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东一环下部结构冬期专项施工方案最终版

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2020年6月23日
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沈阳市东一环快速路工程第二标段

下部结构冬期施工方案

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目 录
1编制依据 1
2工程概况 1
3冬季施工安排 2
3.1施工原因 2
3.2施工数量 2
3.3施工安排 2
4冬季施工方案 3
4.1土方工程( 承台周围回填) 3
4.2钻孔桩基础工程 3
4.3承台施工 4
4.4桥墩施工 10
5冬季施工工点及主要冬季施工方法 16
5.1工点概况 16
5.2主要冬季施工方法 17
5.3热工计算 17
6冬季施工组织机构设置及资源配置投入 28
6.1成立冬季施工领导小组 28
6.2冬季施工材料投入 29
6.3测量设备投入 29
6.4施工机械投入 30
7冬季施工安全保证措施 31
7.1施工现场安全措施 31
7.2冬季施工用电安全措施 31
7.3冬季施工防火措施 31
7.4 冬季施工防高处坠落措施 32
7.5 冬季施工防冻、 防滑措施 32
7.6 冬季施工防煤烟中毒 32
7.7 其它安全保证措施 32
8.冬季施工质量保证措施 33
8.1冬季施工温度监管措施 33
8.2冬季施工试块管理 33
8.3泵送混凝土质量保障措施 33
8.4现场质量管理 34
8.5其它质量措施 34
9冬季施工文明、 环保措施 35
9.1文明施工措施 35
9.2环保施工措施 35
10冬季施工紧急措施 36
11其它需要说明的问题 37
11.1承台模板结构计算 错误!未定义书签。
11.2墩柱模板结构计算 错误!未定义书签。

下部结构冬期专项施工方案
1编制依据
《公路桥涵施工技术规范》JTJ-TF50-
《城市桥梁工程施工技术规程》CJJ 2-
《城市道路工程施工技术规程》CJJ 1-
《建筑工程冬季施工规程》JGJ 104-
《建筑工程计算手册》
《大致积混凝土施工规范》GB 5096-
2工程概况
沈阳市东一环快速路工程位于沈阳城区东南部, 南起文化路立交桥, 北至沈海立交桥, 沿线经过文化路一万柳塘路一滂江街, 全长大约7公里。
本标段为第二标段, 小河沿路-长安路, 桩号范围K4+457.00-K5+628.00, 长1171米, 工程范围内包含一对平行匝道。
经过东一环快速路工程的建设, 将在大幅度提高东一环通行能力的同时, 也将缓解周边道路、 交叉口以及城市中心区的交通压力。为沈阳市未来的交通发挥重大作用。
冬季施工的起止日期为: 当冬天到来时, 如连续五天的日平均气温稳定在5℃以下, 则此5d的第一天为进入冬季施工的初日, 当气温转暖时, 最后一个5d的日平均气温稳定在5°C以上, 则此5d的最后一天为冬季施工的终日。混凝土工程进入冬季施工条件: 室外日平均气温连续5d稳定低于5℃或最低气温降低于0℃或0℃以下时, 砼施工进入冬季施工。
本工程工期贯穿整个冬天, 计划冬季施工截止日期为 3月30日。
3冬季施工安排
3.1施工原因
计划开工日期为 7月1日, 计划竣工时间为 8月1日, 共396日历天。冬季持续至 3月30日, 为此在如此紧张的工期下想要圆满完成施工任务, 需要进行冬季施工。
3.2施工数量
在冬季施工的主要部位是桥梁的桩基础、 承台、 墩柱。计划施工数量如下:
序号
部位
数量
备注
1
墩柱
28

2
承台
28

2
桩基
143

3.3施工安排
施工计划表
序号
项 目
时 间 ( 日历天)
1
施工准备
.12.1- .12.3
2
钻孔桩施工
.12.4- .3.30
3
承台施工
.12.10- .3.30
4
墩柱施工
.12.20- .3.30

鉴于施工时间较紧, 施工队伍选择2个, 旋挖钻机4台, 两家施工队伍分别负责两个工作面, 对于冬季施工所需的保温材料每个工作面提供2套( 包括桩基、 承台、 墩柱) , 并保证材料损耗的及时补充。
4冬季施工方案
4.1土方工程( 承台周围回填)
4.2.1工艺流程图

