桥墩承台大体积混凝土施工期温度控制与监测.pdf

第 3 2卷第 4期 2 0 1 1 年 8月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 ． 3 2 NO ． 4 Au g．201 1 文章编号 ： 1 0 0 2—5 6 3 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4— 0 0 5 6— 0 5 桥 墩承 台大体 积混凝土施工期温度控 制与监测 李友好 ，何 大治 ( 1 ． 河南投资集 团有 限公 司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 8 ； 2 ． 华北水利水 电学院， 河 南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 由于 内外 温差 过大而引起温度 裂缝 ， 是大体 积混凝 土施 工过程 不可 避免 的问题． 采用水 管冷 却方 法 可有效控 制大体积混凝土 内核温度 ， 防止裂缝产生 ． 并将该方 法应用 于某 刚架 桥桥墩 承台大体 积混凝土 的施 工 中， 通过对监测结果 的分 析 ， 验证 了水管 冷却 方法的有效性． 关键词 ： 大体积混凝 土 ； 温度裂缝 ； 水管冷却 ； 桥 墩承台 ； 施 工监 测 大体 积混 凝 土在 浇筑 完毕 后 的一段 时 间 内会 释 放 大 量 的水化 热 ， 从 而 导 致 混 凝 土 内部 温 度 急剧 升 高， 造成混凝土内、 外存在 温度差异 ， 内外 温差会直 接导致混凝土的主拉应力大于强度发展过程中的容 许抗拉强度 ， 在混凝土外表出现裂缝 ． 为降低大 体积混凝土的水化热 ， 通常会采取在混凝土中埋置 冷却水管 的方式进行 降温 。 ． 但是在采取该 降温 措施的情形下， 后期 的核心混凝土的温度有 可能下 降太快 ， 这种不适合 的温度下降也会 导致内部混凝 土受拉开裂． 因此 ， 混凝土浇筑完毕后在通冷却水的 过程 中 ， 有必 要对 内外 侧 的分 层 混 凝 土 的 温 度进 行 监测 ， 以控制混凝土温度处于合理 的范围， 防止裂缝 产生 ． 1 工程概况 某大桥横跨一条主槽 宽约 1 6 0 m 的河流 ， 河道 顺直 ， 水 位 随季 节变 化 ， 雨季 较大 ， 旱 季较 小 ． 大桥上 部结 构 采用 ( 53 0 m)+( 9 0 m +1 7 0 m+9 0 m)+ ( 3 3 0 I n ) 预应 力混 凝 土组 合 箱 梁及 预 应 力 混凝 土 刚构 箱 梁 ， 小 箱 梁梁 部先 简支 后结 构 连续 ． 主桥 下部 构造 采 用双 薄壁 墩 ， 连接 墩 为空 心墩 。 引桥 桥 墩为 柱 式墩 ， 桥 墩 均 配 桩 基 础 ， 桥 台 为 u 台 ， 扩 大 基 础 ． 桥 梁全 长 5 9 6 I n， 分左 右双 线 ， 由于双 线 桥墩 及 承 台结 构相 同 ， 这里 只 对左 线承 台进 行分 析 ， 承 台编 号 中不 再说 明路 线 ． 该桥 的 6 ， 7 承 台设计 尺 寸为 1 6 m 1 5 I n 4 i n ( 长 宽 高 ) ， 承 台混凝 土的直 接 用量 接 近 9 6 0 m ． 对于该承台的混凝土浇筑， 即便是采用水化热较低的 矿渣硅酸盐水泥， 浇筑完毕后核心混凝土在养护期间 由于水化热的影响， 内部的温度将长期处于高热状态， 混凝土 内外温差将 会导致 产生混凝土 内部和表面 的裂 缝． 因此 ， 必须通过各种措施 实施 内部降温 ， 但降温 的速 度 也不 可太 快 ， 以防 止 内部混 凝土 开裂 ． 按 照现 场的施工效率 ， 混凝土的浇筑方量若按 2 5 m’ ／ h计 算 ， 大 约需要 4 0 h可浇 筑完 毕． 2 施工期温度监控方 案 1 ／ 4承 台 的立 面 和 平 面 图分 别 如 图 1 ， 2所 示 ． 