拱座大體積混凝土施工技術(shù)交流()

南盤江大橋拱座大體積混凝土施工技術(shù)中鐵十八局集團(tuán)云桂鐵路項(xiàng)目部彌勒·2015.8如何防止大體積混凝土施工裂縫，一直是工程技術(shù)界關(guān)心和共同研究的重要課題；南盤江大橋拱座大體積混凝土施工，重點(diǎn)解決了混凝土入模溫度不大于30℃的難題；克服了拱座位于陡坡地形、場地狹小、結(jié)構(gòu)高差達(dá)26米的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題；引入遠(yuǎn)程無線自動(dòng)測溫技術(shù)，非常好地解決了施工期間大量溫控?cái)?shù)據(jù)的測量和對(duì)溫控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析評(píng)估工作；拱座施工成果：獲得實(shí)用新型專利2項(xiàng)，省部級(jí)工法2項(xiàng)，優(yōu)秀論文2篇，下面按工藝先后順序，對(duì)本工程中所采取的技術(shù)措施一一向大家匯報(bào)，主要內(nèi)容有：主要內(nèi)容技術(shù)交流材料

四、液化氮降溫技術(shù)五、砼運(yùn)輸、澆注措施

八、無線測溫技術(shù)

一、工程概況六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用七、邁達(dá)斯軟件仿真模擬

九、實(shí)施效果三、原材料及配合比優(yōu)化二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化中鐵十八局集團(tuán)有限公司2023/4/19102m102m416m南盤江特大橋位于云南省紅河州與文山州交界的南盤江上，橋梁全長852.43m。主橋采用單跨416m上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱橋。南寧2×852.43m43.7m3-42m8-39.5m2-60.9m60.9-104-60.9m昆明5#墩6#墩一、工程概況

南盤江大橋橋址處于高山峽谷地區(qū)，地形陡峻，坡面植被茂密、灌木叢生。拱座處地質(zhì)為灰?guī)r及泥灰?guī)r，基巖節(jié)理較為發(fā)育，發(fā)育呈現(xiàn)兩個(gè)不同方向，上部覆粉質(zhì)粘土覆蓋層；年平均氣溫17.1℃。一、工程概況拱座工程概況

拱座形式:

5號(hào)拱座設(shè)計(jì)為臺(tái)階基礎(chǔ)，平面尺寸為48×32m,高度為24m，拱座底部呈臺(tái)階狀，拱座分為C30底層混凝土和C40核心受力混凝土兩部分，共分19次澆注，澆注混凝土數(shù)量為3.2萬方。一、工程概況拱座工程概況

