滬蓉西四渡河大橋承臺及塔座大體積砼

滬蓉西四渡河大橋承臺及塔座大體積砼溫控方案一工程概況滬蓉西四渡河大橋主1號、主2號墩承臺啞鈴型結構，承臺平面尺寸未50.028mX16.4m,承臺與系梁等高，高度均為6.0m，混凝土設計標號為C40,混凝土方量為3227.5m3。承臺基礎為18根①2.8m的鋼管樁，鋼管樁混凝土設計標號為C30。主1號、主2號墩塔座為上小下大的圓柱形混凝土結構，主1號墩塔座頂面尺寸為11.05mX5.7m,底面尺寸為13.058mX8.6m，混凝土方量為555.8m3；主2號墩塔座頂面尺寸為11.16mX5.7m,底面尺寸為13.16mX8.6m，混凝土方量為562.2m3。塔座高度均為3.0m混凝土設計標號為C50。承臺和塔座施工時采用木模板。承臺和塔座均屬大體積混凝土結構，大體積混凝土由于水泥水化過程中產(chǎn)生的水化熱，澆筑后初期混凝土內部溫度急劇上升引起混凝土膨脹變形，此時混凝土彈性模量很小，升溫引起受基礎約束的膨脹變形產(chǎn)生的壓應力很小，但在日后溫度逐漸降低混凝土收縮變形時，彈性模量比較大降溫引起受基礎的變形會產(chǎn)生相當大的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生溫度裂縫，對混凝土結構產(chǎn)生不同程度的危害。此外，在混凝土內部溫度較高時，外部環(huán)境文的較低或氣溫驟降期間，內外溫差過大在混凝土表面野會產(chǎn)生較大的拉應力而出現(xiàn)表面裂縫。滬蓉西四渡河大橋處于山與山之間，風速較大，晝夜溫差較高，氣候條件不利于施工，這就給施工帶來了較大難度。受路橋華南滬蓉西十六合同段項目經(jīng)理部的委托，武漢港灣工程設計研究院對主1號、主2號墩承臺和塔座大體積混凝土進行了仿真計算。計算了大體積混凝土內部溫度場及仿真應力場，根據(jù)計算結果制定了主塔承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標準，并以制定了相應的溫控措施。溫控計算采用大型有限元程序《大體積混凝土施工溫度場與仿真應力場分析程序包》進行。在大體積混凝土仿真分析中，溫度是基本作用荷載。混凝土內部溫度變化是一個熱傳遞問題，用有限元法求解有下面幾個優(yōu)點：①容易適應不規(guī)則邊界；②在溫度剃度大的地方，可局部加密網(wǎng)格；③容易與計算應力的有限單元法程序配套，將溫度場、應力和徐變變形三者在一個統(tǒng)一的程序中計算。仿真應力計算中需考慮混凝土溫度徐變自重自生體積變形和十縮變形等的作用?！洞篌w積混凝土施工溫度場與仿真應力場分析程序包》主要特點為：1） 該程序用于結構施工期累積溫度場及仿真應力場的計算。2） 可以考慮混凝土分層澆筑方式、入倉溫度、澆筑層厚度、施工期間歇、混凝土及基礎彈模的變化、外界水溫及氣候的變形、混凝土的自生體積變形及徐變影響等復雜因素，能夠模擬實際的施工運行過程。3） 提供三種單元類型：8-20變節(jié)點六面體等參元，6-15變節(jié)點五面體等參元和8節(jié)點六面體等參元。4） 具有多種求解器，可以選用直接解法或代法求解大型線性方程組，具有速度快、儲存量小的特點，可利用微機進行大型混凝土結構的仿真分析。5） 可以輸出高斯點應力和節(jié)點應力。6） 有一套完善的數(shù)據(jù)查錯功能。7） 另配有一套完善的前后處理程序。二基本計算資料2.1氣象資料承臺及塔座施工月份為七月份，施工時的氣溫見表1。表1氣溫及施工時間表氣溫月份、\^上旬中旬下旬施工月份平均最高最低平均最高最低平均最高最低12.15.8-0.62.30.1—0.31.25.1—1.222.87.3-0.65.19.50.85.28.82.836.311.32.28.611.14.511.016.86.5412.818.78.513.620.08.613.218.29.6515.420.811.518.323.413.017.622.813.8619.124.215.420.526.116.822.127.618.3722.428.118.323.029.118.824.230.119.6V823.629.419.320.925.517.522.027.417.9919.624.516.019.125.115.117.622.313.91015.219.911.412.817.09.811.615.88.71110.215.56.67.110.94.36.210.43.3124.57.42.23.26.50.74.24.80.42.2施工資料根據(jù)以下施工資料進行溫度應力計算：承臺混凝土設計強度等級為C40,承臺于2005量7月份施工。