考虑冬期回填土时, 应按冬期施工的要求进行施工。冬季承台回填采用混砂回填。
1、 每层铺筑的厚度应比常温施工时减少20%或每步回填的高度减少100mm, 夯实度、 预留沉降量应比常温施工时平加大5%, 收工前用草帘覆盖保温。
2、 回填土前应清除基底上的冰雪。
3、 当气温在-5℃～-10℃时回填砂砾的高度不宜大于4.5米, 当气温在-11℃～-15℃以内时, 回填砂砾的高度不宜大于3.5米。
4、 承台开挖时, 桩基础龄期限制在3d以上。放坡坡率不小于0.3。
5、 冬季回填材料需在桥下道路施工前挖除, 换填混砂, 撼砂后施做道路结构层。
4.2钻孔桩基础工程
4.2.1泥浆制作
桩基础在气温偏低可能使浆液冻结时, 将泥浆池用篷布覆盖保温, 保温棚尺寸12*5*3, 保持泥浆温度0℃以上, 防止浆液冻结, 影响混凝土灌注。冬期施工拌制浆液均采用造浆剂。泥浆池暖棚法热工计算:
暖棚搭设体积为V=12*5*3=180m³
暖棚外表面面积为A=( 12+5) *2*3+12*5=162m²
则暖棚的表面系数为M=162/180=0.9
暖棚结构平均传热系数为K=1.4
Q=3.6*M*K*( T外-T内) *α*V
T外为沈阳市平均冬季气温取-20℃
T内为冬施最低气温取5℃
α查路桥施工计算手册表9-113得1.5
Q=3.6*0.9*1.4*( 5-( -20) ) *1.5*180=30618KJ
30618KJ =30618/3600 =8.51KW.h
考虑使用12kw的热风机一台供泥浆池内部保温使用。
4.2.2钢筋加工与安装
在负温下, 随着温度的降低, 钢筋的屈服点和抗拉强度提高, 伸长率和冲击韧性降低。为了保证钢筋工程的施工质量, 冬季施工过程中钢筋施工采取如下措施:
1、 各工区必须搭设施工棚, 棚内采用暖风取暖, 尽量避免棚外钢筋施工;
2、 钢筋原材, 及加工后的半成品、 成品堆放必须采用棚布覆盖;
3、 桥墩钢筋采用机械连接;
4、 对于加工好的钢筋尽量进行室内保存, 若须置于室外, 则架空后覆盖棚布进行保存, 防止表面结冰。
4.2.3混凝土灌注
1、 混凝土运输
混凝土采用商品混凝土, 在保证混凝土出厂温度的前提下, 为减少混凝土在运输工程中的热量损失, 混凝土运输车, 外缠棉苫布保温。混凝土到场后需尽快灌注, 自出机至入模时间间隔控制在2h以内。
2、 混凝土灌注
冬季进行灌注桩施工主要是保证砼不受冻, 能够顺利灌注, 一般情况下不需要养护。施工实践证明, 水下混凝土一经入孔, 即处在地热的蓄热养护之中。可是在地层冰冻线以上部分的桩身混凝土, 必须采取可靠的早期防冻措施。施工中的主要做法是:
1) 混凝土灌注入孔的温度不低于5℃。
2) 同时留置同期、 同条件养护混凝土试件不少于3组。以保证桩头混凝土达到受冻临界强度4MPa之后再进行下一道工序。
4.3承台施工
承台施工工序流程图

承台开挖

凿除桩头
垫层施工

模板支设

钢筋加工与安装

混凝土浇筑
暖棚搭设

混凝土养生
混凝土降温

4.3.1承台开挖
基坑采用反铲挖掘机开挖, 自卸车配合运输。基底平面尺寸按基础平面尺寸四周各边增宽不小于30cm。
4.3.2暖棚搭设
承台混凝土养护采用暖棚法养护。 暖棚范围应较开挖顶口范围大30cm以上。暖棚采用棉苫布和脚手杆搭设, 接缝用胶带封闭。棚内设置2台热风机进行保温, 如承台尺寸较大, 视情况适当增加热风机的数量, 将热风机放置在暖棚内对其进行加热。暖棚在墩柱处采用双层塑料布封口保温。
热风机选择: IFH04-180。详细参数: 电压380V-400V 频率50HZ
, 功率18kw( 全档制热) , 尺寸520*575*655mm*mm*mm。
承台保温养护示意图
4.3.3凿除桩头
承台开完后, 按照测量人员给定的凿除高度, 对桩基础预留部分进行凿除。
4.3.4垫层施工
垫层混凝土初凝后加热养护, 保证棚内湿度不小于60%。
4.3.5模板支设
承台模板拟采用方式: 钢模、 木模。
1、 支模时, 应将模板上的冰雪和泥土清除干净, 方可使用。
2、 支模板前必须将模板内杂物、 冰雪清扫干净, 模板不准浇水。
3、 模板支护采用内拉外顶方式。后备10*10cm方木及双排钢管( 4.8*3.5) , 内设Φ16拉筋, 纵向间距70cm, 横向间距60cm。外部采用方木及脚手干支顶承台外土方上。

