桥梁承台大体积混凝土施工及水化热控制技术.pdf

桥梁承 台大体积混凝土施工及 水化热控制技术 M a s s Co n c r e t e Co n s t r u c t i o n a n d Hy d r a t i o n He a t Co n t r o l T e c h n o l o g y f o r Br i d g e P i l e Ca p s 屈 峥旭 杭州市交通工程集团有限公司 杭州3 1 0 0 0 7 摘 要：结合工程实践 ，通过配合比优化设计和大体积混凝土水化热有限元分析 ，采取掺加矿粉及粉煤灰 、施工过程中 的冷却水管设计和综合保温等措施进行大体积混凝土施工 。其不仅能够有效控制混凝土水化热，而且能够有效控制混 凝土裂缝的出现，保证了大体积混凝土的施工质量。 关键词 ：桥梁承台 大体积混凝土 水化热 温度控制 有限元模型 中图分类号 ： U 4 4 3 2 5 文献标识码 B 【 文章编号 】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 1 1 - 1 1 0 5 0 2 1 施工概述 该工程地处东南亚地区， 属亚热带气候 ， 桥梁跨径组合 为 9 5 m + 3 x 1 7 0 m + 9 5 m连续刚构组合结构形式， 采用单箱 单室混凝土结构箱梁。 主桥桥墩采用六角形实体墩身， 在上 下游侧墩身呈三角形状， 墩身纵 向宽 5 5 m， 横向宽 9 0 m 。 桥 墩承台采用六角形高桩承台 ， 上下游侧均为三角形 ， 承 台高 4 5 m ，纵 向宽 1 3 8 0 m ，横 向宽 2 1 6 0 m ，基础采用 1 O根 击 2 2 m的钻孔嵌岩灌注桩。 主桥承台混凝土量达 1 1 2 5 m 。 ，且承台混凝土完全为 水上施工， 施工风险大。根据 当地水泥参数， 水泥早期强度 高 ， 水化热大 ， 加上东南亚常年高热气候特点 ， 大体积承台 施工质量控制相 当不利。 主桥承台混凝土施工分 2 次浇筑 ，为确保套箱底板及 吊杆在浇筑过程 中稳定 ， 第 1 次混凝土浇筑高度 2 m ， 混凝 土浇筑量 5 0 0 m 3 ； 第 2次混凝土浇筑高度 2 5 m ， 混凝土浇 筑量 6 2 5 m 3 。 低、 与低碱水泥适应性好 ， 能够大大改善混凝土拌合物的经 时损失 ， 延缓混凝土温升峰值 出现的时间 ， 减小混凝土的收 缩。该外加剂无氯离子 ， 碱含量小于减水剂干重的 1 。经 测试麦斯特 R P 2 5 R 与 T P I V型水泥的适应性 良好。 2 2 配合比设计 为降低大体积混凝土绝热温升和提高混凝土拌合物的 工作性能 ， 经对比试验最终确定采用 6 5 的水泥和 3 5 的二 级粉煤灰作为胶凝材料配制大体积混凝土。 考虑降低混凝土绝热温升需要尽可能降低胶凝材料的 用量 ， 因此 ， 综合混凝土拌合物性能、 混凝 土强度和胶凝材 料用量等 因素 ，选定 C 3 0 4 4 配合比作为大体积混凝土配 合 比， 其工作性 、 力学性能和凝结时间均满足承台大体积混 凝土的施工和设计要求 ， 具体配合比如表 1 所示。 表 1 承台配合 比 水 泥 g m ， 粉 煤 灰 (k咖 ， J砂 咖 碎 石 咖 ， 地 咖 4 外 加 剂 (k 咖 ， 2 5 0 l O 0 l 7 8 9 l 1 0 8 9 1 1 7 2 1 2 8 1 2 大体积混凝土配合比设计 3 水化热计算分析 2 1 材料性能参数 混凝土水化热控制是大体积施工 中最为关键 因素 ， 根 据东南亚当地市场条件 ，对主要原材料进行了大量的对比 研究以达到控制混凝土水化热的目的。 通过添加缓凝型混凝土高效减水剂 ， 其减水率高 、 掺量 作者简介： 屈峥旭( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 本科， 工程师。 通讯地址 ： 浙江省杭州市保傲路 1 6 1 号 ( 3 1 O 0 0 7 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 1 7 3 1 建立模型 采用 M i d a s 软件建立有限元模型 。采用实体单元进行 建模( 图 1 ) ， 模型共划分节点 1 8 2 5 9 个 ， 1 6 3 6 0 个单元。 3 2 模型边界条件 ( 1 ) 混凝土水化热最高温升 保守取混凝土最高温升 5 7 k 。 ( 2 ) 边界对流放热系数 当混凝土表面附有模板或保温层时 ，按第三类边界条 件计算 ， 但 用选择放热系数 的方法来考虑模板或保温层 l 建筑施工 第 3 4 卷 第 1 1 期 l l 1 0 5 图 1 有限元分析模 型 的影响。 