高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键.doc

高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术摘要: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1 工程概况广深港铁路客运专线ZH 1 标沙湾水道特大桥5号 9 号墩跨紫坭河设计为( 104 + 2 168 + 112) m 连续刚构，12 号 1 号井墩跨沙湾水道设计为( 112 + 2 168 + 104) m 连续刚构。线路采用无砟轨道，设计时速350 km。其中6 号、7 号、14 号主墩基础均采用12 根直径为250 cm 钻孔桩，承台设计为低桩承台，尺寸为23. 5 m 17 m 5 m，混凝土量为1 997. 5 m3。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Qx:Qx = sinl 槡m/ll 槡m/lcosl 槡m/l 1emx 8 Q0max2 n1，3，6en22 /4l2n2n224l2 mQ0max = W0 /C ( 1)式中: W每方水泥用量;0 最终水化热;C混凝土质量热量;混凝土的密度;l 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25. 8 29. 66，浇筑第11d 后即开始降温，最大温升3. 27 /d，在浇筑完成后前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F0、相应龄期表面散热系数E2 和底部混凝土残留系数E1 进行修正，修正后温升范围为1. 186 8. 794 /d，浇筑8 d 后即开始降温，最大温升8. 794 /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120 180 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24. 28，30 d 后内部绝热温升最高为13. 55，则中心部位30 d 内总降温差为24. 28 13. 55 = 10. 63。( 1) 承台混凝土30 d 内当量温差。任意时间收缩S( t) = 3. 24 10 4 M1 M2 M3Mn ( 1 e 0. 01t) ，式中: M1、M2、M3、Mn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. 13，1. 0， 1. 0，则收缩当量温差T = S( t) / ， 为混凝土线胀系数，分别计算30 d、27 d、24 d、21 d、18 d、15 d、12 d、9 d、6 d、3 d 的当量温差。( 2) 总温差引起的温度应力( t) = /( 1 ) n11 1 /( coshl /2) Ei( t) TiHi( t， i) ， =槡cx /HE( t) ，计算得到30 d 混凝土总应力为0. 9 MPa，安全系数为1. 7 /0. 9 = 1. 89，由此得出在30 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25内。施工中主要从降低水泥水化热、降低混凝土入模温度、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25以内。3 1 采用降温管降低混凝土内部温度采用50 镀锌管材，经过计算单根管水流流量按3 m3 /h 控制。混凝土内部温度和水温差控制求在20 25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15 道测温管，上下层距底面和表面均为1. 0 m; 采用25. 4 的钢管，散热管进出水口均露出承台侧面20 cm; 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25 120型离心式水泵，单根管水流流量按3 m3 /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 m3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25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混凝土内外温差，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入模温度、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25，拆模时内外温差小于25，最大降温速率要小于2. 0 /d。图1 主墩测点布置与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 O32 5R 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。混凝土中掺入复合多功能超细粉( 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NOF 2A 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 C30 混凝土配合比表(每m3 用量)水泥( kg)超细粉( kg)砂子( kg)碎石( kg)水( kg)NOF 2A 缓凝减水剂( kg)291 97 755 1 132 155 7 372表2 混凝土主要性能指标表坍落度( cm)初凝时间( h)终凝时间( h)7 d 抗压强度( MPa)28 d 抗压强度( MPa)56 d 导电量( C)14 18 16 20 31 5 41 6 645 73 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间开始施工，利用冰水混合物搅拌混凝土，降低混凝土的入模温度，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，保证混凝土均匀入模到位。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50 cm，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200 mm 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 m，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16: 00 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25，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25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入模温度，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: 混凝土入模12 h 内升温迅速，温升接近25，3 d 后内部最高温度达到62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1. 8 /d; 10 d 后，温度梯度线趋于平缓。自浇注开始至拆模，共通水散热18 d。拆模时外界气温24，承台中心处最高温度为45. 28，距离承台外边缘0. 5 m处的测点的平均温度为31. 01，拆模时满足内外温差小于25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 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图3 承台对角线第3 层各点时间 温度曲线图表3 草袋保温效果测试结果表日期测量时间草袋内空气温度( )草袋外温度( )温差( )05 12 21: 40 25 0 17 0 8 005 13 8: 30 31 5 24 0 7 505 14 4: 40 32 8 25 0 7 805 15 6: 00 33 6 25 3 8 305 17 3: 15 24 5 17 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( ) 差值( )05 147: 10 30 8 37 6 6 810: 10 31 1 36 7 5 617: 10 33 1 39 1 6 005 158: 00 31 0 36 4 6 410: 45 32 4 37 6 5 214: 15 32 8 38 2 5 417: 30 35 5 40 7 5 25 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1 997. 5 m3，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) ， 2010( 6) : 703 7072 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，2009( 24) : 63 653 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，2008( 9) : 104 1074 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，2006( 9) : 21 265 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，2001( 4) :櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏32 36( 上接第30 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