观音岩长江大桥10号承台大体积混凝土温控方案

1、观音岩长江大桥大体积混凝土温控方案PAGE 18 - 观音岩长江大桥大体积砼温控方案2006年11月1.工程概况重庆江津观音岩长江大桥是重庆绕城公路南段跨越长江的重要工程，该桥由贵州省桥梁工程总公司第三工程处承建，在江津市观音岩附近跨越长江，江津观音岩长江大桥是重庆绕城公路南段中规模最大的特大型公路桥梁。主桥桥跨布置为35.5+186+436+186+35.5米双塔双索面斜拉桥，主桥共长879米。两岸引桥采用主跨为30米简支变连续的T梁。10号墩桩基、承台施工采用钢围堰，钢围堰外径为35.5 m，内径为32.5 m，壁厚为1.5 m，承台设计直径为32 m，厚为6.5 m，砼设计标号为C30，

2、采用两次浇筑，浇筑砼方量为5392.2立方米。承台基础为20根2.5m承台为大体积混凝土结构。由于水泥水化过程中产生的水化热，使浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升，引起混凝土膨胀变形，而此时混凝土的弹性模量很小，因此，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小。随着温度逐渐降低混凝土产生收缩变形，但此时混凝土弹性模量较大，降温引起的变形受基础约束会产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗土表面也会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。为保证混凝土施工质量，避免产生温度裂缝，确保大桥的使用寿命和安全。武汉兰青建筑科技公司针对承台大体积混凝土进行了温度场仿真计算。根据计算结果制定了承台温控方案，供施工

3、单位作为施工组织设计的依据。2基本计算资料2.1气象资料桥址区域内没有气象站，临近有江津气象站，其气象特征值如下：江津气象站有关气象特征值表表1序号项目单位数值1年平均气温（）18.42极端最高气温（）41.33极端最低气温（）-2.34年均绝对湿度Pa/5年均相对湿度%/6年均风速m/s1.17最大风速m/s28.48盛行风向ESE.SE9年均日照h153310年均无霜期d2472.2施工资料根据以下施工资料进行温度应力计算：承台混凝土设计强度等级为C30，承台于2006年12月上旬施工。施工时承台两次浇筑。承台混凝土冷却水管均采用48mm的薄壁钢管，冷却水为江水。3、混凝土原材料及配合比3

4、.1承台混凝土原材料水 泥：采用天助水泥厂生产的P.042.5R水泥;粉煤灰：采用洛璜电厂生产的级粉煤灰；细集料：采用混合砂（金刚沱天然砂70%，南海建司机制砂30%）；粗集料：采用5-20矿 粉：采用重庆环亚建材有限公司（S95级矿粉），掺量25%；外加剂：江北特种建材有限公司生产的FDNOR缓凝高效减水剂（水剂），掺量1.9%。 水: 饮用水3.3 承台施工配合比承台混凝土标号为C30，其配合比见表2。 承台混凝土配合比表2序号砼设计标号水灰比每立方米各材料用量（kg）坍落度（mm）抗压强度（MPa）外加剂参量（kg）水水泥+粉煤粉砂碎石矿粉7天28天1C300.5718232066211

5、5080 20031.945.66.24、温度应力计算4.1 材料及热特性值承台混凝土标号为C30，材料热特性值见表3。 材料热特性值 表3部位物理特性承台混凝土基岩最终弹性模量（MPa）3.51042.0104弹性模量变化系数0.5、0.78线膨胀系数（106）7.167.21泊松比0.1670.167比重（103 kg/m2.42.4导热系数（kJ/m .d .）240240比热（kJ/kg .）1.01.0绝热温升（）35.0绝热温升参数0.9、0.64.2 计算使用公式4.2.1绝热温升 绝热温升数值模型取双曲线函数： (3-1)式中：最终绝热温升，为绝热温升变化系数。混凝土的和，值分

6、别为35和0.9、0.6。4.2.2弹性模量 弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即 （3-2） 式中：为初始弹模，为最终弹模与初始弹模之差，为与弹模增长速率有关的两个参数。其值分别取0.5和0.78。4.2.3徐变度 根据工程经验，取混凝土徐变度如下（单位：10-6MPa）： （3-3） 式中：C10.23E2，C20.52E2，E2为最终弹模。4.2.4放热系数混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算： （3-4）式中：为等效放热系数，为放热系数，为保温层厚度，为保温材料导热系数。4.3 计算模型及假定10号承台截面尺寸为32.0m，浇筑高度为6.5m，取1/

