大体积混凝土预埋冷却水管降温施工技术.docx

大体积混凝土预埋冷却水管降温施工技术胡炜( 中铁建设集团有限公司 北京 100040)摘 要 以密云潮白河大桥主塔承台施工为背景，从大体积承台混凝土预埋冷水管施工控制入手，介绍了预埋冷水管降温施工技术，叙述了大体积混凝土施工过程中的温度控制方法及混凝土内部温度变化的规律，为今后大体积混凝土内部循环水降温和优化大体积混凝土浇筑工艺积累经验。关键词 主塔承台 大体积混凝土 冷却水管降温文章编号 1009-4539 ( 2013) 06-0024-04中图分类号 U445 57文献标识码 BThe Pre-embedded Cooling Water Pipe Technology in Mass Concrete ConstructionHu Wei( China Railway Construction Group Co Ltd ，Beijing 100131，China)Abstract Based on the construction of main tower abutment of Miyun Chaobai River Bridge，this paper introduces the pre-embedded cooling water pipe technology in mass concrete construction，the variation of temperature inside the mass con- crete，the temperature control method and regular patterns These technology and regular patterns have good guidance and references for the construction of large volume concrete and internal coolingKey words main tower abutment; mass concrete; cold water pipe; cooling3土浇筑总方量为 7 600 m ，属于大体积混凝土。1引言大体积混凝土常常由于内外温差过大产生温 3大体积混凝土特点及降温方案比选在混凝土 浇 筑 后，水 泥 因 水 化 引 起 水 化 热，由度应力，导致 其 表 面 开 裂，严重影响着结构的整体 性和耐久性，因 此 在大体积混凝土施工过程中，温 度控制尤 为 重 要。本文以潮白河大桥主塔承台大 体积混凝土施工为背景，详细介绍了此桥采用预埋 冷水管对承台大体积混凝土进行降温的施工技术， 同时针对大体积混凝土产生温度应力的原因，提出 了减小混凝土内部温度应力的方法。于混凝土浇筑体积较大，同时混凝土是热量的不良导体，聚集在 混 凝 土内部的水化热量不易散发，混 凝土浇筑 后 其 内 部温度会逐渐上升。由 于 混 凝 土表面与大气 接 触，更容易散发热量，这 样 就 形 成 了混凝土内外 温 差，混凝土内部热膨胀产生压应力， 混凝土 表面受外界大气 温 度 影 响 大，水 分 散 失 较快，容易产生拉应力。由于新浇筑混凝土前期抗拉强度很低，当表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度 时就会在混凝土表面产生裂缝，表面裂缝在承受外界气温骤变或外界荷载时又会向贯穿裂缝发展，最终影响水工 混 凝 土 防 渗、抗冻和整体性的性能，所 以要采取有效措施对大体积混凝土进行温度控制。在大体积混凝土施工中，将混凝土内部的水化热及时、有效地排出到混凝土外部，保持内、外温差2工程概况潮白河大桥为独塔自锚式双索面悬索桥，主塔为“种子”造型，高度达 126 5 m。主跨为钢箱梁结构，长度分别为 165 m 和 135 m; 主塔承台长62 1 m，宽17 5 m，高 8 m，哑铃型构造，左右侧分别为矩形承台 ( 见图 1) ，中部为连系梁，采用 C30 商品混凝土，混凝收稿日期: 2013-01-25铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2013 (6)24桥涵工程均衡是大 体 积 混 凝土施工控制的难点。密 云 潮 白河大桥大体积混凝土承台在降温措施方面选取了 3 套方案进行 了 比 选，分别是内部埋设冷却水管、混 凝土搅拌时掺入冰块和在承台 上部安装竖向散热 钢管。