在立面 图 中， 自底 面 沿高 度方 向分别 在 9 0， 2 0 0， 3 0 0 ， 3 6 0 c m 高度处划分了 4个层面 ， 每个层 面上布 置温控测点 ， 4个层面共 1 4个测点 ， 考虑 到冷却管 的进出水 口也使用温度传感器测量， 累计所需 2 0只 温 度传 感器 ， 如 图 3和 图 4所示 ． 各 层测 点布 置 的基 本 原则 ： 以中心 点 和边线 角点 连线 为基 准 ， 在 1 ／ 4区 间 内最 大 范 围布置 测 点 ． 所 有 传 感 器 通 过 无 线数 据 采 集 系统 自动采 集 ， 间 隔采集 时 间人 工调节 ， 按 需拟 定 ， 基本按 1 h采集 1次计算． 图 4中 s 1和 s 2为应 力传感器 ， 用以监测混凝土应力变化． 收 稿 日期 ： 2 0 1 1—0 4—0 7 作者简 介 ： 李友好 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 河南新郑人 ， 高级工程师 ， 博士 ， 主要从 事道路规划设计 理论 、 高速公路 建设管理 及运营 、 道路 安全 与环境 工程 等方面的研究 ． 第 3 2卷第 4期 李友好 ， 等 ： 桥墩承 台大体积混凝 土施 工期 温度控制与监测 线路走 向 ／L] ＼ 广 —— _ J 线路走向 ／L—] ＼ —— 鲴 1 1 ／ 4承台的平面圈中漫控测点布置这域 角 图 2 1 ／ 4承 台的立面 圈各层 湿控测 点布置 图 3 6 ’ 墩 1 ／ 4承台的平面 圈中温控测点布置 ( 各层 ) 圈 4 7 墩 1 ／ 4承 台的平面图中湿控测点布置 ( 各层 } 3 监测过程及结果 分析 图 5 —8分 别 为 7 墩 承 台 的 4个 测 试 层 蕊 温 度 5 7 测试值 ， 图 9为 6 墩 承台 4个测试层面温度 的测试 值 曲线． 圈 5 7 ‘ 墩承 台第 l层温控测点的温度 曲线 j 一 一 0 — 0 甘 L ● [ ： ： ： ： ： ： ： ： 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 4 9 { 2 7 9 一 {l 7 2 i i 一 8 O e f ‘ 一 ) 《 中』 恚 9 ( l 角点 l 6 O O f 簋 鼙 ／’ 一‘ ‘ ⋯一⋯一_ }—— _ r f 。 ∞ 18∞ ∞ ∞ 粥嚣 嬲 强 、 越赡 o ( ) ：篓 口 “ ， 8 1 0 N 0 o ： _l “ ， 8 _l 是 0 o ： ： 口 ∞ ， ol 0 N 盒夏 _【 H ／ 8 ， o1 0 0 o = 0 _l ／ 8 _l 寒 0 o ：誉 ， 8 ， o 1 0 z 8 善 9 z 1 0 0 ( ) ： 0 、 ∞ 奢H 寒 8 一 誉 ， 8 ， 0 l 8 一 o (一 誉 _【 0 0 o =≈ 跫 ， 8 _ o z 8 螽” _ o z 夏 ” 喜1 0 N 0 o ： 9 l” ∞ ，0_【 0 z 0 o = ： ， 8 o z 0 0 = 釜 ， 8 1 0 N 0 o ： 0 _【 ， 8 ，01 0 N 磊 0 ， 8 _【 是～ 星 鼍 喜_【 一 8 ～ g 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2 ： o 0左 右 浇 筑到位． 浇筑过程 中水化热迅速上 升， 截至 8月 2 6 日下午 2 ： 0 0左右 ， 有 的测 点温 度最 高达 到 6 0 c I = ， 这 ： 窨∞ 如 ∞ ∞ 加 髓赠 0 ( 磊 _【 N ， 8 ， 0 _【 0 0 0 ： 口 N ， 8 ， 0 _l 0 N 0 ( _【 乙 ， ∞ ， 0 _1 0 0 ( ) ： 0 乙 ， ∞ ， 0 _【 0 0 o ： 0 ， 0 _【 0 N 0 o ： n 0 ， 8 ， 0 _【 0 0 0 0 ， 8 ， 0 — 0 0 ( N ， 8 ， 0 _【 0 N o ( 【 n N 、 8 ／ o l 0 N 8 一n 、 ∞ ， 0 0 N 0 () ： n ， 8 『 0 0 0 ( )： 0 N ， 8 ， o 【 0 0 0 = 0 n 蓉【 0 0 0 = n 0 ， 8 _【 0 0 ( )： 0 0 N ， 8 ， 0 _【 岛 0 ( = ∞ ， 0 _1 0 8_8 l ， 8 ， 0 1 0 N作 0 o ： N ／ 8 ， 0 _l 0 N集 8苎 葛， 8 ， 0 I 。 