邯武快速路斜拉桥索塔基础承台大体积混凝土现场温度控制

1、邯武斜拉桥索塔承台大体积混凝土施工技术0 前言大体积混凝土具有体积大、数量多、工程条件复杂、施工技术和质量要求高、混凝土绝热温升高和收缩大等特点。大体积混凝土的温升控制和温度裂缝防治一直是工程技术界长期关心和共同研究的重要问题。我国现有规范普遍认为,结构中实体最小尺寸大于或等于1m 的部位所用的混凝土,称为大体积混凝土。大体积混凝土产生温度裂缝主要有以下几个原由:(1)水泥的水化热；内外温差；约束条件；混凝土的收缩变形。大体积混凝土在水泥水化热的作用下,将产生较高的水化热温升,产生较大的非均匀温度变形。温度变形在下部结构和自身的约束之下将产生较大的温度应力,极易导致混凝土开裂。邯武快速路上跨西

2、环路、邯长铁路立交工程主线斜拉桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,设计起止桩号为:ZK1+661.8ZK1+921.8m,桥长260m,桥面宽37.5m。主线斜拉桥索塔承台为八边形,横桥向尺寸为35m,顺桥向尺寸为24.6m,厚5.5m。结构为钢筋混凝土结构,混凝土设计强度等级为C35防腐混凝土,承台大体积混凝土浇注方量为4297.2m3,索塔承台混凝土属超大体积混凝土,按设计要求一次浇注完成。索塔承台是整座桥梁的基础,承受着全桥自重和所有外荷载,其安全性和耐久性至关重要。为保证工程质量,减轻或避免温度裂缝,除应采取合理的施工方法和工艺外,还必须进行温度控制和温控监测。1 工程概况1.1 施工简

3、况本索塔基础承台为八边形,钢筋混凝土结构,混凝土设计强度等级为C35防腐混凝土,承台大体积混凝土浇注方量为4297.2m3,钢筋总量为696t,其中承台钢筋量为606t,索塔预埋钢筋90t。本混凝土承台模板采用竹胶板,以较好的保证混凝土的外观质量及保温效果。在承台钢筋安装完毕后,布置五层冷却管,并于混凝土浇筑前进行通水；为监控承台混凝土的温升情况并指导冷却水通水情况,于承台内设置了一定数量的感温元件。承台大体积混凝土采用预拌混凝土,采用直接泵送的方式输送,即采用两台泵车将拌合站混凝土罐车运来的混凝土直接泵送浇筑入模。为保证承台混凝土的质量,对其采取内排外保的方法进行养护。所谓内排即在混凝土浇筑

4、开始前即开始进行冷却管通水循环,以加速混凝土内部热量散发,从而使混凝土内的水化热被冷水吸收并被排出；所谓外保即在混凝土表面铺盖塑料薄膜以蓄水养护,外覆棉被及篷布以保温,以减小混凝土表面与内部温差,使大体积混凝土内外温差尽可能的保持在较小的范围内。施工承台大体积混凝土历时54小时浇筑完毕(2021年11月21日14:0023日20210)。混凝土浇注完毕后采取内排外保的方法进行养护并设置了149个测温点对承台进行测温,最后,实测数据表明整个施工过程取得了预期的效果,混凝土表面未产生裂缝,承台结构强度达到了预期要求。1.2 混凝土性能1.2.1 原材料水泥:太行山牌PO42.5普通硅酸盐水泥；粉煤

5、灰:邯峰发电厂F类级粉煤灰；矿粉:XX市复兴冶金建材总厂S95等级矿渣粉；石子:武安白沙5mm2021碎石；砂子:邢台沙河中砂,细度模数为2.8；外加XXXX公司生产的GK-6B防腐剂及GK-5B缓凝型泵送剂；水:自来水。1.2.2 混凝土配合比本工程采用泵送混凝土,按工程设计混凝土强度等级为C35,抗腐蚀,且具有良好的和易性、流动性(坍落度为16cm2021)。经试验优化设计,并经监理工程师审核,其配合比如下表1。表1 C35混凝土配合比kg/m3强度等级水胶比砂率水泥(kg)水(kg)砂(kg)石(kg)粉煤灰(kg)矿粉(kg)防腐剂(kg)泵送剂(kg)C350.360.4228015

6、577010601005012.911.0备注5-10mm10-2021掺配比列24:76；机制砂与河砂掺配比例为34:66。实测7d强度为41.7MPa,28d强度为56.7MPa。因种种原因,本工程的混凝土水泥用量偏大,导致大体积混凝土的水泥水化热偏大,在实际施工中,只有加强内排外保的力度,以缓解及降低混凝土的水化温度峰值。2 温度控制措施2.1 理论承台混凝土在无温控措施的温升情况施工温度:施工平均气温8(实测),混凝土浇注入模温度平均为16,尺寸长35米,宽24.6米,高5.5米,配筋率EgAg/EcAc=(696/7850)/(4300/2437)=0.05,模板用木模板。 混凝土温

