南昌朝阳大桥下塔柱大体积砼专项施工方案.doc

目 录第一章 工程概况21.1 下塔柱概况21.2 气温气象2第二章 主墩下塔柱施工部署32.1 总体施工方案32.2施工进度计划4第三章 大体积混凝土施工53.1下塔柱大体积混凝土施工重难点分析53.2 浇筑分层的确定53.3 混凝土原材料53.4 下塔柱混凝土配合比63.5 冷却水管73.6 混凝土内部的最高温度计算（根据建筑施工计算手册第十一章大体积混凝土）93.7 混凝土的温度裂缝控制计算（根据建筑施工计算手册第十一章大体积混凝土）103.8 混凝土测温及温差控制123.7 温度控制标准143.8 混凝土浇筑和养护14第 7 页第一章 工程概况1.1 主塔工程概况 南昌市朝阳大桥1520号墩为主塔，14、21号墩为过渡墩，主孔采用波形钢腹板-预应力混凝土组合梁六塔单索面斜拉桥，总体结构为塔梁固结，梁墩分离体系。下塔柱的造型与上塔柱相互呼应，两者浑然一体成“合”字形。下塔柱横桥向成“工”字型，顺桥向呈“Y”字形，“Y”字形的两肢之间设置系梁，下塔柱高度从21.m米至24.5m不等，顺桥向外轮廓尺寸长度为15.1m，横桥向为27.3m，单塔砼量近3000m3。下塔柱的盖梁与系梁均为预应力混凝土结构。下塔柱各截面图如下： 下塔柱正立面图（横桥向） 下塔柱侧立面图（顺桥向）1.2 气温气象南昌市属亚热带季风气候区，四季分明，冬夏季长而春秋季短。全年雨量充沛，光照充足。春季（35月）阴冷多雨，常出现大风、强降水、冰雹等强对流性天气，4月开始进入汛期；夏季（68月）温高湿重，汛期与伏秋期在此季交汇，6月降水集中，易发暴雨洪涝，7、8月常有伏旱发生；秋季（911月）秋高气爽，气温适宜，但常有秋旱发生；冬季（12月次年2月）湿冷，冷空气影响频繁，多偏北大风。大风时平均风速4.65.4ms，历史最大风力为11级。春季平均气温为17.3，多受南支槽影响，天气复杂多变。近50年来季平均气温呈上升趋势，特别是20世纪90年代初以来，春季增温明显。季内主要灾害性天气是：连续低温阴雨、强降水、雷雨大风、冰雹等。夏季平均气温为27.6，近50年来夏季平均气温呈下降趋势，日极端最高气温35的高温日数全省平均为22天，季历史极端最高气温为43.2。6月7月上旬降水集中，暴雨、大暴雨易造成洪涝或内涝。雨季结束后，受西太平洋副热带高压控制，常常发生伏旱。秋季平均气温为19，因多晴好天气，风不大，湿度较小，气温适中，成为一年中最宜人的季节。近50年来秋季平均气温呈上升趋势，特别是在20世纪90年代中以来，秋季平均气温上升明显。有的年份会出现秋季高温天气，俗称“秋老虎”。季内主要气象灾害是秋旱和寒露风。冬季平均气温为7.2，其中1月天气最寒冷，月平均气温仅6。近50年来冬季平均气温呈上升趋势， 特别是20世纪80年代后期开始，冬季增温显著，冬季气温上升是全年最明显的。冬季降水量也呈明显上升的趋势。季内主要灾害性天气是冰霜冻、大雪、雨淞、冷空气大风、大雾及霾。第二章 下塔柱施工部署2.1 总体施工方案下塔柱形状复杂，施工工期紧，难度大。根据下塔柱施工结构尺寸、结构特点以及温控和施工方便等，下塔柱分四个节段施工，分四次浇筑砼，第一次浇筑高度3.0m（东侧视进度情况多浇筑约0.8m，以便下边节段模板倒运），混凝土方量约600方，第二次浇筑5.5m，混凝土约630方，第三次浇筑6m，混凝土约400方，第四次浇筑到顶约7m，混凝土方量约1210方。第一、二、三次混凝土浇筑依靠模板自身对拉就能满足施工需要，搭设简易施工脚手架，第四次浇筑混凝土搭设大型钢管支架支撑，满足承载要求。