凝土 与冷却水 的温差 2 5 ； 混凝土降温速率 1 5 d ； 安装水泵降温供水量 2 0 m h ， 冷却水在混凝 土浇筑 时 即可 通人 。 5 4 保 温及 养护 冬季施工应在浇筑完后用薄膜及棉被覆盖混凝土 表面 ， 同时搭建保温暖棚 ， 监测暖棚内温度及混凝土表 面温度 ， 预备足够的暖风机及火炉以备保温使用 ； 夏季 气温较高时施工 ， 应对混凝土表面进行保湿养护 ， 保证 混凝土强度的正常增长 ， 降低混凝土的干缩应力 ， 防止 混凝 土表 面裂 缝 的产 生 。 6 结束语 1 ) 葫芦河特大桥 承台大体积混凝土温度监测结 果显示 ， 从混凝土入模至拆模期间， 混凝土内外温差始 终低于 2 5 ， 表明施工中采取 的措施是有效 的。 2 ) 大 体积 混凝 土施 工 受 到 多种 因素 影 响 ， 除 了要 采取较好 的温控措施外 ， 还应严格施工管理 ， 以保证混 凝 土施 工质量 。 参 考 文 献 1 王铁梦 工程结构裂缝 控制 M 北 京 ： 中国建筑 工业 出版 社 ， 2 0 0 0 2 李云龙 ， 王鹏 ， 叶仁 亦 杭 州湾跨 海大桥 移动模 架施工 混凝 土箱梁水 化热 温度 监测 分析 J 铁道建设 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 - 6 3 姚连震 大体积承 台混 凝土施 工温度 计算及 施工 质量控 制 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 2 3 2 5 4 中华人 民共 和 国交通部 J T J 0 4 1 2 O O O 公 路桥 涵施 工 技 术规范 S 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 0 ( 责任 审编孟庆伶)