7、度升高值理论计算如下。混凝土水化热温升值计算T(t)=mcQ(1-e-mt)/(C)Tmax=mcQ/(C)=280461/(0.922437)=57.6T(t)浇完一段时间t,混凝土的绝热温升值()；Tmax混凝土的最大绝热温升值()；mc每立方米混凝土水泥用量(kg/m3),取值280 kg/m3；Q每千克水泥水化热量(J/kg),取461J/kg；C混凝土的比热取0.92kJ/kg.K；混凝土的质量密度,到2437kg/m3；e常数值,为2.718；t龄期(天)；m与水泥品种比表面、振捣时温度有关的经验系数,一般取0.20.4,根据当时施工情况,取m=0.39。由以上公式得出如下不同龄期

8、下的绝热温升值。不同龄期参数、绝热温升值计算龄期(天)135791421281-e-mt0.32290.68960.85770.93480.97010.99570.99971.0000T(t)()18.639.749.453.855.857.357.657.62.2 温度控制注意事项施工中采用的温控标准按规范为混凝土的内表温差25。因混凝土水化热较大,绝热温升值较高达到57.6,且混凝土为一次浇筑完成,混凝土极难自然散热,故需采用较强的控温措施:(1)尽量减少泵送管道的长度,加快运输和入仓速度,以减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升；(2)采用冷却水管系统进行内部降温:冷却水管的水平间距和上

9、下层间距小于或等于1.0m；单根水管长度控制在2021以内；冷却水管采用导热性能好的黑铁管,管外径42.3mm,壁厚3.25mm；根据水泵规格,水管内通水流量为30L/min,并根据混凝土的温升情况调整通水流量的大小,冷却水的进水口水温一般为911。通水从混凝土浇筑后开始,通水时间按设计定为14天；(3)加强表面保温与养护,在混凝土浇筑完毕后,立即在上表面用塑料薄膜、棉被及篷布三层覆盖保温。(4)注意施工质量,加强混凝土的振捣,提高混凝土的均匀性和抗裂性。(5)加强温度监控,随时为施工提供温控信息,及时调整和改进温控措施,使温度控制满足温控标准,以消除质量隐患。2.3 混凝土养护措施混凝土浇注

10、完毕后采取内排外保的方法进行养护,所谓内排即在混凝土浇筑开始前即开始进行冷却管通水循环。混凝土浇注完毕后不间断通水14天,利用在混凝土内部预先埋设的冷却管通水以加速混凝土内部热量散发,从而使大体积混凝土内的水化热被冷水吸收后并被排出；所谓外保即在混凝土表面铺盖塑料薄膜以蓄水养护,外覆棉被及篷布以保温,以减小混凝土表面与内部温差,使大体积混凝土内外温差尽可能的保持在较小的范围内,避免在大体积混凝土内部因过高的温度应力而产生温度裂缝。2.4 冷却循环系统布置情况冷却管按设计图纸进行布置,在5.5m高度内自底1.25m起按1.0m的间距进行布置,布置4层,每层上冷却管间距1.0m,固定在承台钢筋上。

11、冷却管采用42的黑铁管,黑铁管接头及弯头部分采用塑料管,以方便施工。并用防水胶布对冷却管接头处进行保护,以防漏水。考虑到混凝土方量大,混凝土强度高,水泥水化热大,在原设计每层一进一出的基础上,增加进出水口为每层四进四出。所有进出水口均高出承台顶面0.81.0m,并接入相应的进出水箱。在冷却管安装完毕后,进行通水试验,确认无漏水后方可进行混凝土的浇筑。冷却系统的进出水箱的容量均为18m3,按现场的地形,其位置高出承台约2m,为便于控制通水流量,冷却管于进水口设置控制阀门。从水井抽取冷水进入进水箱,由水泵从进水箱向承台冷却管中通水,冷水吸收承台中混凝土的水化热量后,水温升高,而后流入出水箱。根据水

12、泵的功率,单根冷却水管的流量为40L/min。2.5 承台混凝土浇筑情况承台大体积混凝土自2021年11月21日14时开始浇筑,历时54小时浇筑完毕。承台混凝土采用商品混凝土,经混凝土罐车运输15min至现场,使用两台混凝土泵车浇筑混凝土。混凝土采用斜面分层连续灌注,一次成型,分层厚度宜为30cm左右,分层间隔灌注时间不得超过试验所确定的混凝土初凝时间,错开层与层之间浇筑推进的时间以利于下层混凝土散热。为避免冷却管及感温元件在混凝土浇筑时发生损坏,混凝土泵管及振动棒不直接与其接触。3 测温方案3.1 测温仪器仪器选择依据实用、可靠和经济的原则,在满足监测要求的前提下,选择操作方便、价格XXXX