对拉螺栓布置图
4、 冬期施工, 对于模板的拆除, 结构混凝土应留置同条件养护试块, 模板拆除前应对混凝土强度进行检测, 强度达到4.5MPa以上时, 报请技术负责人批准后方可进行模板拆除。
5、 支模材料、 周转用具不落地, 拆下后及时运出作业区域外。
6、 模板堆放区配置清理积雪用具, 大模板组装零配件防止雨雪泥污染, 集中堆放管理, 设置遮挡工具棚。
4.3.6钢筋加工与安装
在负温下, 随着温度的降低, 钢筋的屈服点和抗拉强度提高, 伸长率和冲击韧性降低。为了保证钢筋工程的施工质量, 冬季施工过程中钢筋施工采取如下措施:
1、 钢筋原材, 及加工后的半成品、 成品堆放必须采用棚布覆盖;
2、 各工区必须搭设施工棚, 棚内采用暖风取暖, 尽量避免棚外钢筋施工;
3、 桥墩钢筋采用机械连接;
4、 对于加工好的钢筋尽量进行室内保存, 若须置于室外, 则架空后覆盖棚布进行保存, 防止表面结冰。
4.3.7混凝土灌注
1、 本工程承台混凝土配合比为: C30砼每立方米材料用量( 施工配合比) 水泥( 42.5) : 水: 砂: 石: 矿粉: 粉煤灰=345:165:762:1058:40:30。

2、 混凝土运输车, 外缠棉苫布保温。混凝土到场后需尽快灌注, 自出机至入模时间间隔控制在2h以内。
3、 浇筑砼时间尽量安排在晴天的上午9: 00～下午14: 00间进行;
4、 砼在浇灌前, 应清除模板和钢筋的冰雪和污垢, 装运砼用的容器应有保温措施, 保证砼的入模温度;
5、 为保证砼的施工质量,要求在现场要检测每车砼的入模温度,而且必须保证不得低于5℃。
4.3.8混凝土养生
大致积混凝土施工的难度在于控制混凝土内外温差, 避免由于内外温差过大而产生裂缝, 影响混凝土的质量。减小内外温度差可采用循环水冷却和用外部蓄热法提高混凝土表面温度两种方法。考虑到承台施工时外部温度极低, 采用外部蓄热法养护。
1、 在承台混凝土浇筑完成后, 及时对混凝土进行保湿养护。承台外侧覆盖塑料布及棉被进行保湿、 保温。
2、 养护期间内, 棚内温度保持在5℃以上。
3、 养护期不小于7d。
4、 暖棚拆除时混凝土表面温度与环境温度温差不应大于25℃。
承台混凝土热工计算如下:
1、 混凝土配合比
由搅拌站提供配合比: C30砼每立方米材料用量( 施工配合比) 水泥( 42.5) : 水: 砂: 石: 矿粉: 粉煤灰=345:165:762:1058:40:30。砂含水率3%,石子0.5%。
水加热到60 ºC,水泥罐中水泥温度按0 ºC、 砂石料场为不受冻按1 ºC计算。
1). 其它参数
搅拌棚内温度: Ti=0 ºC
砼从运输至浇筑成型共历时: ti=2.5h
运输时环境温度: Ta=-20 ºC
钢筋的比热: C=0.4 KJ/kg·K
水的比热: Cw=4.2 KJ/kg·K
砼容重: γc=2400g/m3
钢筋、 模板温度: Tg’=5 ºC (采用暖棚, 保持温度不低于5 ºC)
42.5普通硅酸盐水泥最终水化热: Q=377KJ/kg(《路桥手册表9-85》)
水泥水化速度系数: vc=0.013h-1=0.312d-1
承台混凝土表面系数M( 106#承台为例) :
M=F/V
=( 8.2*3*2+6.8*3*2+8.2*6.8) /( 6.8*8.2*3)
=0.87
4.4桥墩施工

