东水门索塔施工温控专项方案.doc

重庆东水门长江大桥 索塔施工温控专项方案 中铁大桥局股份有限公司 重庆东水门长江大桥项目经理部 2011 年 6 月 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 1 目 录 一、工程概述 - 1 - 1.1 编制依据 - 1 - 1.2 工程概述 - 1 - 二、配合比设计 - 2 - 三、大体积混凝土的温控计算 - 5 - 3.1 相关资料 - 5 - 3.2 温控计算 - 6 - 3.3 冷却管的布置及混凝土的降温计算 - 8 - 四、温控指标 - 9 - 4.1 温度控制 - 9 - 4.2 冷却水 - 9 - 4.3 保温养护 .- 10 - 五、温控措施 .- 10 - 5.1 混凝土配制 .- 10 - 5.2 混凝土浇筑温度的控制 .- 10 - 5.3 控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度 .- 11 - 5.4 冷却水管的埋设及控制 .- 11 - 5.5 内表温差控制 .- 12 - 5.6 裂缝控制措施 .- 12 - 六、现场温度监测 .- 15 - 6.1 检测元件的布置 .- 15 - 6.2 监测元件的埋没 .- 15 - 6.3 现场监测要求 .- 16 - 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 1 - 一、工程概述 1.1 编制依据 1、 重庆东水门长江大桥工程施工设计图 （2010-12） 2、 施工图设计技术交底 （2011-5） 3、 招标文件 （2011-3） 4、 重庆东水门长江大桥总体施工组织设计 （2011-6） 5、 城市桥梁工程施工质量验收规范 （DBJ50-086-2008） 6、 混凝土索塔施工作业企业标准 （QBMBEC1004-2005） 7、 公路桥涵施工技术规范 （JTJ041-2000） 8、 路桥施工计算手册人民交通出版社 2004 版 1.2 工程概述 东水门长江大桥索塔采用天梭形，包括上塔柱、中塔柱、下塔墩，采用 C50 混凝土，P1 塔塔柱顶高程 341.61m，塔底高程 169.00m，索塔总高 172.61m；其中上塔柱高 46.5m，中塔柱高 62.5m，下塔墩高 63.61m；P2 塔塔柱 顶高程 341.496m，塔底高程 179.00m，索塔总高 162.249m；其中上塔柱高 46.5m，中塔柱高 62.5m，下塔墩高 53.496m，整个桥塔在横桥向平面内有外、 中、内三条轮廓线，每条轮廓线均由圆曲线和直线组合而成。 下塔墩外轮廓为半径 308.145m 圆曲线，中、上塔柱外轮廓采用斜率为 13：95 的直线，中塔柱与下塔墩连接段采用半径 108.35m 的圆曲线过渡；下塔 柱中轮廓线为半径 53.581m 圆曲线，中、上塔柱中轮廓线为直线，斜率 11.65:96，在中塔柱与下塔柱连接段采用半径 138.763m 的圆曲线过渡；下塔柱 内轮廓为半径 46m 的圆曲线，中塔柱内轮廓为半径 227m 的圆曲线，上塔柱为竖 直线，只在塔顶 7 米处向外与中轮廓相交。 桥塔在桥面处横向最宽为 35.0m，塔顶横向宽 7.0m，塔底横向宽度 P1 塔为 18.268m，P2 塔为 23.897m。主塔纵向宽度塔底为 11m，从塔底分叉处到桥面由 11m 变为 9.0m，从桥面以上 13 米到塔顶由 9.0m 变为 7.5m，按直线变化。塔柱 采用单箱单室结构形式，塔墩采用单箱多室结构形成，塔柱壁厚 1.0m，塔墩壁 厚 2.0m，考虑景观效果，局部作细节处理。主塔墩由于防撞需要，在 180.0m 标高以下采用 C20 素混凝土充填。 塔墩根部、塔墩分叉段及中、下塔柱连接段有混凝土实心段，为大体积混 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 2 - 凝土，进行大体积混凝土的施工设计，采取有效的降温措施，防止温度应力、 混凝土收缩等引起的裂缝。此外在减少水泥用量、降低骨料入仓温度、加适量 外加剂和精心养生等措施方面进行研究，减小水化热的影响。 大体积混凝土由于水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳 定期三个阶段，在这三个阶段中混凝土的体积随之伸缩，若各块混凝土体积变 化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力，混凝土就 会开裂。 