采 0 () = 0寸 、 ∞ ， 0 _1 0 0 o ： 0寸 ， 8 ， 0 _【 0 0 ( 0 t ， ， 8 ， 0 _I 8 ～ 8 葛 ， 8 ， o 1 0 N 0 c 三 乙 ， D l 0 6 0 a 磊_【 c z ， 8 ， 0 0 N 图 0 o = ￡ z ， 8 _【 0 0 ( ) ： n ， 8 _【 0 0 ( ) ： ∞ 0 n N 、 8 ， o l 0 N 0 ( ) ： 0 ， 8 ， 0 _1 0 盒 0￡ z ， 8 ， 0_【 0 0 ( ) = 0 ( 一 ， 8 ， 0 _【 0 0 o = ， 8 至 岛 o ( _【N ， 8 ， 0 _l 0 N p、 越赠 第 3 2卷第 4期 李友好 ， 等 ： 桥墩 承台大体积 混凝 土施 工翅 温度控制与监涮 釜 堡 #====== 第 3 屡 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ‘俺 第2 层 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯_ 1 至 塑堡 ： 二 二：二 二二 二： 二 。 ． 塑． ．2 1 ． 1— 3 1 1． ． 1 7 墩承台第 4层温控测点的湿度 曲线 图 9 6 ． 墩承台水化热测点温度变亿 曲线 一 过程 历 时约 3 6 h 。 第 4层是 2 0 1 0年 8月 2 5日凌晨 7： O O左右浇 筑 到位 ． 因该 层 在最 上 层 ， 受 空 气 流 动 的影 响 ， 截 至 8月 2 6 E l 下午 2 ： O O左 右， 该层测点温度最高达 到 5 2℃ ， 这一 过程历 时 约 3 l h ， 总体来 看 ， 放在 承 台 混凝 土 表 面 的测 点 受 空气 流动影响较大， 最高温度有所降低． 埋置于承台中间 的测点水 化 热引起 的 温度上 升较 快． 从各层 的温度测试 盐线进行评测 ： 温度上升 的 梯 度处 于 0 。 4 0～ 0 ． 5 I~ C ／ h水 平 。 同一 层 内外 测 点 59 的 温差处 于 l 4～2 0℃ 的范 围内． 由图 9可 知 ， 6 墩 承 台水 化 热 测 点 的温 度 曲 线 具有 如下 的 变 化规 律 ： 从 2 0 1 0年 9月 2 3 日下 午 开 盘 ， 浇筑完 毕后 历 经 7 O h ， 受 混凝 土 水 化 热 影 响 ， 其 中最大的温度测值为 5 4℃左右 ， 历时 7 0 h ， 温升速 率 为 0 。 4 7℃／ h ． 自此 ， 再 经历 约 9 3 h ， 测 点 的温度 整 体呈下降趋势 ， 温度曲线 自此稳定 ， 线性降低， 降低 的速率很低， 为 0 ． 5 o C ／ d ． 与空气接触 ， 在外边缘的 混凝 土测 点温 度受 空气影 响昼 夜摆 动 ， 异常 明显 。 同 一 层 内外测 点 的温差 处 于 2 O℃ 以下 ． 衡 ∞ 粥 ∞ 粥 ∞ 坶 o p＼ 逐 0 ( 磊 _【 、 ∞ ／ o _【 0 N 0 ( 蠢 【 ， 8 _【 o z g _【 0 — ) 0 一 0 ， 8 ， 0 _【 0 0 0 =9 0 ∞ 至 o z 交夏 0 “ ， 8 ／ 0 1 0 N ^ ) 0 —0 0 ／ 8 ， 0 1 0 N 客 ， 8 言n — ) o ． 8 _【 ， 吕 ， 0 l 0 N — 誊 n _I n N ， 8 ， 0 1 0 N 磊 _【 ， 8 H 0 N 0 o 一 6 0 ∞ 至 0 z ^ 荟 0 ， 8 ， 0 1 0 N 0 ( 夏 0 n ／ 8 【 0 N ^ 荟 0 0 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9 ． [ 2 ]刘秉京 ． 