单个桥墩施工流程: 立模( 2d) —搭设暖棚( 2d) —模板加热( 1d) —混凝土浇筑( 1d) —混凝土养护( 6d) —降温( 1d) —拆模( 1d) —墩柱混凝土保温养护( 5d) —拆除暖棚( 1d) 。单个墩柱施工周期为20d。
4.4.1钢筋制作与安装
在负温下, 随着温度的降低, 钢筋的屈服点和抗拉强度提高, 伸长率和冲击韧性降低。为了保证钢筋工程的施工质量, 冬季施工过程中钢筋施工采取如下措施:
1、 钢筋原材, 及加工后的半成品、 成品堆放必须采用棚布覆盖;
2、 各工区必须搭设施工棚, 棚内采用暖风取暖, 尽量避免棚外钢筋施工;
3、 桥墩钢筋采用机械连接;
4、 对于加工好的钢筋尽量进行室内保存, 若须置于室外, 则架空后覆盖棚布进行保存, 防止表面结冰。
4.4.2模板支设
1、 工地上的大模板, 应垫上木方, 排放整齐, 遇到下雪时, 应用苫布、 编织布遮盖。
2、 支模时, 应将模板上的冰雪和泥土清除干净, 方可使用。
3、 支模板前必须将模板内杂物、 冰雪清扫干净, 模板不准浇水。
4、 冬期施工, 对于模板的拆除, 结构混凝土应留置同条件养护试块, 模板拆除应申请, 经技术负责人批准后方可进行模板拆除。
5、 支模材料、 周转用具不落地, 拆下后及时倒运到作业层。
6、 大模板堆放区配置清理积雪用具, 大模板组装零配件防止雨雪泥污染, 集中堆放管理, 设置遮挡工具棚。
4.4.3采暖设施安装
墩柱混凝土冬季养护方式采用暖棚+蒸汽养护法的施工方法。墩柱暖棚采用10cm岩棉板( 外包0.5mm铁皮) 搭设, 模板预热采用内置热风幕加热, 养护燃油蒸汽锅炉进行蒸汽养护。在保温时再在混凝土表面覆盖一层棉被( 蓄热) 。及时作好保温覆盖, 各层互相搭盖严密。敷设后, 要注意防潮和防止透风, 对于结构构件的边棱、 端部和凸角, 要特别加强保温、 挡风。

①以桥墩平面尺寸7.5m*2.6m为例, 棚高根据结构物高低调整, 设置出入口, 四周封闭密实。
②在养护棚外安放油炉, 浇注砼前模板经过热风幕加热, 保证棚内温度在10℃左右。混凝土浇筑完成后, 在棚内安装温控系统, 将温度感应器LED显示屏放置在窗户处, 设专人24小时监测混凝土内部、 模板及养护棚内温度并做好记录。
③在保温棚内设置同条件养生的砼试块, 当同条件试块的强度达到设计强度后, 方可拆除模板。
④根据养生面积配备相应的看管人员及灭火器。
4.4.4温控系统布置
大致积混凝土体内监测点的布置, 应真实反映混凝土浇筑体内最高温升、 里表温差、 降温速率及环境温度。
根据《大致积混凝土施工规范》GB 50496- 规定: 沿混凝土浇筑厚度方向, 必须布置表面、 中心温度监测点, 其余测点宜按测点间距不大于600mm布置; 沿纵向监测点位不宜小于4处。
本工程测温单元具体布置如下

纵向布置5处, 测点共计25个/墩。

测温元件图
1、 温度测试元件在安装前, 必须在水下1m处浸泡24h不损坏。
2、 测试元件安装位置应准确, 固定应牢固, 并应与结构钢筋及固定架金属体绝热。
3、 测试元件的引线集中布置, 并加以保护。
4、 混凝土浇筑过程中, 下料时不得直接冲击测温元件及其引出线; 振捣时, 振捣棒不得触及测温元件及其引出线。
4.4.5混凝土浇筑
混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥, 水泥的强度等级不应低于42.5MPa, 水灰比不大于0.55。本工程采用配合比为水泥: 砂: 石: 水: 矿粉: 粉煤灰=395:734:1044:178:25: 30。砂石材料必须清洁不含冻块。应提前对水进行加热, 保证水温达到60℃。