6个下塔柱有3种结构尺寸，须加工3套整体钢模，即15、20号墩共用一套，16、19号墩共用一套，17、18号墩共用一套；同时因工期特紧，为加快施工进度，第四浇筑段的底模和第三浇筑段的上节模板各加工2套，以便等待模板的一个塔柱可以先期绑扎第四浇筑段钢筋。2.2施工进度计划根据整体进度计划和现场情况，计划东侧的20号墩下塔柱最先施工，早于西侧的15号墩施工，模板分节倒运；同样东侧的19号墩下塔柱先于西侧的16号墩施工，东侧的18号墩下塔柱先于西侧的17号墩施工。 下塔柱施工时间计划在2013年8月1日至2013年10月31日，单个下塔柱施工工期约75天。第三章 大体积混凝土施工3.1下塔柱大体积混凝土施工重难点分析下塔柱结构形状复杂，外轮廓尺寸为20*15.1*24m，但塔砼方量近3000m3，为大体积混凝土，同时施工期间正值夏季高温，故将主塔大体积混凝土施工作为塔柱施工的重难点。本工程下塔柱混凝土施工重难点主要体现在以下几方面： 浇筑分层的确定；混凝土原材料选择及配合比；砼的浇筑振捣；温度监控及控制措施等。根据下主塔的特点，拟将下塔柱分四次浇筑，第一次浇筑高度为3m，第二次浇筑高度为5.5m，第三次浇筑高度为6m，第二次浇筑高度约7m，砼浇筑尽量在夜间温度较低时进行，同时在塔柱内布置冷却管，加强温度监控和冷却水循环，减少水化热的影响。3.2 浇筑分层的确定下塔柱分层浇筑高度综合考虑以下因素：（1）结构设计要求：下塔柱线形、钢筋布置等；（2）混凝土浇筑能力要求：70m3/h左右；（3）混凝土收缩影响；（4）温控要求：分层厚度不宜太厚。第一次浇筑高度3.0m（东侧视进度情况多浇筑约0.8m，以便下边节段模板倒运），混凝土方量约600方，第二次浇筑5.5m，混凝土约630方，第三次浇筑6m，混凝土约400方，第四次浇筑到顶约7m，混凝土方量约1210方。3.3 混凝土原材料由于单次浇筑混凝土方量较大，为了降低混凝土水化热，从以下几个措施来降低混凝土的水化热：原材料的选择水泥：选用水泥不得对混凝土结构强度、耐久性和施工条件产生不利影响，以能使所配置的混凝土强度达到要求、收缩性好、和易性好和节约水泥为原则。水泥水化热是大体积混凝土的主要温度因素，因此，应选用水化热低和凝结时间长的水泥。水泥为散装水泥，要求散装水泥温度不可过高，并作好白天的凉棚遮阳工作，以免影响混凝土拌和物的搅拌温度。粗骨料：选用配置混凝土强度高、抗裂性好的碎石，考虑到选用大粒径石子可节约水泥用量（在相同抗压强度和坍落度的情况下），进而可以降低水泥水化热，但是粗骨料最大粒径应不得超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4，在两层或多层密布钢筋结构中，不得超过钢筋最小净距的1/2。细骨料：应采用质地坚硬，级配良好、颗粒洁净、粒径小于5mm的天然河沙、山砂，或采用硬质岩石加工的机制砂，一般选用以细度模数2.5-3.5的中、粗砂为宜。另外，骨料要求洁净无杂质，特别要求是含泥量，含泥量过大会影响混凝土的强度，还会增加混凝土的收缩，因此，在施工中应严格控制，要求砂中含泥量小于3%，石子中含泥量小于1%。石子、砂子堆场必须有遮阳措施，尽量减小原材的温度，以控制混凝土的搅拌温度。外加剂：采用外加剂以减少水泥用量，从而为降低下塔柱混凝土的温升开创条件。为方便混凝土布料施工和控制水泥水化热，拟采用缓凝减水剂外加剂，目的是延缓水泥水化热的放热速度，推迟温度峰值的时间，并减小放热总量和温度峰值，从而减小和避免混凝土因温差而引起的温度应力裂缝；水：采用深井地下水，水温较低，同时根据温度情况 采取加冰等降温措施。