13、公司大量大体积混凝土工程和近几年国内大型桥梁监测经验与使用效果,选择铂电阻温度传感器作为温度XXXX公司多个工程的应用证明此种仪器效果很好。测温所需主要仪器为:数字显示调节仪(XMT-102)2台、Pt100铂电阻温度传感器180个、铜线若干、小型操作工具一套。3.2 测温注意事项(1)各布点必须有明显的标志,以免所采取的数据与测点不相符,并认真复核；感温元件在埋设时,用防水胶布对其进行保护,并牢固绑扎在承台钢筋上。(2)在混凝土升温期间每2小时采集一组数据,在降温期间每4小时采取一组温度数据,7天后每24小时采集一组数据；(3)在测点全部埋设后即测量一次温度,以消除起始各测点的温度偏差；于每

14、层测点混凝土浇筑覆盖后,即对其进行一次测量,以及时发现受损测点,及时更换。(4)于混凝土浇筑开始后12小时即进行第一次测温,以后开始按照既定频率对其进行测温,以指导冷却管通水及承台表面覆盖保温情况。3.3 温度测点布置温度测点的布置要考虑到能监控整个承台的温度变化情况,及承台内外温差情况,以指导冷却循环系统的运转。本工程共布设149个测点:1、测点按5层布置,每层设置19个点,用以指导冷却管的通水,布置519=95个测点；2、在距承台侧边10cm处及80cm处设点,研究在内排外保的情况下的温度梯度变化,布置283=48个测点；3、在距承台顶面10cm处设置测点并在混凝土外表面、塑料薄膜下设置测

15、点用以实际量测外保温的措施是否到位,布置3+3=6个测点。详见后附图。仪器的埋设参照DL/T5178-2021混凝土大坝安全监测技术规范执行,并根据承台的特点加以改进,由具有埋设技术和经验的专业人员指导操作。混凝土开始浇筑前即由专人观测,观测人员经过专门培训,观测频次为先密后疏,以确保温度的连续性。4 温升控制测量结果承台大体积混凝土在浇筑之前即开始冷却水系统的运转,并准备好顶面各种保温覆盖材料。在混凝土浇筑完成并初凝后,及时覆盖保温材料,以避免裂缝的产生。在索塔承台施工中,按既定的频率对各测点进行测温,通过现场连续19天对大体积混凝土的温升控制与测量。索塔基础承台按要求进行监测取得了较好的效

16、果,且根据监测结果,至观测结束时为止,仪器完好率为99%,从观测结果看,所有测值均有很好的规律性,正确地反映了混凝土的实际温度,为指导温度控制、保证承台质量提供了科学数据。由承台温控测量结果得出,最高温升为47,最高温度为63,表面最高温度为39,内表最大温差为24,结果表明各项结果均满足相关温控结果。由前计算得知,承台混凝土理论绝热温升为57 。在施工中,通过水冷却循环系统的运行,承台混凝土最高温度降低了10 。5 温控效果分析5.1 温控效果由相关温度特征值得出,承台内表温差最大为24,符合温控标准值的要求。从防裂的效果看,在拆模后及经过整个冬天低温的考验,承台未发现裂缝,承台的质量得到了

17、保证。由此可知,本项目的温控措施是合理有效的。5.2 冷却水的降温效果通过对冷却水管进出水温的测量得知,进水口的温度一般为13左右,而出水口的温度一般较进水口温度提高1018,最高可达21,说明冷却水带走了混凝土内的很多热量,具有明确的降温效果。另外,通过数据表明,混凝土内的最高温度出现在第34天,以后混凝土的温度持续缓慢的降低,这是因为冷却水在第34天后带走的热量大于混凝土同期产生的水化热。所以,正确地使用冷却水管是承台温度控制中关键而有效的措施,可以达到预期的降温效果。5.3 表面保温的温控效果承台浇筑后,及时在混凝土表面用塑料薄膜覆盖保水,而后棉被及篷布覆盖保温。从数据可知,混凝土表面的温度最高达到48,这对减小混凝土的温度梯度和内表温差起了很好的作用。内表温差最大24,这在混凝土内部温度最高达到63时仍符合规范温控要求,起了很大的作用。6 结论本索塔承台大体积混凝土的施工已经结束,通过工程实践,可得出如下结论及经验:(1)在拆模后及整个冬季后,承台未出现裂缝。这说明本工程的温度控制是成功的,且收到了预期的防裂效果,保证了混凝土的质量。(2)温控监测结果表明,温度特征值全部满足温控标准规范,说明施工中采用的施工工艺和温