施工時承臺分兩層澆筑，澆筑高度分別為3m、3m，兩層混凝土澆筑間歇期為7天左右。由于承臺為啞鈴形，澆筑時平面分為三塊施工。塔座混凝土設計強度等級為C50,于7月份施工，塔座分兩次澆筑完成，澆筑高度分別為1.5m、1.5m，塔座于承臺施工間歇期為7—10天。承臺及塔座混凝土冷卻水管均采用①40mm的薄壁鋼管，冷卻水為河水。2.3混凝土配合比2.3.1承臺混凝土原材料水泥：采用葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的42.5礦渣水泥粉煤灰：采用襄樊天鍵公司的I級粉煤灰。砂：洞庭湖黃砂，細度模數(shù)2.71，屬中粗砂。碎石：福崗料場碎石，粒徑5—31.5mm外加劑：武鋼浩源FDN高效減水劑。水：河水2.3.2塔座混凝土原材料水泥：采用葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的52.5P水泥粉煤灰：采用襄樊天鍵公司的I級粉煤灰。砂：洞庭湖黃砂，細度模數(shù)2.71，屬中粗砂。碎石：福崗料場碎石，粒徑5—31.5mm

外加劑：武鋼浩源FDN高效減水劑。水：河水2.3.3承臺及塔座施工配合比承臺混凝土標號為C40，塔座混凝土標號為C50，其配合比見表2。表2混凝土施工配合比標號配合比每方砼用材料量（kg/m3）水泥粉煤灰砂石水外加劑C400.32：1：1.47：2.144286071910421543.56C500.32：1：1.47：2.143558870610471414.43注：以上配比為推薦配合比，待試驗室和監(jiān)理復配后將確定最終施工配合比。2.3.4水泥水化熱試驗根據(jù)施工配合比進行水泥水化熱試驗，試驗結果見表3。表3 水泥水化熱試驗結果編 號水泥品種粉煤灰摻量（%）水化熱（J/g）1d3d7d142.5P.S0189249272210175228253320152201228452.5P.O0216271305520189252283630174230265三混凝土材料參數(shù)及數(shù)值模型混凝土材料參數(shù)考有關設計規(guī)范及工程試驗結果。計算中使用的絕熱溫升、彈性模量、徐變度分別為：3.1混凝土材料參數(shù)承臺混凝土標號為C40，塔座混凝土標號C50，混凝土物理、熱化能參數(shù)取值見表4。表4混凝土物理、熱性能參數(shù)混凝土等級最終彈模(Mpa)泊松比比重(kg/m3)比熱(J/g°C)線脹系數(shù)(10-6/C)導熱系數(shù)(kJ/m.d.C)C403.6X1040.16724001.06.91240C503.8X1040.16724001.07.162403.2混凝土數(shù)值模型3.2.1絕熱溫升絕熱溫升數(shù)值模型取雙曲線函數(shù)：Q(t)=Q°(1-e-&p) (3-1)式中：0。一最終絕熱溫升，a,p為絕熱溫升變化系數(shù)。00和a,p值分別為51.4、0.85、0.62(承臺)和52.2、0.8、0.65(塔座)。3.2.2彈性模量隨時間的增長曲線采用四參數(shù)雙指數(shù)形式，即E(t)=E+E(1-e-&p) (3-2)式中：E0為初始彈模，E1為最終彈模與初始彈模之差，a,p為與彈模增長速率有關的兩個參數(shù)。其值分別取0.72、0.65(承臺)和0.5、0.78(塔座)。3.2.3徐變度根據(jù)工程經(jīng)驗，取混凝土徐變度如下(單位:10-6/Mpa)：C(t,T)=C1(1+9.20t-0.45)(1-0".))