6號(hào)拱座設(shè)計(jì)為臺(tái)階基礎(chǔ)，平面尺寸為48×26m,高度為24m，6號(hào)拱座在上游側(cè)因地形地質(zhì)原因設(shè)置5m深5×5m混凝土加強(qiáng)塊，基礎(chǔ)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，拱座與5號(hào)拱座同樣分為C30底層混凝土和C40核心受力混凝土兩部分，共分20次澆注（混凝土加強(qiáng)塊一次），澆注混凝土方量為2.6萬方。一、工程概況拱座工程概況8拱座混凝土分次澆注其中C30部分分左右幅澆注，共14次，C40部分5次，每個(gè)拱座19次澆注工程難點(diǎn)：1、南盤江大橋拱座施工周期長達(dá)6個(gè)月，難以避免在夏季高溫季度施工大體積混凝土，要滿足施工規(guī)范規(guī)定混凝土入模溫度不大于30℃要求，難度大。2、拱座位于陡坡地形處，場地狹小，無法布置大容量冷卻水水池。拱座結(jié)構(gòu)規(guī)模大，高度達(dá)24m，冷卻水水位高差大，冷卻系統(tǒng)要同時(shí)對(duì)四次澆注（上下層入左右幅）的混凝土進(jìn)行降溫，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。一、工程概況工程難點(diǎn)：3、兩個(gè)拱座共分39次澆注，施工工期長達(dá)6個(gè)月，測溫?cái)?shù)據(jù)工作量巨大。傳統(tǒng)的人工測溫難以滿足要求。4、拱座混凝土施工溫控防裂措施和環(huán)節(jié)有多種，如何對(duì)這些溫控措施在施工前進(jìn)行綜合評(píng)估，并將可能采用的方法及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化優(yōu)選，十分必要。一、工程概況針對(duì)工程難點(diǎn)的應(yīng)對(duì)措施（技術(shù)創(chuàng)新）1、采用液化氮降溫技術(shù)對(duì)拌合站進(jìn)行改裝，保證混凝土入模溫度小于30℃；2、設(shè)計(jì)大流量、小容量、自動(dòng)控制的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場場地狹小狀況；3、引入遠(yuǎn)程無線自動(dòng)測溫技術(shù)，將測溫主機(jī)設(shè)在項(xiàng)目分部，及時(shí)對(duì)大體積混凝土進(jìn)行自動(dòng)測溫，技術(shù)人員可隨時(shí)進(jìn)行溫控評(píng)估；4、應(yīng)用邁達(dá)斯軟件對(duì)所采用溫控措施進(jìn)行模擬評(píng)估、優(yōu)化。一、工程概況二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化拱座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以分成與交界墩及拱圈相接的核心受力部分，C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，和與地基相接部分的相對(duì)低配筋率和低強(qiáng)度的C30混凝土部分。在收到設(shè)計(jì)院拱座結(jié)構(gòu)咨詢圖后，我們按照混凝土防裂通常采用的加強(qiáng)約束防裂與通過釋放約束防裂原則對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化。二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化1、釋放約束防裂優(yōu)化根據(jù)拱座C30與C40不同混凝土部分受力狀況的不同，C30起著將C40混凝土的整體受力與地基相傳遞的作用，考慮到此部分結(jié)構(gòu)橫橋向長48米，鋼筋配筋率為10.33kg/m3，鋼筋數(shù)量難以約束混凝土收縮應(yīng)力，為防止拱座砼橫橋向收縮開裂，提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)中部設(shè)置斷逢，起到釋放混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力，有效防止混凝土不規(guī)則裂縫。建議設(shè)計(jì)取消拱座核心受力C40混凝土部分與下部C30混凝土部分接碴鋼筋，有利于C40混凝土整體相對(duì)自由收縮變形。二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化拱座c30砼部分鋼板斷縫設(shè)計(jì)情況示意圖二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化拱座c30砼部分鋼板斷縫現(xiàn)場施工圖片二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化拱座c40第一層砼與下層沒有接楂鋼筋二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化2、加強(qiáng)約束防裂優(yōu)化拱座C40混凝土部分長邊達(dá)到40米，為防止后期混凝土收縮及混凝土因徐變?cè)陂L邊方向產(chǎn)生的變形，防止混凝土后期裂縫。建議設(shè)計(jì)院在沿拱座最長邊設(shè)置橫橋向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力在拱座混凝土澆注完成后集中張拉，設(shè)計(jì)院同意在拱座設(shè)置143束300T的橫向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力張拉后能引起拱座C40混凝土部分1.8mm的收縮變形，可以有效防止混凝土后期裂縫的產(chǎn)生。二、拱座防裂結(jié)構(gòu)優(yōu)化拱座C40砼部分橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)置圖三、原材料及混凝土配合比優(yōu)化水泥：通過多廠家比選，采用云南省壯山實(shí)業(yè)股份有限公司P.O42.5水泥。主要比選指標(biāo)有：水泥的水化熱、水泥的比表面積。水泥的比表面積越大，水泥與水的水化反應(yīng)速度就越快，導(dǎo)致水化放熱快、使溫控困難，混凝土收縮增大，裂縫危險(xiǎn)性增大。粗骨料：采用反擊破工藝生產(chǎn)的碎石，顆粒形狀好，配合比采用三級(jí)配組合。三、原材料及混凝土配合比優(yōu)化細(xì)骨料：細(xì)度模數(shù)為2.9，粒徑在0.315以下的所占的比例為17%。配合比：采用雙摻技術(shù)，即在混凝土中摻入粉煤灰和聚羧酸高效減水劑。摻入粉煤灰可以降低水泥用量，減少水化熱，還能改善混凝土的粘塑性和保水性，同時(shí)改善泌水性和離析現(xiàn)象，并提高混凝土抗?jié)B能力和混凝土的后期強(qiáng)度。三、原材料及混凝土配合比優(yōu)化高效減水劑，能顯著改善新拌混凝土的工作性能；提高混凝土拌合物的流動(dòng)性；減少水泥用量；保持不泌水、不離析、不分層；提高混凝土的勻質(zhì)性、可泵性；調(diào)節(jié)混凝土初、終凝時(shí)間。減少膠凝材料用量尤其是水泥用量，相應(yīng)降低混凝土水化熱。聚羧酸獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：低摻量、高減水率，強(qiáng)分散性，與不同的水泥具有相對(duì)較好的適應(yīng)性，低坍落度損失，更好地解決混凝土的引氣、緩凝、泌水等問題，混凝土后期強(qiáng)度較高等?，F(xiàn)在有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，有機(jī)高效減水劑在混凝土硬化過程中形成高分子鏈，有提高混凝土強(qiáng)度的功效（6）確定配合比如下:強(qiáng)度等級(jí)C30混凝土配合比（水膠比0.46）

