大体积承台混凝土施工温度计算及施工质量控制.pdf

2 0 1 0年第 1 2期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 23 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 1 2 0 0 2 3 - 0 3 大体积承 台混凝土施工温度计算及施工质量控 制 姚连震 ( 中铁十五局集团有限公司 ， 河南 洛 阳4 7 1 0 1 3 ) 摘要： 介绍大体积混凝土承 台施工技术及混凝土的理论热工计算， 通过混凝土的理论热工计算结果控制 现 场混凝 土的入模 温度 ， 并 结合技 术措施 防止 温度 裂缝 的产 生 ， 保 证 大体积 混凝 土的施 工质量 。 关键 词 ： 温差 承 台混凝 土 施 工技 术 中图分 类号 ： T U 7 5 3 2文 献标识 码 ： B 1 工程概况 2 大体积混凝土施工温度计算 本 工程 为天津集 疏港公 路二 期 中段重点 工程 海河 大桥主塔 ( 2 1 墩 ) 承 台。 位 于新 港 船 闸北 侧 ， 承 台 尺 寸为 3 4 5 i n 4 6 5 m 5 0 In ， 混 凝 土 方 量 为 8 0 2 1 2 5 i n ， 属大体积混凝土工程。混凝土为 C 3 5高 耐久性防腐混凝土、 抗渗等级 W6 、 抗冻融 D F 8 0 。承台 施工场地狭小， 地下水位高， 南面紧邻船闸河道 ， 东面 紧邻公路， 西面是老桥墩 ， 无法实施大开挖 ， 基坑开挖 采用钢 板桩加 两道 内支撑 的方 案 。承 台大 体 积混 凝土 施工难度较高， 分 2次浇筑 ( 每次混凝 土浇筑方量为 4 0 1 0 6 m ) ， 采用 内散 外 蓄 方 案 ， 即混 凝 土 内部 采 用 冷却管降温 ， 同时加强混凝土表面保温蓄热 ， 降低内外 温差 ， 防止产生裂 缝 。 收稿 日期： 2 0 1 0 - 0 8 - 3 0 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 - 0 9 - 2 0 作者简介： 姚连震( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 河北滦南人 ， 工程师 。 2 1混凝 土 配合 比的选择 原设 计混凝 土为 C 3 5高 耐久 性 防 腐混 凝 土 、 抗渗 等级 W6 、 抗冻融 D F 8 0 ， 为了降低混凝土的水化热 ， 混 凝土配合比选用低水化热的水泥并掺入一定量的掺合 料， 配合比为 3 3 0 ( 水泥 ) ： 6 8 0 ( 砂子) ： 1 0 9 5 ( 碎石) ： 1 6 5 ( 水) ： 2 3 5 ( 外加剂) ： 1 3 8 ( 掺合料) 。 2 2 混 凝土 施工温 度计算 1 ) 混 凝土 拌合温 度计算 参 数见 表 1 。混 凝 土拌 合 温度 =T i MC MC= 6 6 9 0 6 2 4 6 1 2= 2 7 1 8 2 ) 混 凝土 出机温 度 ， 由于搅拌机棚为敞开式 ， 故 T 1 =T o = 2 7 1 8 o C。 3 ) 混凝土浇筑温度 = T o+( 一 )( 0 +0 2+0 3 ) 式中， 为室外气温 ， 取 2 5 ， 0 、 0 、 0 分别为各施工 阶段 温度损 失系数 ， 混凝 土装 卸和运 转时 0 取 0 0 3 2 ； 熟 ， 后期维 护方便 ， 量小 ， 自重轻 ， 不影 响行车。通 过 A N S Y S算得 所加预 应力筋 越多 ， 效果 越好 。 6 ) 人 行道 改造是 对 上 弦外 侧 的人 行 道进 行 改 造 ， 间接 地 增 加 了 主 桁 的 宽 度 和 刚 度 。 由 方 案 1 3 ( 4 4 8 6 7 H z ) 和 方 案 1 4 ( 4 3 4 9 2 H z ) 可 得 ， 方 案 1 3 自振 频率增 加 了 2 2 1 4 ， 方 案 1 4增加 了 1 8 3 9 ， 方 案 1 3加 固效 果 明显 ， 且方 案 1 4施 工繁 杂 。 