3.4 下塔柱混凝土配合比下塔柱混凝土配合比设计原则：1）在保证混凝土强度和坍落度的前提下，降低水泥用量，采用早期水化热低的矿渣水泥，采用优质掺合料，减小水灰比；加大骨料粒径增加碎石用量，采用低含泥量的砂、碎石材料（控制含泥量1%以内），改善骨料级配；合理使用外加剂。2）下塔柱混凝土配合比中根据施工要求及控制温度峰值等要求必须掺加外加剂，像缓凝减水剂等，减水剂必须与采用的水泥品种、掺和料相匹配，使用前必须做正常混凝土与掺外加剂的混凝土的对比试验，外加剂的掺量应严格控制计量，少掺和过量均对工程混凝土不利。3）控制坍落度。现场下塔柱砼浇筑施工采用泵送方式，要求坍落度为1618cm。在试验室级配试验时，必须考虑水泥用量与混凝土坍落度的统一性，坍落度指标不能满足施工要求时，应调整水胶比，并与外加剂、掺和料相匹配统一考虑。4）混凝土应是低收缩率的，其实验室内试件收缩率一般以210-4410-4作为控制目标。采用泵送混凝土可按实际条件以试验优化提出收缩率控制值后进行确定。5）下塔柱混凝土配合比初步确定。为延缓混凝土初凝时间，延长水化热放热时间，并降低水化热峰值。在常规普通混凝土级配的基础上，混凝土在搅拌时掺入缓凝减水剂、粉煤灰矿粉等掺加剂，这些外掺剂按照各自的水泥替代率入替水泥，故单位立方米混凝土的水泥用量在普通混凝土水泥用量减去外掺剂的替代量，混凝土配合比中其它如水、砂、碎石等可根据施工最小坍落度、设计强度以及初凝要求进行计算，并以此做小样试验，综合以上三个重要因素考虑，选择其中最佳配合比作为设计混凝土配合比。经过综合比选：我部下塔柱砼初步配合比为矿渣水泥（p.s42.5）：砂：碎石：水：粉煤灰：外加剂（LCX-9）=430:629:1070:171:120:6.05,（单位Kg/m3）3.5 冷却水管冷却管布置：为了减少混凝土水化热在结构内部的积累，采用布置冷却管用冷却水循环来传导多余的热量，以减少混凝土内外温差。冷却管采用D502.5mm钢管，冷却管布置水平间距为1米，层间距为1米，第一层距离下塔柱顶0.5米，共布置14层，第一层第二层每层设置两个进水口和两个出水口，第三、四、五层各设置一个进水口和一个出水口，并在混凝土之间设置测温孔，随时监测混凝土内部温度。在冷却水管安装时，如冷却管标高与下塔柱的结构钢筋和钢筋支架高度一致，可作为冷却水管的水平搁置点；一般须增加水平方向冷却管架立结构，架立结构以及支撑结构采用8#槽钢（明细规格80*43*5.0，理论重量8.046kg/m），冷却管与槽钢之间的定位采用16U型钢筋，定位筋间距为2米一个，与槽钢焊接连接。支撑槽钢与架立槽钢采用焊接连接，支撑槽钢间距为2米一个。要求在安装时必须绑扎牢固。考虑到混凝土下落时的冲击力和混凝土浇筑后的自重对冷却水管接头强度的影响，在水管间的接头位置，必须设置高低、左右的钢筋限位，避免接头位置在混凝土浇筑施工过程中受到荷载影响导致渗水。每层冷却水管各有一个进水口和出水口，进出水管高于下塔柱顶面1.0m。冷却水直接从赣江抽取，进入进水口，每个进水口安装调节笼头，以便根据出水水温控制水流量，再通过混凝土体内后从出水口流入下塔柱顶面，形成蓄水池，蓄水池内的水再作为循环用水，同时兼做保温覆盖层。冷却水管输水：下塔柱钢筋、模板安装完成后，现场组织下塔柱内冷却水管水压下（0.1Mpa）的“试水”，检验冷却水管的密封程度，避免混凝土在浇筑时发生漏水现象。