混凝土的塌落度有严格要求, 冬施期间, 搅拌站按照要求塌落度进行搅拌, 混凝土运输到工地后要对塌落度进行检验, 发现塌落度不符合要求, 混凝土拌合物离析、 泌水, 立即予以退回。
4.4.6混凝土搅拌、 运输
为保证搅拌温度, 必须严格控制水的加热温度。砂石料存放设置暖棚。搅拌过程中, 随时注意检查砂、 石、 水的温度情况, 当不满足计算要求的温度时, 应及时采取措施或暂停搅拌混凝土。混凝土的搅拌时间不得少于225S。混凝土运输车, 外缠棉苫布保温。混凝土到场后需尽快灌注, 自出机至入模时间间隔控制在2h以内。
4.4.7 混凝土泵送
泵车在泵送混凝土前, 需用热水加热泵管。泵送的输料管要用保温材料包裹, 以减小混凝土在输送过程中的温度损失。
为保证砼的施工质量,要求在现场要检测每车砼的入模温度,而且必须保证不得低于5℃。每一台班施工完成后, 清洗输送管线及机具, 彻底排出其内部的积水, 以免其内部受冻, 影响施工的正常进行。
罐车必须设置在稳固地点, 不得有冰雪冻融物。喂料前, 要监督罐车进行倒转, 防止混凝土的离析等物理不良变化。施工现场道路注意防滑等措施, 水平管的出料方向要低于进料方向, 输送管不得直接稳固在钢筋、 模板及预埋件上。
4.4.8 混凝土浇筑
1、 混凝土浇筑前, 采用热风机对模板加热至10℃。
2、 冬施混凝土浇筑安排每次浇筑的开始时间宜在当日上午9: 00开始, 尽可能避开夜间作业。
3、 冬施混凝土浇筑应尽可能避开雨雪严寒天气施工。
4、 浇筑混凝土前及时将模板、 钢筋上的冰、 雪清理干净。
5、 浇筑前充分做好准备工作, 提高混凝土的浇筑速度, 保证混凝土的入模温度。
6、 每次浇筑混凝土前, 要检查混凝土泵管上包裹棉被, 避免施工时对混凝土温度的影响。
7、 混凝土分层浇筑时, 已浇筑层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前不应低于2℃。较低环境气温作业时, 应有专门人员及时抽检各层混凝土浇筑后的温度, 严格控制施工间歇时间。
8、 混凝土浇筑时要测量其入模温度, 保证其温度不得小于+50C。
9、 冬施中混凝土试块为混凝土拆模和确定热养护期提供依据。在制作试块时应按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》( GB 50204- ) 中有关规定并结合施工中实际情况, 试块组数应留设4组。
4.4.9混凝土养护
蒸汽养护一般分预养、 升温、 恒温及降温四个阶段。预养是为使构件具有一定的初始强度, 以防升温时产生裂缝。升温的速度与预养时间、 混凝土的干硬度及模板情况有关。另外还与构件的表面系数有关, 本工程墩柱表面系数﹤6m-1, 升温速度不得超过10℃/h, 降温速度不得超过5℃/h。
混凝土浇筑后, 先覆盖蓄热, 由于水泥的水化作用释放出的热量使混凝土集料温度上升, 先覆盖混凝土面使水化热量蓄保起来, 以减少热量的散失。要使混凝土获得抵抗急剧升温、 体积膨胀而发生开裂所需的初期结构强度后方可加热养护。
在养护棚外部, 设置燃油蒸汽锅炉, 安装蒸汽输送管道, 将保温棚构成蒸汽室, 然后四周用草垫或砂压严封闭接缝, 内设蒸汽管喷汽加热混凝土。
5、 养护期间内, 棚内温度保持在10℃以上。
6、 养护期不小于10d。
7、 暖棚拆除时混凝土表面温度与环境温度温差不应大于25℃。
热工计算
考虑极端天气, 环境温度为-20ºC。暖棚内养护温度为10ºC。

4.4.10暖棚、 模板拆除
在升温阶段, 规范规定表面系数﹤6m-1, 升温温速度不得超过10℃/h, 本工程要求升温速度为9℃/h。在降温阶段内, 混凝土已经硬化, 如降温过快, 混凝土会产生表面裂缝, 因此降温速度应加控制。规范规定表面系数﹤6m-1, 降温速度不得超过5℃/h。为了避免由于蒸汽温度骤然升降而引起混凝土构件产生裂缝变形, 必须严格控制降温的速度, 确定本工程降温速度为4℃/h。
当混凝土温度与室外温度温差小于20℃时, 能够拆除暖棚和模板, 模板拆除后用塑料布将墩柱包裹覆盖。
5冬季施工工点及主要冬季施工方法
5.1工点概况
冬季施工的起止日期为: 当冬天到来时, 如连续五天的日平均气温稳定在5℃以下, 则此5d的第一天为进入冬季施工的初日, 当气温转暖时, 最后一个5d的日平均气温稳定在5°C以上, 则此5d的最后一天为冬季施工的终日。混凝土工程进入冬季施工条件: 室外日平均气温连续5d稳定低于5℃或最低气温降低于0℃或0℃以下时, 砼施工进入冬季施工。
计划开工日期为 7月1日, 计划竣工时间为 8月1日, 共396日历天。冬季持续至 3月30日, 为此在如此紧张的工期下想要圆满完成施工任务, 需要进行冬季施工。
本工程工期贯穿整个冬天, 计划冬季施工截止日期为 3月30日。
其中本次冬季施工主要部位是桥梁的桩基础、 承台、 墩柱。拟定施工数量如下。
序号
部位
数量
备注
1
墩柱
28