+C(1+1.70t-0.45)(1-e-0.005(t,T0) (3—3)TOC\o"1-5"\h\z式中：C=0.23/E,C=0.52/E,E為最終彈模1 2 2 2 23.2.4放熱系數(shù)混凝土表面通過保溫層向周圍介質放熱的等效放熱系數(shù)可由下式計算：八 1 ，一、\o"CurrentDocument"廣(1/0)+￡〈h/人］〉1 1式中：ps為等效放熱系數(shù)，p為放熱系數(shù)，h1為保溫層厚度，入1為保溫材料導熱系數(shù)。四計算結果及分析承臺與塔座混凝土的溫度應力主要由底部老混凝土(封底混凝土和承臺混凝土）的約束和混凝土施工期的內外溫差引起。4.1承臺混凝土溫控計算（1） 網(wǎng)格剖封分、邊界條件及荷載承臺混凝土分兩層澆筑，每層混凝土高度為3m.取1/4混凝土進行溫度應力計算，網(wǎng)格剖分圖見圖1。施工措施為：混凝土開始施工時間為7月上旬，分兩層澆筑，澆筑厚度為3m、3m，施工間歇期為7—10天，計算時取澆筑溫度為28°C。每層混凝土布置四層冷卻水管，混凝土頂面采用麻袋（或土工布）覆蓋保溫。（2） 溫度場結果分析混凝土內部最高溫度為63.7C，2—3天后達到最高峰值，隨后逐漸下降，20—30天達到穩(wěn)定溫度?；炷恋臏囟确植汲尸F(xiàn)從內部向表面逐漸降低，內外溫差小于25C，混凝土溫度包絡圖見圖2、最大內表溫差包絡圖見圖3。（3） 應力場結果分析混凝土內部最大應力值見表5、應力包絡圖見圖4。表5混凝土內部最大主拉應力（Mpa）\\齡期層入應力^371428第一層混凝土0.580.491.31.49第二層混凝土0.720.470.440.58由計算結果可看出C40承臺混凝土的最大內部主拉應力在第一層混凝土四個表面的中心部位，3天為0.58Mpa，7天為0.49Mpa，14天為1.3Mpa，28天為1.49Mpa，遠遠低于混凝土的劈裂抗拉強度。因此，在施工期承臺混凝土不會出現(xiàn)溫度裂縫。4.2主1號塔座混凝土溫控計算（1）網(wǎng)格剖分、邊界條件及荷載塔座混凝土分兩次澆筑完成，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m。取1/4混凝土進行溫度應力計算，網(wǎng)絡剖分圖見圖5施工措施為：混凝土開始施工時間為7月底，計算時澆筑溫度取值為28°C?；炷凉膊贾盟膶永鋮s水管，混凝土頂面采用麻袋（或土工布）覆蓋保溫。（2） 溫度場結果分析混凝土內部最高溫度為62.2C,2-3天后達到最高峰值，隨后逐漸降低，20-30天達到穩(wěn)定溫度?；炷恋臏囟确植汲尸F(xiàn)從內部向表面逐漸降低，最高溫度在混凝土的中部?；炷翜囟劝j圖見6、最大內表溫差包絡圖見圖7。（3） 應力場結果分析混凝土內部最大應力值見表6，應力包絡圖見圖8。表6塔座混凝土最大主拉應力（Mpa）\\.齡期層卜應力"371428第一層混凝土0.411.051.781.92第二層混凝土0.490.630.951.24由計算結果個看出，C50塔座混凝土的最大內部主拉應力在塔座第一層混凝土與承臺混凝土的接觸部位，其中在第一層混凝土長方向中心處最大，3天為0.41Mpa，7天為1.05Mpa，14天為1.78Mpa，28天為1.92Mpa，遠遠低于混凝土的劈裂抗拉強度。因此，在施工期塔座混凝土不會出現(xiàn)溫度裂縫。4.3主2號塔座混凝土溫控計算（1） 網(wǎng)格剖分、邊界條件及荷載塔座混凝土分兩次澆筑完成，澆筑厚度分別為1.5m、1.5m。取1/4混凝土進行溫度應力計算。網(wǎng)格剖分圖見圖9。施工措施為：混凝土開始施工時間為7月底，計算時取澆筑溫度為28C。混凝土布置四層冷卻水管，混凝土頂面采用麻袋（或土工布）覆蓋保溫。（2） 溫度場結果分析混凝土內部最高溫度為61.6C，2-3天后達到最高峰值，隨后逐漸下降，20-30天達到穩(wěn)定溫度?；炷恋臏囟确植汲尸F(xiàn)從內部向表面逐漸降低，最高溫度在混凝土的中部?；炷翜囟劝j圖見圖10、最大內表溫差包絡圖見圖11。（3） 應力場結果分析混凝土內部最大應力值見表7，應力包絡圖見圖12。表7塔座混凝土最大主拉應力^期部應力371428第一層混凝土0.391.021.751.89第二層混凝土0.470.610.931.22由計算結果可看出，C50塔座混凝土內部的最大內部主拉應力在塔座第一層混凝土與承臺混凝土的接觸部位，其中在第一層混凝土長方向處最大，3天為0.39Mpa,7天1.02Mpa,14天為1.75Mpa,28天為1.89Mpa，遠遠低于混凝土的劈裂抗拉強度。