混 凝 土 技术 [ M] ． 2版 ． 北 京 ： 人 民交 通 出 版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ]侯景鹏 ， 熊 杰 ， 袁 勇． 大体 积混 凝土 温度 控制 与 现场 监 测 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 5 6— 5 8 ． [ 4 ]卢哲安 ， 陈猛 ， 任 志刚 ． 桥 墩 承台大 体积 混凝 土 的温 度 控制 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 9 7— 9 9 ． [ 5 ]刘沐宇 ， 徐黎明 ， 汪峰 ， 等 ． 广州 黄埔 大桥承 台大体 积混 凝土温 度 控 制 与 监 测 分 析 [ J ] ． 华 中 科技 大 学 学 报 ， 2 0 0 8 ( 3 )： 1 2—1 6 ． Te m p e r a t ur e Co nt r o l an d M o n i t o r i ng o f Br i dg e Pi e r Bul ky Co n c r e t e Con s t r uc t i o n o f Br i dg e Pi e r Ca p LI Yo u ． ha o ，HE Da ． z hi ( 1 ． H e n a n I n v e s t m e n t G r o u p C o ．L t d ． ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 8 ， C h i n a ； 2 ． No a h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1，C h i n a ) Abs t r ac t：The r ma l c r a c k s a r e u s u a l l y c a us e d b y e x c e s s i v e i ns i de a nd o u t s i de t e mp e r a t u r e di f f e r e n e e i n c o n c r e t e ．Th i s i s a n un a v o i da bl e p r o b l e m i n p r o c e s s o f mas s c o nc r e t e c o ns t r u c t i o n．W a t e r p i pe c o o l i n g i s a n e f f e c t i v e me t h o d t o c o n t r o l t he c o r e t e mp e r a t ur e o f c o n c r e t e a n d a v o i d t he r ma l c r a c k．Thi s me t h od i s a pp l i e d i n c o nc r e t e c o n s t r uc t i o n o f br i dg e pi e r c a p，a n d t h e c o n c r e t e t e mpe r a t u r e o f p i e r c a p i s c o n t r o l l e d i n a r e a s o n a bl e l i mi t ．Th e mo n i t o r i ng r e s u l t s s ho w t ha t wa t e r pi pe r c o o l i n g me t ho d i s e f f e c t i v e ． Ke y wo r ds：ma s s c o nc r e t e；t h e r ma l c r a c k；wa t e r pi pe c o o l i ng；pi e r c a p；c o n s t r u c t i o n mo n i t o r i ng ( 责任编辑 ： 陈海涛 )