二、配合比设计 混凝土自身的物理、热学性能是影响大体积混凝土温度裂缝控制效果最基 本、最重要的影响因素，混凝土配合比优化是温控方案设计的首要任务。 1) 混凝土配合比设计原则 表 2-1 混凝土配合比设计控制要求 要求 砼种类 特殊要求一般要求用途 C50 （大体积） 1、 尽量降低水泥用量(350 Kg/m3)； 2、 加大掺合料掺和比例； 3、 坍落度 200220mm 4、 缓凝时间30h； 5、 使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。 用于大体 积混凝土 C50 1、坍落度 200220mm； 2、初凝时间 1618h； 3、尽量降低水泥使用量，以降低 水化热。 4、使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。 用于主塔 墩底部分 节段 C50 （大流动 性、预应 力砼） 1、 坍落度 220250mm； 2、 扩展度550mm； 3、 初凝时间 1618h。 4、 使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。 用于主塔 墩顶部分 节段 C50 钢纤维 （大流动 性、预应 力砼） 1、 掺加 90Kg/m3钢纤维； 2、 坍落度 220250mm； 3、 扩展度550mm； 4、 初凝时间 1618h。 5、 使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。 1、1 小时坍落度损失 20mm； 2、压力泌水率 S1040%； 3、含气量3.0%； 4、总碱含量1.8kg/m3； 5、钢筋混凝土中氯离子含量 不应超过胶凝材料总量的 0.1%； 6、预应力混凝土中氯离子含 量不应超过胶凝材料总量 的 0.06%。 ； 7、混凝土强度应符合要求， 且按照规范评定合格； 8、使用大掺量、双掺配合比； 9、建议使用聚羧酸系减水剂； 10、其他未列举项目应符合 相关标准及设计要求。 用于主塔 墩顶锚索 节段 注：表中控制要素均考虑为入泵前检查控制，未考虑混凝土运输途中的变动。 大体积混凝土配合比设计原则是配制出绝热温升小、抗拉强度较大、极限 拉伸变形能力较大、热强比小、线胀系数小，自生体积变形最好是微膨胀，至 少是低收缩的混凝土。混凝土配合比按照低砂率、低坍落度、低水胶比、掺高 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 3 - 效减水剂和高性能引气剂、高粉煤灰掺量的设计原则进行设计。混凝土配合比 设计控制要求见表 2-1。 2) 原材料的选定 为从根本上保证达到混凝土工程的质量控制要求，我部对混凝土工程所选 用的原材料要求见表 2-2。 表 2-2 混凝土原材料要求 材料名称检验项目检验要求备注 比表面积300 m2/kg 且350 m2/kg 标准稠度用水量 / 安定性合格 凝结时间45min 且600min 胶砂强度符合标准要求 碱含量 0.80% 氯离子含量 0.06% 水泥 C3A 含量 8% 1、避免使用早强 水泥； 2、应选用低碱水 泥； 颗粒级配符合 DBJ/T50-099-2010 标准要求 含泥量 2.0% 泥块含量 0.5% 压碎值（机制砂） 1.05,抗裂度不满足要求 反算可得当二维温度应力为 2.0872MPa 时，15 天时控制综合温差为： 16.8 3.2.2 采取冷却水管降温措施时的温控计算 基本数据： 水的比执 c 水： 4200J/kg 水的密度 水： 1000Kg/m3 流量 v 水： 7.008m3/h 浇筑砼量 V 砼： 400m3 通水时间： t 砼的比热 c 砼： 960J/kg 进出口水处温差T： 3 降温计算： T=(v 水*t* 水*T*c 水)/(V 砼* 水*c 砼) 混凝降温计算如下表 通水时间(d) 36912151821 降温 T()6.90 13.80 20.70 27.59 34.49 41.39 48.29 预埋冷却水管后各龄期砼土内外温差： 时间(d) 36912151821 温差()14.69 16.10 12.13 5.97 -1.05 -8.42 -15.91 内外温差不需要出现负值，因此通水一定时间后可结束通水。 