混凝土开始浇筑后，冷却水管自浇筑混凝土起即通入江水，连续通水不小于7天，每个出水口流量为1020L/分，如发现进出水口温差过大，为增加冷却效果，进出水流方向进行更换，大约每天两次，在开始3天内，冷却水温度最好在2025度，低于外界环境温度。冷却水测温：在输水过程中，对冷却水的流量、进出口的水温进行测设和记录，若有异常，可对冷却水管进水端的调节阀门进行调节，调整冷却水的流量，以达到出水温度控制的目的。冷却水管使用后处理：冷却水管使用完毕后，即灌浆封孔，并将伸出下塔柱的顶面部分截除，封孔采用等强度小石子砼。下塔柱冷却管布置详细参考下图。3.6混凝土浇筑和振捣根据下塔柱结构尺寸，下部倒角处混凝土的浇筑以及振捣工作比较困难，为了解决这两个难题，在模板施工时，沿倒角处每侧开设12个工作窗口，窗口尺寸为5050cm。混凝土浇筑时可依次通过工作窗口均匀分层浇筑，严禁在某一个或几个工作窗口集中浇筑。当混凝土浇筑到第一排工作窗口时应及时用钢板封堵窗口。封堵时要保证钢板跟模板之间封堵严密牢靠，严禁漏浆或钢板上浮。模板拆除以后，工作窗口与封堵钢板间会出现明显错台，为了达到美观的效果，错台处用砂轮打磨平整。根据工作窗口的间距，顶部混凝土简单用振捣棒振捣已经不能满足混凝土的振捣要求，为了保证顶部混凝土的振捣密实，单个平板振捣器振捣辐射范围按1.5米计，将在倒角处每侧均匀布置8个平板振捣器。振捣器的布置位置以及工作窗口位置参考下图。 表示平板振动器 3.7 混凝土内部的最高温度计算（根据建筑施工计算手册第十一章大体积混凝土）混凝土内部的最高温度按下式计算Tmax= T0+T（t）*T（t）=McQ（1-e-mt）/(C)Tmax-砼内部最高温度T0-砼浇筑时温度，取30CT（t）-砼理想绝热状态下不同龄期的温升值-与砼浇筑厚度、龄期和绝热温升有关的系数，查表得最大为0.82Mc-每立方米砼水泥用量 Q -每千克水泥水化热量，查表得P.S425水泥为335J/KgC 混凝土的比热，一般取0.96KJ/Kg*K 混凝土的密度，取2400Kg/m3t混凝土的龄期，取3天m混凝土的比表面积、浇筑温度系数根据我部下塔柱施工在夏季的情况，砼浇筑温度取较高值30C ，查表得3天的1-e-mt=0.704根据我部施工经验和查阅相关资料，大体积砼内部温升值在浇筑后3天最高T（3）=McQ（1-e-mt）/(C)=430*335*0.704/（0.96*2400）=44 C则计算的砼内部最高温度Tmax= T0+T（t）*=30+44*0.82=66 C小于规范规定的最高不得超过75C，可3.8 混凝土的温度裂缝控制计算（根据建筑施工计算手册第十一章大体积混凝土）3.8.1 自约束裂缝控制计算（表面裂缝）混凝土浇筑初期，内部的温度在升高，但砼表面的温度可能因为外界温度降低而急剧降低，引起砼表面收缩产生拉应力而出现表面裂缝。由温差产生的表面最大拉应力由下式计算：max= （2/3）*E（t）T1/(1-)max -砼最大拉应力E（t）-砼不同龄期的弹性模量，E（t）= Ec（1-e-0.09t），Ec为最终弹模，查表得3.45*104MPa-砼热膨胀系数，查表取1*10-5T1-砼中心与表面的温差，取66-30=36（假定夏季外界温度为30度）混凝土的泊松比，取0.175根据我部施工经验和查阅相关资料，大体积砼内部温升值在浇筑后3天最高，其内外温差最大，则最大拉应力max= （2/3）*E（t）T1/(1-)=（2/3）*3.45*104*（1-e-0.09*3）*1*10-5*36/（1-0.175）=2.37MPa（该最大内部温度应力计算是在没有冷却水循环的情况下得出，且未考虑砼温度应力松弛系数的影响）下塔柱混凝土设计强度等级为 C50。