因此，在施工期塔座混凝土不會出現(xiàn)裂縫。五溫控標準和溫控措施根據(jù)計算結果，在施工期內為保證承臺和塔座不出現(xiàn)有害溫度裂痕機，宜采取如下溫控標準：混凝土澆筑溫度控制混凝土澆筑入倉后，在上層混凝土覆蓋前，距混凝土表面10-15cm處的溫度為該層混凝土的澆筑溫度。承臺和塔座澆筑溫度不應高于30°C?；炷羶缺頊夭羁刂苹炷羶缺頊夭畈粦^25C混凝土內部最高溫度控制承臺內部最高溫度不應高于63.7C；塔座混凝土內部最高溫度不應超過62.2Co混凝土降溫速率不宜超過2.5C/do5.2溫控措施5.2.1混凝土原材料選擇及質量控制水泥：水泥應分批檢驗，質量應穩(wěn)定。如果存放期超過3可月應重新檢驗。粉煤灰：粉煤灰入場后應分批檢驗，質量應符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-91)的規(guī)定。（3） 細骨料：細度模數(shù)為2.71，砂含泥量不小于2%,其它指標應符合規(guī)范規(guī)定，砂入場后應分批檢驗。細骨料應盡量堆高，以降低混凝土出機溫度。（4） 粗骨料：石子級配必須優(yōu)良，來源應穩(wěn)定。石子必須分批檢驗，使用前應用水沖洗，其各項指標必須合格規(guī)范要求。粗骨料應盡量堆高，以降低混凝土出機溫度。（5） 外加劑：摻加性能優(yōu)良的緩凝型高效減水劑，外加劑在使用前盡量配成溶液，拌和均勻后方可使用，配制應有專人負責，做好配制記錄；若直接使用固體外加劑，則需提前分袋稱好。（6） 水：拌合用水應采用深層河水。5.2.2優(yōu)化混凝土配合比，降低水化熱溫升優(yōu)化混凝土配合比，盡量降低水泥用量，控制水化熱溫升，是大體積混凝土溫控重要環(huán)節(jié)。因此必須通過大量試驗，篩選減小率高，性能優(yōu)良的外加劑以最大限度的降低水泥用量，同時合理選擇配合比參數(shù)，使混凝土工作性能優(yōu)良，便于施工?；炷翍哂辛己玫恼尘坌?，不離水，不泌水。初始坍落度應控制在16-18cm，初凝時間應大于20h。5.2.3混凝土澆筑溫度的控制混凝土澆筑溫度最高不得超過28°C，否則應采取相應措施。在每次混凝土開盤前，試驗室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，計算其出機溫度，并估算澆筑溫度，詳細資料參考附1。當澆筑溫度超過控制標準時，必須采取以下措施：1） 混凝土盡量在夜間澆筑。2） 砂石盡量堆高并采取遮陽措施。3） 水泥入場溫度不應超過50C，否則應采取措施，如要求水泥廠家在水泥出廠前放置一段時間，或采取多次倒運的方法降低水泥使用溫度。4） 當氣溫高于倉溫度時，提高澆筑強度，盡量縮短混凝土運輸時間和暴曬時間。5） 混凝土泵管外用草袋遮陽，并經(jīng)常灑水降溫。6） 當氣溫超過32C時，采用加冰措施。5.2.4控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度各層混凝土澆筑間歇期應控制在7天左右，，最長不得超過10天。為降低老混凝土的約束，要做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。5.2.5埋設冷卻水管及要求5.2.5.1水管位置根據(jù)混凝土內部溫度分布特征，宜在每層混凝土中埋設冷卻水管，冷卻水管為①25mm的薄壁鋼管，其水平間距為0.9m，冷卻水管距混凝土表面不應大于1.0m，每根冷卻水管長度不宜超過200m，冷卻水管進出水口應集中布置，以利于統(tǒng)一管理。承臺冷卻水管布置見圖13,主1號塔座水管布置見圖14,主2號塔座水管布置見圖15。