为避 免 影 响 混凝土的整体和易性和内部密 实度，在混凝土内部掺入冰块的措施不适合本次施 工，由于该承 台 上 部主塔劲性钢骨架分布较密，不 利于安装竖向散热钢管，对排出混凝土内部热量有 较大影响。经过反复对比分析后，最终选取了在其 内部埋设 冷 却 水 管的方案对混凝土进行降温。此 方案实施较方便，利用管内流动的冷水带走混凝土 内部的部分 热 量，从而降低混凝土内部温度，达 到 控制混凝土内部温度的目的。大绝热升温、混 凝 土 中 心 温 度、混凝土表层温度等 进行计算，确 定 控 制 参 数，并根据计算结果设计预 埋冷却水管的布置形式及选取冷却水管的直径。( 1) 混凝土计算厚度H = h + 2h式中:H混凝土厚度，m;h混凝土实际厚度，取 3 m;h混凝土单次虚铺厚度，取 0 77 m。计算得 H = 4 54 m。( 2) 不考虑散热混凝土中心计算温度T1( t)= Tj + Th ( t)式中: T1( t) t 龄期混凝土中心计算温度， ;Tj 混凝土浇筑温度， ;( t) t 龄期降温系数。经计算浇筑后 第 52 h 为混凝土中心温度最高 值，不考虑散热器内部温度达到 73 。( 3) 混凝土表层温度计算T2( t)= Tq + 4h( H h) T1( t) Tq/2H式中: T2( t) 混凝土表面温度， ;Tq 施工期间大气平均温度， ;h混凝土虚厚度，m;T1( t) 混凝土中心温度， 。经计算浇筑后第 52 h 为混凝土表层温度最高 值，表面温度达到 38 。4 2冷却水管制作及安装确定该桥冷却水管由 52 mm 的薄壁钢管 S 形焊接组成，整个承台设置 4 层冷却管，分层布置( 见图 2) ，在承台外侧设置水箱及供水、回水系统，以保 证不间断供水及余水回收利用，水箱安装调整流量 的水阀和测试流量的设备，与冷却水管的接头采用软管连接( 见图 3) ，设计完成后，进入冷却水管安装阶段，在混凝 土 浇 筑 前，承台钢筋绑扎同时预先埋 设冷却管，冷却水管埋设时，注意以下要点:( 1) 冷却水 管 内部应保证畅通，防 止 出 现 堵 塞 情况;( 2) 冷却水 管 接头焊接质量应严格控制，严 禁 出现漏焊现 象，防 止混凝土浇筑时，水 泥 浆 进 入 管内，应特别注意弯头位置;( 3) 水管设 置 架 立 钢 筋，并将水管与架立钢筋 绑扎牢靠，防 止 混 凝土浇筑过程中，水 管 变 形 或 管 头脱落而发生堵水或漏水;图 1 主塔承台结构4预埋冷却水管降温施工首先通过计算确定混凝土温控的理论值，通过理论值确定冷却水管的的具体尺寸及布置形式，采取合理的温度控制及监测措施，指导承台大体积混 凝土控温施工。4 1温控计算根据大体积混凝土浇筑的体量对混凝土的最 铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY2013 (6)25桥涵工程( 4) 布设冷却水管时，水管要与承台主筋错开，当局部 管段错开有困难时，适当移动冷却水管的 位置;( 5) 水管网安装完成后，将进、出水管口与进出 水总管、水泵接通，进行通水试验，仔细检查管体是 否漏水，如有 漏 水 情 况，应采用防水胶带进行有效 封堵。的目的。采用在承台内埋入测温设备的措施，对混凝土 进行温度监测，连续通水不小于 12 d，当发现进出口 温差过大或过小，或者水温与混凝土内部温度差值 超过 25 时，及时调整水温或流量，防止水管周围 产生温度裂缝。4 4冷却水管压浆封闭在混凝土达到内部温度与表面温度之差小于 20 ，大气温度与混凝土表面温度不大于 20 条 件后，即可停 止 通 水 降 温，此时应对承台内预埋的 冷却水管进 行 压 浆 处 理，防止水管后期锈蚀，影 响 承台整体质量，管道压浆采用强度等级不低于42 5 级低碳硅酸盐水泥，水泥浆的水胶比不超过 0 3，流动度应控制 在 30 50 s，体积收缩率应小于 1% 。压浆施工过程中严格控制冷却 水管的注浆量及其 密实度，确保压浆后对侧端部管体出浆连续、饱满， 检测合格后方可停止注浆并立即进行封堵。5采用的其他控温措施在进行预埋冷却水管降温时，还同时采用以下温控措施，可有效控制温度上升。( 1) 优 化 施 工 配 合 比。调整大体积混凝土配 比，采用低水化热的 P O 42 5 水泥，在 确 保 混 凝 土 强度及坍 落度的条件下掺入适量的一 级 粉 煤 灰、 S95 级矿粉及高效抗裂防水膨胀 剂，从 而 减 少 水 泥 的用量，降低水化 热 升 温，控 制 最 终 水 化 热。