不同龄期的混凝土劈裂抗拉强度目前没有标准可查，参考值按经验取值，下表为某施工单位 对C35、C40砼的不同龄期的试验和经验值下塔柱混凝土劈裂抗拉强度参考值(MPa)混凝土标号3d7d28d半年C351.22.13.03.4C401.42.43.53.8C50砼的3天劈裂抗拉强度经验值可从上表推算，查表得C35砼3天的劈裂抗拉强度经验值为1.2 MPa，C40砼3天的劈裂抗拉强度经验值为1.4 MPa，大致得C50砼3天的劈裂抗拉强度经验值为1.8 MPa，小于最大温度应力2.37 MPa，砼表面将会出现温度裂缝，必须采取温控措施。实际施工时必须采取冷却水循环，特别在砼浇筑后的2-3天必须加强冷却水循环和蓄水保温，降低砼内外温差，确保砼不出现表面裂缝。我部控制砼内外温差的目标是在25度以内，下面按照该温差计算温度应力：max= （2/3）*E（t）T1/(1-)=（2/3）*3.45*104*（1-e-0.09*3）*1*10-5*25/（1-0.175）=1.65MPa小于砼的3d抗拉强度1.8 MPa，同时考虑温度应力松弛的影响，在冷却水循环控制砼内外温差在25度以内时，砼不会开裂。3.8.2 外约束内部裂缝控制计算（贯穿裂缝）混凝土浇筑初期，其温度升高较快，一般在浇筑后三天最高，砼体积膨胀，其后为降温过程，砼体积收缩，但因下部已浇砼段的约束，在新浇筑砼内部产生拉应力，当拉应力大于砼的劈裂抗拉强度时，引起砼开裂，甚至产生贯穿裂缝。砼温度收缩应力按照以下简化公式计算：max= E（t）T S（t）R / (1-)max -砼最大拉应力E（t）-砼不同龄期的弹性模量，E（t）= Ec（1-e-0.09t），Ec为最终弹模，查表得3.45*104MPa-砼热膨胀系数，查表取1*10-5T-砼中心与表面的综合温差混凝土的泊松比，取0.175S（t）考虑徐变影响的松弛系数，按3天龄期查表取0.186，按7天查表得0.21R 考虑砼的外约束系数，按砼地基取1.03天的最大外约束拉应力max= E（t）T S（t）R / (1-)= 3.45*104*（1-e-0.09*3）*1*10-5*46*0.186*1/（1-0.175）=0.85MPa（砼3天的温升值最大，按照外界最低温度20度计算，有温差66-20=46 C）经前节推算C50砼3天的劈裂抗拉强度经验值为1.8 MPa，大于最大温度收缩应力0.85 MPa，安全系数为2.11，砼不会出现温度裂缝。7天的最大外约束拉应力max= E（t）T S（t）R / (1-)= 3.45*104*（1-e-0.09*7）*1*10-5*46*0.21*1/（1-0.175）=1.89 MPa查表得C40砼7天的劈裂抗拉强度经验值为2.4 MPa，则C50砼7天的劈裂抗拉强度大于2.4 MPa，大于最大温度收缩应力1.89 MPa，砼不会出现温度裂缝。27天的最大外约束拉应力max= E（t）T S（t）R / (1-)= 3.45*104*（1-e-0.09*27）*1*10-5*15*0.57*1/（1-0.175）=3.25 MPa（砼内部温度在3天后已经处于温度下降过程，其27天后的砼内部温度基本与外部相同，其综合温差已经很少，主要受外部气温的突降或突升影响，按外部温差突变15度考虑）查表得C40砼27天的劈裂抗拉强度经验值为3.5 MPa，则C50砼27天的劈裂抗拉强度大于3.5 MPa，大于27天最大温度收缩应力3.25