1 卢 s 而 ( 1 ) 式中： 一 最外面保温层在空气中的放热系数 ； ， 7 保温层厚度 ： A 保温层的导热系数。 项面对流 ： 表面暴露时， 按粗糙表面， 风速为 2 m s 的情 况考 虑 ， 其等效放热系数取 5 3 O 0 k J ( m 2 h k ) ： 表面覆盖 2 层 薄 膜 ， 4 c m 的 草 袋 ，经 计 算 得 等 效 放 热 系 数 为 8 k J ( m h k ) ； 表面覆盖一层薄膜 ， 2 c m的草袋 ， 等效放热 系数为 1 4 k J ( m z h k ) ；计算中取混凝土顶面放热系数为 1 0 ( m h k ) 。 侧面对流 ： 承台侧面拟采用 2 c m的油毛毡 ， 侧面按风 速为 0 m s 考虑 ， 其等效放热系数为 6 k J ( m 2 h k ) ； 计算 中 取混凝土侧面放热系数为 1 0 k J ( m 2 h k ) 。 ( 3 ) 环境温度 按 1 2 月份浇筑 ， 环境温度按照 2 5 c c 取值。 3 3 计算结果 选取承台中间的一根轴绘出其温度时程图( 图 2 ) 。该 轴从 上到 下共 6个点 ，间距 为 0 9 m ，编号 为 ： N 4 1 5 1 5 、 N 5 1 5 1 5 、 N 6 1 5 1 5 、 N 7 1 5 1 5 、 N 8 1 5 1 5 和 N 9 1 5 1 5 。 时 间d 图 2 温度 与时程关 系 通过以上计算分析结果可知 ，必须采取一定的措施才 能保证承台混凝土施工过程 中的内外温差满足规范要求。 4 大体积混凝土温控措施 4 1 降低混凝土入模温度 浇筑承台用的混凝土原材料要避免在太阳下暴晒 ， 提 前将骨料输送到搅拌船。混凝土浇筑前采用 中 水的方式冷 却骨料 ，混凝土浇筑 时间安排在一天中温度较低的夜间施 I 1 1 0 6 f 2 o 1 2 I i B q C a t m a u e t i o a 工。在实际施工中， 混凝土的入模温度控制在 3 0。 C 以下。 4 2 布置冷却水管降温 根据施工方案 ， 承台分 2 次浇筑 ， 第 1 层厚度 2 0 m ， 第 2 层厚度 2 5 m ， 冷却水管布置在每层结构混凝土的中心位 置。 为 了确保冷却水管的冷却效果 ， 经讨论决定将设计 图纸 的 t h 3 0 m m的冷却水管改为 4 , 5 0 m m 。冷却水管的降温方案 利用循环水带走混凝土内部热量，减少混凝土内外温差造 成的拉应力，防止裂缝形成。循环水温和流量也要进行调 节 ， 循环水温与混凝土内部温 差宜控制在 2 0 o c 以内， 流量 宜控制在 1 0 L m i n 2 0 L m i n 。 冷却水循环过程应控制降温 速率 ， 避免 由于温差过大和降温过快造成混凝土内部损害。 冷却水管布置见图 3 。 品 ( 霜 ， 目 ) r ( 善 冷 静水 管进水 ； 7 gf1 、冷 却 球 管 进 水 ， ! 二 ， 图 3 主墩 承台冷却 水管 平面布置 示意 4 3 温度监控及养护 温度监控采用预埋温度感应 器进行，在混凝土单次浇 筑高度上设置 4层监测层面 ， 6 0个感应器 ， 2 4 h监测混凝 土内部温度变化 ， 并根据监测结果调整通水量的大小。 根据 现场实际监测 ， 混凝土浇筑后温度持续上升 ， 约 4 8 h达 到 峰值 ， 高温持续时间 2 d 5 d后开始比较快速下降， 项 目部 根据实际测量结果 ， 实际通水降温时间为 6 d 。混凝土浇筑 完成后延缓拆模时间， 并在套箱顶部采用蓄水养生 ， 以降低 承台里表温差 ， 达到防裂的目的。 5结语 本工程从施工工艺和理论上解决了大体积混凝土施 工 过程 中的水化热控制问题 ，有效保证了承台大体积混凝土 的施工质量， 圆满的完成 了大桥水中墩承台的施工任务 ， 为 大桥的顺利建设打下了坚实的基础。 参考文献 【 1 】 王铁梦工程结构裂缝控制【 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 7 2 朱伯芳 大体积混凝土温度应力与温度控制 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 1 9 9 9 3 】3王忠， 蔡小稚悬索桥锚碇大体积混凝土裂缝的控制与处治 M 北京： 人民 交通出版社 ， 1 9 9 9 【4 J 靳如平 ， 黄凡， 刘志勇 马岭河特大桥 8 承台及塔座混凝土施工温度控制 J 公路交通技术， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 8 3 8 9 5 】 钟宁 ， 许长城 ， 周志祥， 等 斜拉桥主塔承台大体积混凝土施工水化热分 析 J ， 公路交通技术 ， 2 o o 8 ( i ) ： 8 9 9 2 蚰 、 斟螭