砼 的坍落度控制 在 180 20 mm，水 灰 比 小 于 0 49 ，混凝土进 入施工现场后需逐车检测坍落 度 和 入 模 温度。( 2) 分层浇筑。由于主塔承台总高度达 8 m，一 次性浇筑混 凝 土 方 量 较 大，钢 筋 绑 扎 困 难，浇 筑 时 间也较长，不 利 于 现场施工和混凝土内部散热，为 有效降低混凝土内部温度，本次施工主塔承台采用分层浇筑，将承台混凝土分为 3 次 浇 筑，即 3 m +3 m + 2 m的方式施工; 同时控制承台混凝土的整体 浇筑速度，浇 筑 时 分 层 进 行，每层浇筑厚度不得超 过 30 cm。采用分层依次浇筑的方法可利用混凝土 浇筑过程的时间散发掉一部分 混凝土自身产生的 水化热，有利于后期的内部温度均衡控制。( 3) 覆盖加温保护。由于本次大体积承台浇筑4 3温度控制及监测当混凝土浇筑高度超过冷却水管位置并振捣 密实后，即可 进 行 通 水。冷 却 水 管 流 量 控 制 在 1 2m3 / h，经过计算进出口水的 温 差 应 不 大 于 1 56 。冷却水管承台外部设置高压水泵和水箱，确保循环水的正 常 运 行，温度上升较慢时，可 采 用 水 箱 内的水进行 循 环; 当发现进出口温差过大或过小， 或者水温与混凝土内部温度差值超过 25 时，停止水箱内的水源供应，换用水井内温度较低的冷水源 进行循环，同 时 加 快 水 流 速 度，以保证承台内的热 量迅速排出，防 止 水管周围产生温度裂缝; 排 出 的 温度较高的水流可直接喷洒在承台表面，用以保持承台表面的温度，达到内外温差平衡和混凝土养生铁道建筑技术RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2013 (6)26桥涵工程在 11 月份施工，气温较低，为保证混凝土内外温差平衡，模板支设完成后，混凝土浇筑前，考虑为了使 模板侧模表面与环境冷空气之 间形成一个温差过 度区，防止混凝土内部温度与表面温度出现过大温 度差值，将承台模板外侧利用棉被和彩条布全部进 行覆盖，以减 少 混 凝土浇筑后的内外温差，防 止 混 凝土表面由于温度应力开裂。( 4) 选择有利浇筑时间。大体积混凝土的浇筑 时间选择在一天中气温较高时段进行，本次浇筑选 择在中午 12: 00 开始，每小时混凝土浇筑量控制在45 m3 ，以保证混凝土浇筑均匀，振捣密实; 浇筑完成 后，尽量延迟拆模时间，并使混凝土长时间保持湿润 状态，在达到养护龄期后，可将保湿养护覆盖物直到 混凝土显得干燥为止后拆除; 为保证承台外观的视觉 效果，待混凝土强度达到设计要求的 85% 后，再拆模， 模板拆除切忌鲁莽、野蛮拆卸，注意保护保护混凝土 边角部位，拆模时混凝土表面温度与环境之差不超过15 ，以防止混凝土表面产生裂缝。现以预埋在混凝土内部 的 左 承 台 Z-5 测 温 点、系梁 X-5 测温点、右承台 Y-5 测温点、室外大气温度 测温点进行说明。本次温度监测共 6 d，每天选择不 同时段进行 观 测，将每次的观测数据进行记录，并 绘制温度变 化 曲 线 图，通过曲线图显示，混 凝 土 浇 筑完成 后 的 50 h 为 温 度 上 升 期，温 度 由33 达 到60 ，第 54 小时为温度最高值，达到61 7 ，右承 台 Y-5 测温点显示 61 7 约持续了 8 h，随后温度 逐步下降，第 6 天后温度降到 50 以下，内部温度 降低 28 ，外部温度降低 37 ，内外温差有效的控 制在 25 在以内，说明通水冷却可以有效地削减混 凝土的早期温峰，降低其内部最高温( 见图 4) 。6控温记录及效果图 4 不考虑散热理论温度变化曲线采用以上措施对承台混凝土进行温控后，为检验施工质量和温控效果，利用预埋在承台内部的监 测设备对混凝土内部的温度变 化情况行了量测和 记录( 见表 1) 。7结束语通过对潮白河大桥主塔承台大体积混凝土施 工过程中预埋冷却水管的技术分析，基本掌握了大体积混凝的温控方法和其内部温度的变化规律，总 结如下:( 1) 采用预 埋 冷却水管进行温度控制后，通 过对承台混凝土 27 个测温点的实际测温数据分析，混 凝土内部最高温度 61 7 ，最大温差 25 0 ，经过30 d的观察混凝土表面没有出现裂缝，满 足 设 计 和 规范要 求，