水泥粉煤灰細(xì)骨料粗骨料減水劑水25911183510214.071701.000.433.223.940.0160.66強(qiáng)度等級(jí)C40混凝土配合比（水膠比0.41）水泥粉煤灰細(xì)骨料粗骨料減水劑水2901258159964.571701.000.432.813.430.0160.66四、液化氮降溫技術(shù)南盤江大橋地處南亞熱帶或中亞熱帶氣候，夏季氣溫高達(dá)35℃以上，加之高原日照強(qiáng)烈，混凝土入模溫度難以保證在30℃以內(nèi)；為此技術(shù)人員經(jīng)過反得研究，在對(duì)比了冰塊降低拌合用水，和液化氮對(duì)骨料進(jìn)行降溫的試驗(yàn)后；為保證混凝土入模溫度控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。技術(shù)人員研究決定采用液化氮對(duì)拌合站進(jìn)行改裝。四、液化氮降溫技術(shù)在拌合機(jī)攪拌罐內(nèi)安裝液化氮供應(yīng)管道，在管道上安裝噴頭，將液化氮供應(yīng)管道與現(xiàn)場的小型液氮供氣站相連，在混凝土拌合過程中利用液化氮供氣站連續(xù)向拌合機(jī)攪拌罐內(nèi)注入低溫氮?dú)猓玫蜏氐獨(dú)鈱?duì)攪拌過程中的混凝土進(jìn)行降溫，根據(jù)降溫幅度需要，可以通過調(diào)節(jié)液化氮的供氣量來調(diào)節(jié)混凝土的出倉溫度?，F(xiàn)場液化氮供氣站液化氮改裝混凝土拌和站原理圖四、液化氮降溫技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場兩臺(tái)攪拌機(jī)的混凝土生產(chǎn)能力每小時(shí)能生產(chǎn)70m3/h，白天7.5小時(shí)混凝土的生產(chǎn)量為525m3，折算一臺(tái)YDZ-1000（即1m3）自增壓液氮?dú)夤蘅梢詫滋焐a(chǎn)的525m3混凝土降低混凝土溫度為5.2℃可以滿足夏季白天氣溫高和日照強(qiáng)烈條件下將混凝土出倉溫度降至30℃以內(nèi)的要求。根據(jù)南盤江特大橋拱座混凝土施工的實(shí)際情況，經(jīng)過反復(fù)比選，最終確定選擇2臺(tái)YDZ-1000自增壓液氮?dú)夤藿M成供氣站，一臺(tái)施用，一臺(tái)用于運(yùn)輸、充氣備用。四、液化氮降溫技術(shù)有資料報(bào)道美國陸軍工程師團(tuán)曾于上世紀(jì)40年代發(fā)展了預(yù)冷骨料的大體積混凝土施工方法，提出了混凝土出機(jī)溫度應(yīng)控制在10℃以內(nèi)時(shí)，可有效防止了大體積混凝土裂縫的發(fā)生。據(jù)了解，一套每天生產(chǎn)能力為5m3的液化氮設(shè)備價(jià)格約在180萬元左右，如水利工程等其他累計(jì)更大體量大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，建議使用配套液化氮生產(chǎn)設(shè)備，可以進(jìn)一步考慮應(yīng)用液化氮對(duì)水泥、混凝土骨料及拌合用水進(jìn)行預(yù)降溫，可以縮短因降溫所需的拌合時(shí)間，完全可以滿足混凝土出機(jī)溫度控制在10℃以內(nèi)的要求。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施在混凝土運(yùn)輸罐體外側(cè)加裝棉氈，在拌合站及混凝土澆注場地，不斷對(duì)棉氈進(jìn)行澆水，防止陽光直射引起罐體升溫而至致期中混凝土升溫。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施在擬澆注混凝土現(xiàn)場上方搭設(shè)防雨遮陽棚，既可以防止雨天雨水流入混凝土，影響混凝土質(zhì)量，又可以防止強(qiáng)烈的陽光照射引起混凝土升溫和混凝土性能。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施二次振搗混凝土在澆注振搗后至初凝之前的靜停過程中，粗細(xì)顆粒上下分布不均勻,形成混凝土的外分層；隨著外分層的發(fā)展，粗內(nèi)料周圍區(qū)域密實(shí)度發(fā)展不均勻，形成上部區(qū)域密實(shí)度最大，側(cè)面區(qū)域中等，下部區(qū)域密實(shí)度最?。