7、4进行网格剖分计算，计算模型网格剖分图见图1。拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构产生不同程度的危害。此外，在混凝土内部温度较高时，外部环境温度较低或气温骤降期间，内表温差过大在混凝图1 10号圆形承台网格剖分图（取14）（1）承台混凝土受20根2.5m的钻孔桩的约束，计算弹模取2.0104MPa。 （2）承台混凝土12月上旬开始浇筑，承台两次浇筑，浇筑厚度分别为3.0m和3.5m。（3）计算时考虑冷却水管降温效果。承台共布设4层冷却水管，冷却水管采用48mm的薄壁钢管，冷却水管水平间距为0.9（4）计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，平均风速按6m/s（5）温度及应力计算从2006年12月

8、上旬开始，模拟其后历时6个月的发展。4.4温控计算结果温度场特征 承台混凝土内部最高温度计算结果 表4 工程部位砼标号最高温度（）最高温度出现时间（天）浇筑时间浇筑温度（）承台第一层C3049.32-312月上旬15.0承台第二层C3051.62-312月中旬13.0图2 承台混凝土最高温度特征图（单位：）根据表3和图2可以看出，由于承台边缘降温较快，中部散热慢，所以边缘温度较低，中心温度最高。混凝土在浇筑后23天出现温峰，承台混凝土的等级为C30，混凝土第一层的最高温度为49.3，第二层混凝土的最高温度51.6(2) 仿真应力场特征 承台第一层混凝土各龄期的最大温度主拉应力（MPa） 表5t

9、(d)37142860max0.550.911.371.401.43承台第二层混凝土各龄期的最大温度主拉应力（MPa） 表6t(d)37142860max0.470.600.630.810.87 混凝土劈裂抗拉强度试验表 表7 龄期(d)71428601.151.872.813.10由表5-表7和图3图9可以看出，承台混凝土底部处于基础约束区，拉应力最大，且拉应力随龄期增长而增大，约60天左右达到最大值1.43MPa。承台混凝土内部主拉应力均小于同强度等级混凝土劈裂抗拉强度，混凝土抗裂安全系数K1.3，但值得注意的是第一层混凝土第7天的拉应力较大，混凝土抗裂安全系数约为1.26，应注意加强保温

10、养护。因此，在采取有效的温控措施，对易出现裂缝的部位进行严格控制，可以防止承台混凝土有害温度裂缝的产生。图3 混凝土7天应力包络图（单位：10-2MPa）图4 混凝土14天应力包络图（单位：10-2MPa）图5 混凝土28天应力包络图（单位：10-2MPa）图6 混凝土7天应力包络图（单位：10-2MPa）图7 混凝土14天应力包络图（单位：10-2MPa）图8 混凝土28天应力包络图（单位：10-2MPa）图9 混凝土最大应力包络图（单位：10-2MPa）5温控标准 根据温控计算成果及规范要求，提出不出现有害温度裂缝的温控标准如下：（1）内表温差控制在25（2）最高温度控制在52（3）混凝土

11、降温速率不超过2.5/d6. 温控措施6.1混凝土原材料选择及质量控制合理选择混凝土原材料，选择级配良好的砂、石料、外加剂，以降低水泥用量，控制砼水化热温升，是大体积混凝土温控的重要环节。6.2优化混凝土配合比，降低水化热温升配合比设计应在规范允许范围内尽量掺加粉煤灰等矿物掺合料，以减少水泥用量，降低混凝土的水化热温升。承台混凝土绝热温升控制在35以内。混凝土应具有良好的粘聚性，不离析、不泌水，初始坍落度应控制在19-21cm6.3对混凝土施工的一般要求为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对混凝土每一环节的施工控制，现场人员从混凝土的拌合、运输、浇筑、振捣到养护保