外约束为二维时温度应力计算 05.1 ct t f ct t f Kth t t RS TE 1 )( 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 10 - E（t）：各龄期砼弹性模量 ：混凝土线膨胀系数 110-5/ T(t)：各龄期混凝土最大综合温差 :砼泊松比，取定 0.15 Rk:外约束系数,取定 1 Sh(t) :各龄期砼松弛系数 混凝土松弛系数如下表 龄期(d) 36912151821 Sh(t)0.570.5240.4820.4170.4110.3830.369 外约束为二维时温度应力(N/mm2) 龄期(d) 36912151821 -0.80 -1.43 -1.32 -0.67 0.13 1.05 2.02 验算抗裂度是否满足要求 此时把砼浇筑后的 6d 作为砼开裂的危险期进行验算。 （抗裂度验算） fct=2.64Mpa （28 天抗拉强度设计值） 同条件龄期 6 天抗拉强度设计值（达 28 天强度的 :ln6/ln28 ）=0.5377 龄期 6 天温度应力-1.43MPa 1.00671.05,抗裂度满足要求 四、温控指标 根据计算和已有现场经验，按照施工流程，从配合比优化到养护全过程控 制大体积混凝土结构的拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度，同时控制混 05.1 ct t f ct t f 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 11 - 凝土内部的温度场变化按照预计的目标发展。 4.1 温度控制 水泥温度不宜高于 65； 混凝土浇筑温度不宜高于 35； 索塔混凝土内部最高温度控制不超过 65； 4.2 冷却水 冷却水流速应达到 0.99m/s 以上，流量应大于 29.2L/min； 单根冷却水管长度不超过 200m； 冷却水不宜过冷，冷却水水温与索塔内部最高温度温差不宜大于 30， 可采用上表面蓄水循环或水箱混合调温。 4.3 保温养护 内外温差控制小于 25； 混凝土降温速率不宜大于 3/d； 淋注于混凝土表面的养护水温度不低于混凝土表面温度 15； 混凝土内部断面均温与环境温度之差小于 20方可拆模。 五、温控措施 塔墩根部、塔墩分叉段及中、下塔柱连接段有混凝土实心段，为大体积混 凝土，进行大体积混凝土的施工设计，采取有效的降温措施，防止温度应力、 混凝土收缩等引起的裂缝。此外在减少水泥用量、降低骨料入仓温度、加适量 外加剂和精心养生等措施方面进行研究，减小水化热的影响。 施工前需经过周密的理论计算、精心组织、协同配合，通过系统的测温监 控，防止裂缝的产生，确保施工能顺利完成。 5.1 混凝土配制 为使大体积混凝土具有良好的抗侵蚀性、体积稳定性和抗裂性能，混凝土 配制按如下原则配制： 采用低水化热的胶凝材料体系，推荐大掺量矿物掺合料体系。 优选低开裂温度的配合比。 选用优质聚羧酸类缓凝高效减水剂。 在保持混凝土工作性的同时，可以减少砼用水量和水泥用量，降低混凝土 温升，减小收缩，提高混凝土抗拉强度。此外，缓凝时间长有利于混凝土自然 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 12 - 散热，避免早期热裂缝的出现。夏季施工实验室混凝土缓凝时间宜为 30 小时左 右。 掺加优质引气剂，控制砼含气量在 4%左右，可改善混凝土和易性、均质性， 提高砼变形性能和抗开裂性能力。 选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料，优质骨料体积稳定性 好，用水量小，可减小混凝土的收缩变形。 用低流动性混凝土，在满足施工的前提下，尽可能使用坍落度相对较低的 混凝土，有利于减少混凝土用水量，降低温升、减少干缩，提高抗开裂性能。 5.2 混凝土浇筑温度的控制 降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温 度高的温升值要比入模温度低的大许多。混凝土的入模温度应视气温而调整。 图 5-1 不同气温下、不同浇筑温度、构件厚度的混凝土在约束条件下 最大应力水平和最大温差的关系 从不同气温不同浇筑温度、不同厚度的构件，在约束条件下最大应力水平 和最大温差的关系图中可见，控制浇筑温度和最大温差可有效降低混凝土的最 大温度应力。