ǔ渌畢^(qū)）的內(nèi)分層，內(nèi)外分層的作用結(jié)果是在粗骨料下部形成充水區(qū)，充水區(qū)中含有一部分氣體，隨著時(shí)間增長水分蒸發(fā)，就會(huì)形成空穴，會(huì)嚴(yán)重降低混凝土的強(qiáng)度。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施間隔一定時(shí)間進(jìn)行的二次振搗，將由于內(nèi)分層被封閉在粗骨料下部的水囊內(nèi)的水和氣泡釋放出來，使得這個(gè)充水區(qū)重新被水泥漿體所填塞，加之二次振搗后混凝土?xí)芸炷Y(jié)，形成的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到一種比較理想的狀態(tài)?？梢栽龃蠡炷恋拿軐?shí)度和均勻性和強(qiáng)度。二次振搗間隔時(shí)間由試驗(yàn)人員配合現(xiàn)場簡易測試為主，一般應(yīng)按初凝時(shí)間稍有提前為宜，以保證混凝土不致于在初凝后再進(jìn)行二次振搗而受到干擾。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施二次收面一次提漿后，如再次提漿會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部造成擾動(dòng)，嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度；為了保證混凝土工作性，混凝土必須具備一定的流動(dòng)性，這樣混凝土內(nèi)的水分要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出混凝土硬化所需水分，提漿后混凝土表面水分較多，第一收面是為了將混凝土表面整平或達(dá)到結(jié)構(gòu)要求的形狀，第二次收面基本是在初凝時(shí)，主要是保證混凝土表面光潔及防止在表面水分蒸發(fā)后防止混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施塑料薄膜及時(shí)覆蓋塑料薄膜密封，既可有效阻止水泥漿體水分繼續(xù)蒸發(fā)，又可減少水泥石內(nèi)部與外部的溫差。需要注意的是，薄膜材料的周邊及材料接頭重疊處須用砂等能密封的重物壓實(shí)，薄膜材料接頭須有不小于5厘米的重疊量，在覆蓋后的檢查中，薄膜內(nèi)表面應(yīng)能看到附著有飽和水珠，否則應(yīng)對(duì)薄膜的周邊、接頭及薄膜是否破損進(jìn)行檢查。五、混凝土運(yùn)輸、澆注措施在混凝土表面采取保溫措施，控制混凝土內(nèi)外溫差及表面與環(huán)境溫差，避免出現(xiàn)深層裂縫和表面裂縫?；炷帘砀采w草簾和薄膜六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)與應(yīng)用由于拱座位于陡坡地形處，無法布置大容量水池，拱座結(jié)構(gòu)體量大，分次澆注次數(shù)多，每個(gè)拱座最大需要同時(shí)對(duì)四塊先后澆注的混凝土進(jìn)行降溫，按暖通專業(yè)計(jì)算，要求冷卻水流量不能小于32方。且冷卻系統(tǒng)要能夠適應(yīng)拱座結(jié)構(gòu)達(dá)26m高差的使用。六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)與應(yīng)用為此我們?cè)诖篌w積混凝土結(jié)構(gòu)上方設(shè)置高位水池，在混凝土構(gòu)件附近設(shè)置低位水池，利用高、低位水池的壓力差，將冷卻水壓入混凝土構(gòu)件內(nèi)的冷卻水管，采用管道離心泵，將冷卻水從低位水池壓入高位水池，管道離心泵采用水位感應(yīng)自動(dòng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了小容量小池，大流量的循環(huán)；通過閥門調(diào)節(jié)循環(huán)水量與水泵額定流量相等，即可實(shí)現(xiàn)冷卻水自動(dòng)循環(huán)。