5.2.5.2冷卻水管使用及其控制（1） 冷卻水管使用應進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；（2） 混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，各層混凝土峰值過后立即停止通水，通水流量應到達30L/min，為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫速的回升，采取二次通水冷卻，通水時間根據(jù)測溫結果確定；（3） 應嚴格控制進出水溫度，在保證冷卻水管進水溫度與混凝土內部最高溫度之差不超過30°C條件下，盡量使進水溫度最低；（4） 待通水冷卻全部結束后，應采用同標號水泥漿或砂漿封堵冷卻水管；（5） 考慮現(xiàn)場實際情況，應在山上設置水箱（或水槽），供冷卻水循環(huán)使用，并且應在上面搭一遮陽篷。為保證冷卻水的初期降溫效果，項目部應提前成立專門班子，專門負責，優(yōu)化冷卻水管的管路布置，合理選擇水泵，若管路出現(xiàn)故障應及時排除，保證冷卻系統(tǒng)正常工作。施工時，操作人員聽從指揮，及時開啟和關閉閥門。5.2.6內表溫差控制為了防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，必須對混凝土進行內表溫差控制。做法如下：每層混凝土澆筑后，混凝土側面木模板外首先覆蓋一層土工布，再用保溫棚保溫，并適當延長拆模時間，拆模后及時覆蓋一層塑料薄模，再覆蓋兩層土工布保溫，且拆模時間應選擇一天中氣溫較高時段。每層混凝土頂面鑿毛后蓄約3cm厚水養(yǎng)護，最后一層混凝土頂面覆蓋土工布保溫。5.2.7養(yǎng)護養(yǎng)護對混凝土強度正常增長及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中必須重視混凝土的養(yǎng)護工作。各層混凝土表面首先應采取灑水（或蓄水）養(yǎng)護，然后覆蓋塑料薄模、麻袋、彩條布三層材料進行保濕和保溫養(yǎng)護，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。六混凝土溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測6.1溫度測試內容根據(jù)溫度計算結果，為做到信息化施工，真實反映各層混凝土的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時采取有效措施，應在混凝土中布設溫度測點。測點的布置按照重點突出、兼顧全局的原則，在滿足監(jiān)測要求的前提下，以盡量少的測點獲得所需的監(jiān)測資料。根據(jù)結構的對稱性和溫度變化的一般規(guī)律，在中心線對稱的一側布設測點，以一側的監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導另一測施工。共在承臺混凝土中布置36個溫度測點，在主1號和主2號塔座混凝土中布置24個溫度測點。測點布置在1/4范圍并沿水平方向布置，承臺、主1號塔座、主2號塔座測點布置分別見圖16、圖17、圖18。在檢測混凝土溫度變化的同時，還應監(jiān)測氣溫、冷卻水管進出口水溫、混凝土澆筑溫度等。6.2溫控監(jiān)測流程在混凝土澆筑前完成傳感器的選購及鋪設工作，并將展蔽信號線連接到測試棚，各項測試工作在混凝土澆筑后立即進行，連續(xù)不斷。溫控監(jiān)測流程見圖19。錨碇混凝土溫度監(jiān)測記錄見附表2。6.3監(jiān)測元件的埋設參照《混凝土大壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》(SDJ336-89),并根據(jù)橋梁大體積混凝土的特點加以改進，由具有埋設技術和經(jīng)驗的專業(yè)人員操作。為保護導線和測點不受混凝土掙搗的影響，用Z30X30X3mm角鋼及減震裝置進行保護。監(jiān)測元件埋設示意圖見20。6.4現(xiàn)場測試要求各項測試項目宜在混凝土澆筑后立即進行，連續(xù)不斷?；炷恋臏囟葴y試，峰值以前每2h監(jiān)測一次，峰值出現(xiàn)后每4h監(jiān)測一次，持續(xù)5天，然后裝入每天測2次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。6.5監(jiān)測所用儀器儀器選擇依據(jù)使用可靠和經(jīng)濟的原則，在滿足監(jiān)測要求的前提下，選擇操作方便、價格適意的儀器。溫度檢測儀采用JGY-10