4 结论 提速状态下既有桥梁病害整治及加固是提速地段 桥梁改造的重点工作 ， 关系到既有桥梁的使用寿命 ， 本 文对该上承式钢桁梁横向刚度不足提出加固方案和加 固效果分析 ， 为确保提速列车的运行安全和桥梁 的运 营安全提供理论依据 ， 对 国内类似桥梁的病害整治有 一 定的借鉴和参考意义。 参 考 文 献 1 中华人 民共和国铁道 部 铁运 函 2 0 0 4 1 2 0号铁路 桥梁 检定规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 4 2 周智辉 ， 曾庆元 ， 向俊 桥 梁横 向刚度对列车走行 安全性 的 影响 J 铁道工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 ( 2 ) ： 3 0 3 3 3 曹雪琴 钢桁 梁桥横 向振 动 M 北 京 ： 中 国铁 道 出版社 ， 1 9 91 4 李 小珍 列车一 桥梁系统耦合振动理论及 应用研究 D 成 都 ： 西南交通大学 ， 2 0 0 0 5 朱利 明， 刘华 铁路轻 型双柱 式桥 墩改造 研究 J 铁 道建 筑 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 9 - 2 4 ( 责任审编 王红) 2 4 铁道 建筑 混凝 土运输 时 0 ： A t ， t 为运输 时 间( ra i n ) ， A可查 表 得0 0 0 4 2 ； 浇 筑 过 程 中 0 =0 0 0 3 t j ， t j为 浇 筑 时 间 ( ra i n ) ； 混凝土 装卸 和运转 考虑 3次 ， 混 凝 土运 输 时间 t 为 4 5 ra i n ， 浇 筑 时 间 t j为 4 0 ra i n 。0 1+0 2+0 3= 0 4 0 5 ， 混 凝 土浇 筑温 度 ， =2 7 1 8+( 2 5 O 0 2 7 1 8 ) X 0 ， 4 0 5=2 6 3 表 1混凝拌合温度计算 4 ) 水化热绝热温升值 T ( t ) T ( t ) ： ( 1一e ) m q ( c o) T =m q ( c o ) 式 中T ( t ) 龄 期 内混凝 土 的绝热 升温值 ， ； 混凝土的最大水化热温升值 ， o C； m 每立方 米混凝 土水泥 用量 ， k g m ； Q 水泥水 化热 量 ， J k g ； C 昆 凝 土 的 比热 ， 一 般 取 0 9 21 0 0 ， 取 0 9 6 J k g K ； p 混 凝土 的质量 密度 ， 取2 4 0 0 k g m ； m 与 水泥 品种 、 浇 捣 时 与 温 度 有关 的 经验 系数 ， 一般 为 0 2 0 4 ； 混凝土浇筑后至计算时的天数 ， d 。 由水 泥厂提供 试 验 报告 知 ， 水 泥 3 d龄 期 水 化热 为 2 7 4 J k g ， 7 d龄期 水 化热 为 3 0 5 J k g ( 计 算时 在此 基 础上增加 3 0 J k g ) ， 3 d龄 期 的绝 热 温升 T ( 3 )= 4 4 3 ， 7 d龄 期的绝 热温升 ( 7 )= 4 8 q c。 5 ) 混凝 土 内部 实 际最 高温度 T = 十T ( t ) 式中， 为不同浇筑厚度的降温系数 ， 每次浇筑 2 5 m， 查表得龄期 3 d降温系数取 0 6 5 ； 龄期 7 d降温系数 取 0 6 2 ； 计算得龄期 3 d的混凝土 内部实际最高温度 =2 6 3+ 4 4 3 X 0 6 5= 5 5 I ， 龄 期 7 d的混凝 土 内部实际最高温度 T 7 = 2 6 3+ 4 8 X 0 6 2= 5 6 1。 6 ) 混凝土表面温度 ( t ) ( t )= T +( 4 H ) h ( 日 一h ) ( t ) 式中 。 大气平均气温 ， 取 1 5 ； 日 混凝 土 的计 算 厚 度 H =h+2 ， H =2 5 + 2 X 2 0 1= 6 5 2 I n ； h 为混凝土的实际厚度 ； h 混凝土 的虚 厚度 ， h =G A ， h = 0 6 6 6 X 2 3 3 0 7 7： 2 0 1 m； A为混凝 土 的热导 系数 ， 取 2 3 3 W m K； 为热传导 系数 ， 混凝 土表 面用岩 棉被保 温 ， 卢=1 ( 6 A +l 。 ) =1 ( 0 0 5 0 0 4 + 1 2 3 )= 0 7 7 ； 6为保 温 材 料厚 度 ， 取 0 0 5 m； A 为 材 料 导 热 系 数 ， 岩 棉 0 0 3 00 0 4 7 ， 取 0 0 4 0 ； 卢 。 为空气传 热系数 ， 取 2 3 W m K， G为计 算折减 系数 ， 取 0 6 6 6 ； ( t ) 龄期 为 t 时 ， 混 凝土 内部最 高温 度与 外界 气温 差 ； 龄期 3 d内部最高温度与外界最低气温差 ( 3 ) = 5 5 1 1 5 0= 4 0 1， 龄期 7 d内部最高温度与外 界 最低气 温差 ( 7 )= 5 6 11 5 0= 4 1 1 。龄期 3 d混凝 土表 面温 度 ( 3 )：4 9 3 o I = ， 一 ( 3 )= 5 8 2 5 ； 龄期 7 d混凝土 表 面温度 ( 7 )= 5 0 1 ； T 7 一T ( 7 )= 6 2 5 ， 龄期 3 d和龄期 7 d混 凝 土 中心最 高气温 与表面 温度差 未超 过 2 5 ， 龄期 3 d和龄期 7 d表面温度 与气 温差 超 过 了 2 5 ， 混凝 土 温度梯 度不能 满足 防裂 要 求 ， 因 此混 凝 土 内部 需 要采 取有效降温措施 ， 表面采用蓄水养护 ， 保证混凝土 内 部 、 蓄水层 、 环 境三者 之间 的温度 梯度 在 2 5 以内 。 3混凝土 的浇筑施工 1 ) 混 凝土 的运输 混凝 土运输 时应 缩 短 运输 时 间 ， 尽 量避 免混凝 土 因运输 时间过 长造 成坍 落 度损 失 过 大 ， 混凝 土坍 落度 控 制在 l 41 6 e m， 初 凝 时 间在 1 0 h以上 。采 用 混凝 土运输搅 拌车 运输 ， 在运输 过 程 中以 2 4 r ra i n进行 慢速搅拌， 卸料前快速搅拌 3 0 s后再卸料， 混凝土拌 合 物运输 时 间限制见 表 2 。 表 2混凝土拌合物运输时 间限制 2 ) 混 凝土 的浇筑 承台混凝 土浇 筑 时 配 备 8台混 凝 土输 送 泵 ， 4台 水平泵 ( 2台备用) 和 4台汽车泵 ( 2台备用) ， 主要依 靠汽车泵为主， 水平泵配合的施工方法。每台混凝土 输送泵分区域进行浇筑 ， 确保上下层及交接带处前后 混凝土浇筑间隔不超过初凝时间， 确保混凝土在初凝 前接茬( 不超过 1 0 h ) ， 不出现冷凝缝。混凝土斜 向分 2 0 1 0年第 1 2期 大体积承台混凝土施工温度计算及施工质量控制 层浇筑 ， 每层厚 度控制 在 3 0 c m左 右 ， 每 层混凝 土方 量 4 8 1 m 。为 避免 出现 冷 缝 ， 每 台泵 车 每小 时 浇筑 约 2 5 m ， 4台泵车 每小 时共浇筑 约 1 0 0 m 。 混凝土振捣采用直径 7 0 m m的插入式振捣器， 振 捣棒 操作 遵循 “ 快 插 慢拔 ” 的原则 。振 捣 中控 制好 振 动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的 1 5倍 ， 既 要防止漏振 ， 也要防止过振， 特别注意加强各区浇筑的 汇合区， 防止漏振。每点振捣时间以 2 0 3 0 s为宜 ， 混凝土表面呈水平 ， 不再显著下降、 不再 出现气泡及表 面泛浆为准。振动器与侧模保持 5i O c m的距离 ， 插 入下层 混凝土 1 0 c m 左 右 ， 并 保证 在 下 层 混凝 土初 凝 前 进行振 捣 ， 使 混凝土 具有 良好 的密实 度和整体 性 ， 防 止出现施工冷缝 。严禁振捣棒触及钢筋 、 预埋件等 ， 在 必要 位置悬 挂警示 牌 。对捣 固人员要 认 真划分 施工 区 域 ， 明确责 任 ， 以防漏捣 。 为保证 两次混 凝 土 接触 面 的 连接 ， 下 层 混 凝 土表 面设 置 预埋 4, 2 8钢 筋 ， 间 隔 1 m， 与支 撑 角 钢 交 错 布 置 ， 锚 人深度 为 0 5 m， 外露 0 5 m。当第 一 次 浇筑 混 凝土 强度 达 到 2 5 MP a时 ， 混 凝 土 接触 面开 始进 行 人 工凿 毛处理 ， 随着 混 凝 土 龄 期 增 长 ， 混 凝 土 强 度 达 到 1 0 MP a时， 开始进行人工配合风镐进行接触面混凝土 的凿毛工 作 。