有效克服了人工值守循環(huán)系統(tǒng)的不可靠性。六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)與應(yīng)用六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)與應(yīng)用大體積混凝土分層施工，每層結(jié)構(gòu)不一，澆注上層混凝土?xí)r，下層混凝土仍需進(jìn)行冷卻水散熱，在C30混凝土澆注過程中，通常需要對(duì)4塊混凝土進(jìn)行降溫，混凝土構(gòu)件散熱系統(tǒng)在施工過程中不斷變化，相應(yīng)的管道阻力也在變化；考慮到水泵運(yùn)行需要在一人額定的工作狀態(tài)下進(jìn)行，在系統(tǒng)中將水泵設(shè)置成由低位水池向高位水池供水的形式，保證循環(huán)水泵在一個(gè)穩(wěn)定的工作條件下運(yùn)行，有利于保證循環(huán)水泵長時(shí)間有效運(yùn)行。六、冷卻水自動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)與應(yīng)用測溫顯示，高、低位水池水溫差在1℃左右，主要原因?yàn)樗h(huán)太快，熱量難以在短時(shí)間內(nèi)散發(fā)，對(duì)應(yīng)的措施。七、邁達(dá)斯模擬分析采用midas軟件對(duì)混凝土施工過程和環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，根據(jù)仿真結(jié)果制定合理的施工方案，主要仿真模擬優(yōu)化的方面有：混凝土分次澆注厚度，模擬發(fā)現(xiàn)初次澆注時(shí)，由于沒有下層混凝土的熱效應(yīng)影響，混凝土芯部溫度較低，遂將首次澆注厚度定為4m，其他分次澆注厚度不宜大于3m，結(jié)合拱座結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分次厚度的確定。分次澆注的間隔時(shí)間，分次澆注的時(shí)間間隔對(duì)比了5天、7天、9天，發(fā)現(xiàn)間隔7天與間隔9天對(duì)混凝土溫升影響不大，決定混凝土上、下分次澆注時(shí)間不小于7天。七、邁達(dá)斯模擬分析模擬冷卻管的布置方案，冷卻水管直徑的確定，對(duì)比模擬了冷卻管間距在80×100cm、100×120cm、100×100cm，從最終形成的降溫圖形看，100×100cm的效果較好，又便于施工控制。冷卻水管直徑對(duì)比了?25、?32、?48等三種直徑，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)最終選定?32鋼管作為冷卻水管。冷卻水流量對(duì)冷卻效果的影響；對(duì)比冷卻水管內(nèi)水流量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水管中水流量低于2倍紊流流量時(shí)，冷卻水帶走熱量的效果較差，為保證降溫效果，選取每根鋼管流量不小于1.5m3/h計(jì)算，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按20根冷卻管同時(shí)工作設(shè)計(jì)，即循環(huán)水量不小于30m3/h配置。七、邁達(dá)斯模擬分析總體而言，由于水泥的絕熱溫升和邊界條件、氣溫、濕度等難以精確確定，所以邁達(dá)斯對(duì)施工進(jìn)行定量分析結(jié)果不是很準(zhǔn)確，但可以用來作為方案中各種參數(shù)的優(yōu)化的定性分析，進(jìn)行方案優(yōu)化是一種很好的選擇。七、邁達(dá)斯模擬分析八、無線測溫大體積混凝土施工，溫度測量工作是進(jìn)行溫控的基礎(chǔ)工作，也是對(duì)方案中制作的各項(xiàng)溫控方案效果評(píng)判的依據(jù)，所以溫度測量工作十分重要；南盤江拱座共分39次澆注，測溫點(diǎn)按三維坐標(biāo)中心軸半軸布設(shè)，每個(gè)澆注塊測點(diǎn)基本為15