2
承台
28

2
桩基
143

5.2主要冬季施工方法
承台混凝土养护采用暖棚法养护。 暖棚范围应较开挖顶口范围大30cm以上。暖棚采用棉苫布和脚手杆搭设, 接缝用胶带封闭。棚内设置2台热风机进行保温, 如承台尺寸较大, 视情况适当增加热风机的数量, 将热风机放置在暖棚内对其进行加热。暖棚在墩柱处采用双层塑料布封口保温。
墩柱混凝土冬季养护方式采用暖棚+蒸汽养护法的施工方法。墩柱暖棚采用10cm岩棉板( 外包0.5mm铁皮) 搭设, 模板预热采用内置热风幕加热, 养护燃油蒸汽锅炉进行蒸汽养护。在保温时再在混凝土表面覆盖一层棉被( 蓄热) 。及时作好保温覆盖, 各层互相搭盖严密。敷设后, 要注意防潮和防止透风, 对于结构构件的边棱、 端部和凸角, 要特别加强保温、 挡风。
5.3热工计算
5.3.1承台混凝土热工计算
1) 混凝土导热系数(水泥、 砂、 石、 水的导热系数λ, 比热C见《路桥施工计算手册表9-81》), C30砼各材料所占比重为水泥Pc=14.8%, 水Pw=7.1%, 砂子Ps=32.7%, 碎石Pg=45.4%。

λ=1/P(Pcλc+Pwλw +Psλs+Pgλg)
=1/100*(14.8*2.218+7.1*0.6+32.7*3.082+45.4*2.908)= 2.7(W/m·K)
2) 混凝土的比热:
C=1/P(PcCc+PwC +PsCs+PgCg)
式中: Cc=0.536kJ/kg.K, Cs=0.745kJ/kg.K, Cg=0.708kJ/kg.K, Cw=4.187kJ/kg.K。
C=1/100*(14.8*0.536+7.1*4.187+32.7*0.745+45.4*0.708)=0.942KJ/kg·K
混凝土热扩散系数:
α=λ/(Cρ)=2.7/(0.942*2400)=0.00119W·m2/KJ=1.19*10 -6 m2/s
3)混凝土拌和物的温度

其中Tb—混凝土合成后的温度, ℃
Wc、 Ws、 Wg—水泥、 砂、 石的干燥质量, kg;
Ww—拌和加水的质量( 不包含骨料的含水) ;
tc、 ts、 tg、 tw—水泥、 砂、 石、 水装入搅拌机时的温度, ℃;
ps pg—砂石的含水率;
b、 B—水泥的比热及溶解热, ℃, 当骨料温度>0℃时, b=4.19, B=0; 当骨料温度≦0℃时, b=2.09, B=335。

4) 混凝土拌和物的出机温度
按公式T1=T0- 0.16( T0- Ti)
式中: T1—混凝土出机温度( ℃) ;
T0—混凝土拌和温度( ℃) ;
Ti—混凝土搅拌棚内温度( ℃) 。
T1=15.45- 0.16×(15.45-0) =12.98℃。规范要求出机温度不宜低于10℃。
5) 混凝土浇筑温度计算
TP=T1+(Ta-T1)*(0.032+0.0042*.5+0.003*2)=12.98+(-20-12.98)*(0.032+0.0042*.5+0.003*2)=11.65℃
可知, 本工程混凝土入模温度为11.65℃,满足规范要求( 混凝土入模温度不应低于5℃) 。
6) 暖棚计算
承台暖棚采用棉苫布, 搭设尺寸10.2*7.0*0.9, 暖棚面积为102.36m2, 暖棚体积为64.26m³。暖棚内的温度为5ºC, 室外平均温度为-20ºC。暖棚总需热量( 不考虑大致积混凝土对外的散热)
暖棚表面系数M=102.36/64.26=1.59m-1。
暖棚在单位时间内的耗热量按下列公式计算:
Q0= Q1 +Q2
Q1=KA/(tb-ta)