在混凝土浇筑之前，通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度， 估算浇筑温度。若浇筑温度不在控制要求内，则应采取相应措施调节混凝土浇 筑温度。 5.3 控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度 混凝土浇筑时合理分层、分块浇筑，避免应力集中，改善约束条件。混凝 土浇筑间歇期一般控制在 7 天左右，最长不得超过 10 天。为降低老混凝土的约 束，需做到薄层、短间歇、连续施工。 5.4 冷却水管的埋设及控制 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 13 - 1)水管位置 根据混凝土内部温度分布特征及控制最高温度的要求，索塔施工时每层埋 设两层冷却水管，水管水平间距为 1.0m，竖直间距为 1.0 米，冷却水管内径 25mm。 2)冷却水管连接 冷却水管可采用丝扣连接或橡胶管套接，确保不漏水。采用橡胶管套接时， 两根冷却水管在橡胶套管内应对碰，避免橡胶管弯折阻水，用多重铁丝扎紧。 3)冷却水管使用及其控制 冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水，通水时间在 1h 左右， 对于管道漏水、阻水的部位立即进行修复； 冷却水管进水口处设置分水器，每层冷却水管设置两个分水器，分水器设 置泄压阀门；每套水管设置单独的阀门，并对每套水管逐一编号； 混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，各层混凝土峰值过后尽快减 缓或停止通水，冷却水流量控制应委派专人管理； 建议设立水箱，将江水抽入水箱后与冷却出水中和循环使用，以减小冷却 水与内部的温差，实时监控冷却水进水温度，宜控制水温与内部最高温度差在 30以内； 升温时段通水流量应使流速达到 0.65m/s 以上，形成紊流，降温时段，可 通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土； 供水泵采用离心式水泵，水泵功率大小根据水管套数和通水流量选取。 5.5 内表温差控制 对于大体积混凝土，由于水化放热会使温度持续升高，如果气温不是过低， 在升温的一段时间内应加强散热，如加大通水流量、降低通水温度等。当混凝 土处于降温阶段则要保温覆盖以降低降温速率。若监测结果显示混凝土内表温 差超过温控标准，则需按照“内保外散”的原则采取更严格的温控措施加强控 制。 索塔混凝土处于水位变动区，江水与大气的温差易造成冷热交替循环，产 生温度应力；寒潮的温度骤降也会使应力聚增。混凝土施工时，环境温度很低， 在控制内部最高温度的同时，必须采取表面保温措施，控制内表温差。为防止 气温较低或突遇寒潮气温骤降，除侧壁利用防撞钢套箱保温外，上表面应覆盖 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 14 - 一层薄膜和一层土工布保温保湿。 混凝土保温充分、时间足够长，让混凝土慢慢冷却，拉应力会在砼内松驰 掉，直到温差达到允许范围，可有效控制裂缝的产生。 5.6 裂缝控制措施 影响混凝土开裂的因素很复杂，往往不是单一因素造成的。混凝土施工的 各个环节对于控制早期裂缝、减小后期开裂倾向、保证实现设计的混凝土结构 耐久性是至关重要的。特别是现代水泥成分中较高水化速率的组分因素增加， 即使不是早强水泥的品种，水化热速率也都加快，且考虑耐久性设计的混凝土 水胶比低，混凝土的自收缩变形和温度变形较大，施工中各个环节的控制就显 得尤为重要。 1)浇筑和振捣 混凝土按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，在下层混凝土初凝前浇筑完上 层混凝土，混凝土分层布料厚度不超过 30cm。正确进行混凝土拌和物的振捣， 避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。 2)养护 混凝土养护包括湿度和温度两个方面。结构表层混凝土的抗裂性和耐久性 在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护。因为水泥只有水化到 一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构。为保证养护质量，对 混凝土表面进行潮湿养护。