经凿毛 处理 的混凝 土面用 高压水 进行 冲 洗 ， 保证新 旧混凝 土 的连接质 量 。 3 ) 混凝 土 防温度裂 缝 的措 施 根据规 范要求 ， 混凝 土 内外 温差 不 得 超 过 2 5 。 为满足此要求， 必须在承台内布设散热管 ， 以通冷水循 环带走 混凝 土 内部 的 多余 热 量 ， 达 到 降低 混 凝 土 内外 温差 的 目的。 由于混凝 土分 两次 浇 筑 ， 在 首次 浇 筑 段 位置 设 置 西 8 2 0 0 m m钢筋网片防裂， 距混凝土表面 2 5 c m， 为 防 止 钢筋 网 片 在 混 凝 土 浇 筑 过 程 中踩 压 变 形 ， 设 置 4, 1 6钢筋与 6 3 。 角钢支撑体组合系。 严格 控制混凝 土 的入模 温 度 ( 不 得 高 于 2 7 ， 根 据 计算得 出 ) ， 如 入模 温 度 高于 2 7 ， 拌合 站 必 须 采 取 降温措施 。 本 承 台浇筑分 两次浇 筑 ， 第 一 次 浇筑 2 5 m， 第 二 次浇 筑 2 5 m。在每 次浇 筑混凝 土 中沿 竖 向水 平 布置 2层散热管。散热管采用直径 4 2 m i l l ， 壁厚 1 2 m m 的 钢管 ， 采 用 回形 布 置 。下 一 层 散 热 管 距 混 凝 土 底 面 0 8 m， 上一 层散 热管距 混凝 土 顶面 0 9 m。为加强 散 热效果 ， 每层散 热管 设 置 5个 进 水 口。各 层 间进 出水 管均各 自独立 ， 以便 根据 测 温 数据 相 应 调 整水 循 环 的 速度， 利用混凝土的 自身热量 ， 即中部温度高 、 四周 温 度低的特点， 在循环过程 中， 自动调节温差 ， 产生 良好 的温控效果， 降低 内外温差。 在 通水 冷却 过程 中， 要 加强 混 凝 土 温度 及冷 却 水 温度 的监测 和管 理 ， 及 时调整混 凝 土养护措 施 ， 尤其 是 加强保 温措施 ， 延缓 混凝 土升 降温速 率 ， 减小 混凝 土的 温差梯 度 ， 保 证混凝 土不 开裂 。 在养护中通过测温记录来指导降温和保温工作的 进行 ， 通过调整散热管内的水温及冷却水的驻 留时间， 控 制混凝 土 内表温差 ， 从 而 将 混凝 土 内外 温差 控 制在 2 5左 右 。 4 ) 混凝 土 的内外 温度控 制技术 为加强混凝土内外部温度控制， 采用硅 电阻测温 仪进行测温， 测温点仅布置在结构物的四分之一区域 内， 外 侧 测 点距 混 凝 土外 基 面 5 c m； 另辅 助 预埋 测 温 管人工 测温 ， 测温 管布置 在承 台对 角 线上 ， 连 续布 置 3 根 测温 管 ， 管 间距 9 6 0 m， 管 深 1 2 5 m， 管 口高 出混 凝 土面 1 0 c m， 管底用 钢板 密封 。每个 测温管 内灌 入 2 0 0 号 机油 ， 通过放 入温 度计 测 量 油 温 的方 法 来 间接 测 量 混 凝土 的温度 。 为 了能够更 好地 掌握混 凝 土 的 内部温 度 ， 坚持 2 4 h连续 测温 。待 混凝 土 终凝 后 ， 每 2 h测 温一 次 ， 并 认 真记 录数据 ， 同时绘 制 温 度变 化 和 内表 温 差 曲线 。 比 较人 工测温 和硅 电 阻 自动测 温 差异 ， 保证 测 温 的准 确 性 。 4 结束语 计算 混凝 土施 工 的温 度 ， 并 采 取相 应 措施 控 制 混 凝土的入模温度 ， 通过混凝土内布置散热管通水降温、 顶 面蓄水 养护 及连续 测温 等技术 措施控 制各个 界面 的 温度 梯度 ， 并采 取相应 的技 术 措施 来 防 止 温度 裂 缝 的 出现 ， 保证 大体 积混凝 土构件 的质 量 。 参 考 文 献 1 周水 兴 ， 何兆益 ， 邹毅松 路桥施工 计算手册 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 1 2 江正荣 建筑施工计算 手册 M 北京 ： 中国建筑工业 出版 社 ， 2 0 0 1 3 交通部第一公路工 程总公 司 桥涵 M 北京 ： 人 民交 通出 版社 。 2 0 0 0 4 中华人民共和国交通部 J T J O 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 王红)