Q0——暖棚总耗热量( W)
Q1——经过围护结构各部位的散热量之和( W)
Q2——由通风换气引起的热损耗( W)
A——围护结构总面积( ㎡)
K——围护结构的传热系数( W/㎡*K) ,可按下式计算

d1......dn—围护各层的厚度( m) ;
......—围护各层的导热系数( W/m*K) ;
计算得:

V—暖棚体积( m³) ;
Tb—棚内温度( ℃) ;
Ta—室外温度( ℃) ;
N—每小时换气次数;
—空气比热容;
—空气表观密度。
Q1=KA/(tn-tw)=3.03*102.36*( 5-( -20) ) =7753.77W
W
Q0= Q1 +Q2=7753.77+1711.82=9465.6W
7) 大致积混凝土水化热计算
假定结构物没有任何散热和热损失条件, 水泥水化热全部转化为温升后的温度值, 则混凝土的水化热绝对温升值可按下式计算:
T(t)=mcQ/(Cρ)(1-e-mt)
Tmax= mcQ/(Cρ)=345*377/(0.942*2400)=57.53ºC
式中: Tmax—混凝土绝热温升值( ºC) ;
Mc—每立方米混凝土水泥用量( kg/m³) ;
Q—每千克水泥水化热量( J/kg) 。
8) 混凝土内部实际温度计算
Tm=Tj+ξ•Th
式中: Tj—混凝土浇筑温度;
Th—混凝土最终绝热温升;
ξ—温降系数查建筑施工手册, 若混凝土浇筑厚度3m。则:ξ3取0.65,ξ7取0.61,ξ14 取0.48,ξ21 取0.29。
Tm(3)=11.65+0.65×57.53=48.28℃;
Tm(7)=11.65+0.61×57.53=46.03℃;
Tm(14)=11.65+0.48×57.53=38.7℃;
Tm(21)=11.65+0.29×57.53=28℃。
9) 混凝土表面温度计算
Tb(τ)=Tq+(H- h’) ΔT(τ)/2H式中: Tb(τ)—龄期τ时混凝土表面温度( ℃) ; Tq—龄期τ时的大气温度( ℃) ; H—混凝土结构的计算厚度(m) 。
按公式H=h+2h’计算, h—混凝土结构的实际厚度(m), h’—混凝土结构的虚厚度(m): h’=K•λ/β, K—计算折减系统取0.666,λ—混凝土导热系数取2.695W/m•K。 β—模板及保温层传热系数(W/m2•K):
β值按公式β=1/( ∑δi/λi+1/βg) 计算,δi—模板及各种保温材料厚度(m), λi—模板及各种保温材料的导热系数(W/m•K), βg—空气层传热系数可取23W/m2•K。
ΔT(τ)—龄期τ时,混凝土中心温度与外界气温之差(℃):
ΔT(τ)=Tm(τ)- Tq,
混凝土灌注高度为2.5m(承台厚), 则:
β=1/(0.02/0.17+1/23)=6.25
h’=K•λ/β=0.666×2.695/6.25=0.29
H=h+2h’=2.50+2×0.29=3.04(m) 若Tq 取5℃, 则:
ΔT(3)=48.28-5=43.28℃
ΔT(7)=46.03- 5=41.03℃
ΔT(14)=38.7-5=33.7℃
ΔT(21)=28- 5=23℃
则: Tb(3)=5+(3.04- 0.29)×43.28/(2*3.04)=24.6℃
Tb(7)= 5+(3.04- 0.29)×41.03/(2*3.04)=23.6℃
Tb(14)= 5+(3.04- 0.29)×33.7/(2*3.04)=20.2℃
Tb(21)= 5+(3.04- 0.29)×23/(2*3.04)=15.4℃
10) 混凝土内部与混凝土表面温差
ΔT(τ)s=Tm(τ)- Tb(τ)
ΔT(3)s=48.28- 24.6=23.68(℃)
ΔT(7)s=46.03- 23.6=22.43(℃)
ΔT(14)s=38.7- 20.2=18.5(℃)
ΔT(21)s=28- 15.4=12.6(℃)
由于混凝土内外温差控制在25℃以内, 混凝土表面与暖棚内温差也在25℃以内, 混凝土不会出现裂缝。承台混凝土养生期7d( 具体以实测混凝土内部温度为准) 。
5.3.2墩柱混凝土热工计算
由搅拌站提供配合比: C40砼每立方米材料用量( 施工配合比) 水泥( 42.5) : 水: 砂: 石: 矿粉: 粉煤灰=395:178:734:1044:25:30。砂含水率3%,石子0.5%。
水加热到60 ºC,水泥罐中水泥温度按-20 ºC、 砂石料场为不受冻按1 ºC计算。
其它参数
搅拌棚内温度: Ti=0 ºC
砼从运输至浇筑成型共历时: ti=2h
运输时环境温度: Ta=-20 ºC
钢筋的比热: C=0.4 KJ/kg·K
水的比热: Cw=4.2 KJ/kg·K
砼容重: γc=2406g/m3
42.5普通硅酸盐水泥最终水化热: Q=377KJ/kg
水泥水化速度系数: vc=0.013h-1=0.312d-1
墩柱混凝土表面系数M: M=F/V=1.69
1) 混凝土导热系数(水泥、 砂、 石、 水的导热系数λ, 比热C, C40砼各材料所占比重为水泥Pc=16.8%, 水Pw=7.6%, 砂子Ps=31.2%, 碎石Pg=44.4%。
λ=1/P(Pcλc+Pwλw +Psλs+Pgλg)
=1/100*(16.8*2.218+7.6*0.6+31.2*3.082+44.4*2.908)= 2.67(W/m·K)