大掺量粉煤灰混凝土湿养护时间不少于 14 天。湿养 护的同时，还要控制混凝土的温度变化。根据季节不同采取保温和散热的综合 措施，保证混凝土内表温差及气温与混凝土表面的温差在控制范围内。 处于江面大风速环境下的混凝土结构物，浇筑后应立即覆盖，避免塑性开 裂。应尽早开始湿养护，如使用透水模板或尽早松动模板浇水。此外应避免间 断浇水造成表面干湿循环。 拆模时间应视混凝土内部温度而定，不能在混凝土内部温度最高时拆模， 以免对混凝土产生冷激。拆模后注意保温，避免降温速率太快。 图 5-2 所示为混凝土典型的内部温度发展曲线。在刚浇筑很短时间的第 阶段（约 36 小时）温度还没有上升，基本上保持浇筑温度。 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 15 - 图 5-2 混凝土典型温度、应力发展曲线 第阶段开始升温，但因混凝土尚处于塑性而内部为零应力，直到温度为 T1,2时，混凝土内部开始产生压应力；第阶段混凝土持续升温，但由于徐变 和自收缩的影响，在达到温峰前，压应力就开始下降；第阶段混凝土开始降 温，当压应力下降为 0 时，混凝土仍然为温度很高的 T2,3；第阶段内部应力 由压应力变成拉应力；在温度到达 Tc 时，混凝土开裂。T1,2称为第一次零应力 温度，T2,3为第二次零应力温度，Tc 为开裂温度。开裂温度越低，混凝土抗裂 性越好。这个图可以指导施工期间混凝土的温度控制，即，尽量在第、阶 段冷却混凝土，减小升温速率和温峰值，第、阶段要采取灵活保温措施控 制降温速率。 3)拌合站内材料温控 原材料的温度直接影响混凝土的初始温度，为控制其温度，具体措施。 必须与厂家联系，至少存储达 15d，避免出厂高温，确保进场时水泥温度 为常温。 砂石料：为控制骨料温度，所有砂石料堆放和装卸处设置遮阳和防雨棚。 施工用水：确保温度低于空气温度。 4)施工现场温控，大体积混凝土施工温度控制措施为以下三种方案，现场 施工可根据具体情况选择实施： a.浇注时尽量选择阴天开始，浇注现场地泵泵管覆盖潮湿麻袋降温；混凝 土浇注时，必要时在预埋钢筋上覆盖遮阳彩条布，或用大型风扇进行风动降温 处理。 b.混凝土养护期间，应重点加强混凝土湿度和温度控制。混凝土振捣完成 后，尽量减少表面混凝土暴露时间，并用潮湿麻袋或塑料薄膜紧密覆盖混凝土 中铁大桥局股份有限公司重庆东水门长江大桥项目经理部 索塔施工温控专项方案 - 16 - 暴露面，防止表面水分蒸发并进行保温。 暴露面保护层混凝土初凝前，应进行二次收光，收光后再覆盖麻袋等进 行保湿保温。 混凝土表面养护期间，注意浇水等措施进行保水、潮湿养护。 混凝土养护期间注意采取保温措施，防止混凝土表面温度受环境因素影 响（如曝晒、气温骤降等）而发生剧烈变化。当设计无要求时，混凝土内外温 差、表面温度与环境温度之差不宜超过 25。且养护用水温度与混凝土表面温 度之差不得大于 15。 混凝土强度达到 1.2 MPa 以前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。 混凝土养护期间，应对混凝土的养护过程作详细记录，并建立严格的岗 位责任制。 c.为控制基础大体积混凝土结构内部因水泥水化热引起的绝热温升，防止 因混凝土结构内、外温差过大而产生的温度裂纹，需在基础混凝土结构内部埋 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，减小内表温差， 控制混凝土内外温差小于 25。通过测温点温度测量，掌握混凝土内部各测温 点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。 冷却水管埋设：冷却循环水管采用 D302.5mm 钢管，每层水管的垂直 进、出水口要相互错开，且进水口要有调节流量的水阀。 冷却水管安装时，要与钢筋骨架或支撑桁架固定牢靠，防止混凝土灌注 过程中水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。布管时，水管要与基础主筋错 开，并用钢管固定牢固，当局部管段错开有困难时，可适当移动位置。冷却循 环水管安装完毕，要进行通水试验，保证管路及接头畅通且不漏水。 每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水， 一般地，冷却水流量的大小，将会影响进、出口水的温差，影响