12、温整个过程实行有效监控。混凝土施工严格按照公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）进行，并特别注意以下方面：（1）混凝土拌制配料前，各种衡器应请计量部门进行计量标定，称量误差应符合规范要求。应严格控制新拌混凝土质量，使其和易性满足要求。坍落度检验应在出机口进行，每班23次，拒绝使用坍落度过大或过小的混凝土料。应及时监测粗、细骨料的含水率，遇阴雨天气应增加监测频率，随时调整用水量。（2）浇筑前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查，同时检查仓面内冲毛情况，及是否有碎渣异物等，检验合格后才能开盘。（3）自高处向模板内倾卸混凝土时，为防止混凝土离析，应符合下列规定：当直接从高处卸料时

13、，高度不应超过2m；当高度超过2m时，应通过串筒、溜管等措施；在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不应超过1m，及时摊平，分层振捣。（4）混凝土应按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。如因故停歇，时间超过混凝土初凝时间时，仓面混凝土按工作缝处理。混凝土分层浇筑厚度不宜超过0.3米（5）浇筑混凝土时，应采用振动器振实：使用插入式振动器时，移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持510cm距离，应避开预埋件或监控元件1015cm，应插入下层混凝土510cm（6）在浇筑混凝土过程中，必须及时清除仓面积水。（7）严格按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2

14、000）要求进行层间水平施工缝处理。（8）二次振捣可以有效减少混凝土因沉陷收缩产生的早期裂缝，因此混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝以前应进行二次振捣。6.4埋设冷却水管及其要求6.4.1水管布置根据混凝土内部温度分布特征，承台拟埋设4层冷却水管。冷却水管采用48mm的薄壁钢管，其水平间距为0.9m，冷却水管距混凝土表面应大于1.0m，每根冷却水管长度不宜超过200m6.4.2冷却水管使用及其控制1）冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水；2）混凝土浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水，各层混凝土峰值过后即停止通水，通水流量应达到30L/min，通水时间根据测温结果确定；3）待主通水冷却全

15、部结束后，应采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管。为保证冷却水的初期降温效果,项目部应提前成立专门班子,专人负责,优化冷却水管的管路布置,合理选择水泵,并配备检修人员,准备12台备用水泵,若管路出现故障应及时排除,保证冷却系统正常工作。施工时,操作人员应听从指挥,及时开启和关闭阀门。6.5保温和养护为减小承台混凝土内表温差，现场应重视承台砼的保温措施，当承台第一次砼浇筑完待终凝时，在承台顶面覆盖一层中厚塑料薄膜和两层土工布或两层麻袋。当承台第二次砼浇筑完待终凝时，在承台顶面覆盖一层中厚塑料薄膜、两层土工布和两层麻袋。养护对混凝土强度正常增长及减少收缩裂缝具有重要意义，因此施工中必须重视混凝土的养

16、护工作。当承台表面处于干燥时应采取洒水养护，做到即保湿又保温，防止混凝土出现裂缝。7.混凝土温控施工现场监测7.1温度测试内容 根据温度计算成果，为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，在承台混凝土中布设60支温度测点。测点布置图见附图。 在检测混凝土温度变化的同时，还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等。7.2现场测试要求各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定。7.3监测所用仪器温度传感器为PN结温度传感器，温度

17、检测仪采用LD218型多路数据巡记录控制仪，温度传感器的主要技术性能： 测温范围：-50150 工作误差：0.5分辨率：0.1平均灵敏度：-2.1mv/ 附1：混凝土的出机温度和浇筑温度1混凝土的出机温度T0T0（0.2QS）WSTS（0.2+Qg）WgTg+0.2WcTc+(Ww-QsWs- QgWg )Tw 0.2(Ws+Wg+Wc)+Ww式中：Qs、Qg分别为砂石的含水量，以计；Ws、Wg、Wc、Ww分别为每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；Ts、Tg、Tc、Tw分别分砂、石、水泥和水的温度。2混凝土的浇筑温度TpTpTo+(Ta-To)( n)式中：Ta混凝土运输和浇筑时的气温；、n系数，其数值如下：混凝土装、卸和转运，每次0.032；混凝土运输时A, 为运输时间以分钟计，A参照下表；浇筑过程中0.003, 为浇捣时间以分钟计。混凝土运输时冷量（或热量）损失计算参数A值表运输工具混凝土容积(m3)A自卸汽车1.00.0040自卸汽车1.40.0037自卸汽车2.00.0030