2) 混凝土的比热:
C=1/P(PcCc+PwCw +PsCs+PgCg)
式中: Cc=0.536kJ/kg.K, Cs=0.745kJ/kg.K, Cg=0.708kJ/kg.K, Cw=4.187kJ/kg.K。
C=1/100*(16.8*0.536+7.6*4.187+31.2*0.745+44.4*0.708)=0.955KJ/kg·K
混凝土热扩散系数:
α=λ/(Cρ)=2.67/(0.955*2406)=0.00116W·m2/KJ=1.16*10 -6 m2/s
3)混凝土拌和物的温度

其中Tb—混凝土合成后的温度, ℃
Wc、 Ws、 Wg—水泥、 砂、 石的干燥质量, kg;
Ww—拌和加水的质量( 不包含骨料的含水) ;
tc、 ts、 tg、 tw—水泥、 砂、 石、 水装入搅拌机时的温度, ℃;
ps pg—砂石的含水率;
b、 B—水泥的比热及溶解热, ℃, 当骨料温度>0℃时, b=4.19, B=0; 当骨料温度≦0℃时, b=2.09, B=335。

4) 混凝土拌和物的出机温度
按公式T1=T0- 0.16( T0- Ti)
式中: T1—混凝土出机温度(℃) ;
T0—混凝土拌和温度(℃) ;
Ti—混凝土搅拌棚内温度(℃) 。
T1=13.72- 0.16×(13.72-0) =11.52℃, 满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50- 混凝土拌和物出机温度不宜低于10℃的要求。
5） 混凝土浇筑温度计算
TP=T1+(Ta-T1)*(0.032n+at)
式中: TP—混凝土浇筑温度(℃);
T1—混凝土出机温度(℃);
Ta—运输时环境温度(℃);
n—混凝土倒运次数, n=1;
a—每小时温度损失系数。
TP=T1+(Ta-T1)*(0.032+0.0042*0.5+0.003*1.5)=11.52+(-20-11.52)*(0.032+0.0042*0.5+0.003*1.5)=10.3℃
可知, 本工程混凝土入模温度为10.3℃,满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50- 混凝土入模温度应不低于5℃的要求。
6) 混凝土水化热计算
假定结构物没有任何散热和热损失条件, 水泥水化热全部转化为温升后的温度值, 则混凝土的水化热绝对温升值可按下式计算:
T(t)=mcQ/(Cρ)(1-e-mt)
Tmax= mcQ/(Cρ)=345*377/(0.955*2406)=56.61ºC
式中: Tmax—混凝土绝热温升值( ºC) ;
Mc—每立方米混凝土水泥用量( kg/m³) ;
Q—每千克水泥水化热量( J/kg) 。
7） 混凝土养护
墩柱混凝土养护采取蒸汽+暖棚, 暖棚尺寸拟定为9.5*4.6*9m, 根据《大致积混凝土施工规范》GB 50496- 规范规定混凝土内部与表面温差不应大于25ºC, 因此, 设定混凝土表面温度为35ºC, 第一层保温材料( 棉被) 温度为20ºC, 保温棚内温度为10ºC, 室外温度为-20ºC。
第一层保温材料( 棉被) 在单位时间内的耗热量按下列公式计算:
Q1=KA/(tb-ta)