哇加滩黄河特大桥承台大体积混凝土施工温度控制.pdf

6 O 世 界 桥 梁 2 0 1 5 ， 4 3 ( 2 ) 哇加滩 黄河特大桥承 台大体积混凝 土施工温度控制 叶 生春 ( 青 海 省高 等级公 路建 设管理 局 ， 青海 西宁 8 1 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 青海省 畦加滩黄河特 大桥主桥为 ( 1 O 4 +l 1 6 +5 6 0 + l 1 6 +1 0 4 )m钢 一混叠合梁斜拉桥 ， 承台长 4 2 m、 宽 2 5 5 m、 高 6 m， 为大体积混凝土结构 ； 桥址 区气温垂直分 布， 日夜温差较大 。为避 免该桥承 台表面 出现 大面积 的温度裂缝 ， 对 承 台大 体积 混 凝土施 工进行温度控制 。针 对桥址 气候特 点 、 承 台的特殊位 置等 因素 ， 从 原材料 、 混 凝土配合 比等方 面控制混 凝土 入模温 度和水化热总量 ； 采用有限元软件建立承 台 1 4模型 ， 根据计算 结果合理布置冷 却水管 、 制定保温方 案等 ； 通过在混凝 土 内布 设温度传感器 ， 对施工过程进行温度监控 ， 并根据温度数 据及 时调整保 温和水 化热排 出措施 、 调整 混凝 土内外温差 。采取 以 上措施 ， 承台施T 完成 时 ， 未发现大面积的温度裂缝 ， 且 混凝 土的温度峰值和内外温差均在规范允许值之 内。 关键词 ：承 台； 大体积混凝土结构 ； 温度 ； 裂缝 ； 混凝土配合比 ； 冷却水 管； 有限元法 ； 施 工控制 中图分类号 ：U 4 4 5 1 ； TV 5 4 4 9 1 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 6 0 0 5 l 概 述 大跨 径 斜拉 桥 承 台 为大 体 积混 凝 土 ， 在 混凝 土 浇筑成型期间 ， 受水泥水化热和结构传热性能的影 响 ， 大体积混凝土内部会产生高温并形成温度梯度 。 结构受内部或外部的约束 ， 将产生较大的温度应力 ， 容易 引起 混凝 土开 裂 ， 对 结构 的承 载能 力 、 耐 久性 和 安全 性产 生较 大 的影 响 。对 大 体 积 混凝 土 ， 朱 伯 芳 等 专家 和学 者 做 了 大 量 的研 究口 ， 依 托相 关 工 程 ， 提 出 了针 对性 的解决 办 法 。 公 路 桥涵施 工技 术 规范 提 出混 凝 土 内外 温 差要 控 制 在 2 5 以 内， 且最 高 温度 不超 过 7 5 。 青 海省 哇加 滩黄 河特 大桥 承 台长 4 2 t -n 、 宽 2 5 5 m、 高 6 m， 总方量为 6 4 2 6 m。 ， 为大体 积混凝 土结 构 。桥址为高寒 、 高温差以及干旱的气侯 。为了避 免 承 台产 生大 面积 温 度 裂缝 ， 在 承 台施 工 过 程 中进 行 温度 控 制 。 2工程 概况 哇加 滩黄 河特 大桥 位于 青海 省东 部 的黄 南藏 族 自治 州 、 海东 地 区 ， 大桥 为张 掖至 河南 高速公 路 牙什 尕至 同仁 公路 工 程 的控 制 性 工 程 。该 桥 主 桥 ( 见 图 1 ) 跨 径布 置 为 ( 1 0 4 + 1 1 6 +5 6 0 + l 1 6 + 1 0 4 )m， 长 1 0 0 0 m， 为 5跨 钢 一混 叠 合梁 双 塔 双 索 面斜 拉 桥 ； 单 个桥 塔墩 基 础共 2 4根 2 8 m 钻 孔 桩 ， 2 O号 、 2 1 号桥 塔基 桩 桩长 分 别 为 5 0 m、 6 2 m， 桩 中心 间距 顺 桥 向 7 0 m、 横 桥 向 7 5 m。承 台混 凝 土强 度 等级 为 C 4 o ， 采 用整 体式 ， 承 台尺寸 为 4 2 m2 5 5 m6 m( 横 顺 高 ) 。主墩 承台顶 标高 为 2 0 0 7 1 1 3 m， 底标 高 为 2 0 0 1 1 1 3 m， 主 2 0号墩 位 于 北 岸河 滩 水 中， 承台中心处水深 4 7 5 m。主 2 1号墩位于南岸 水 中 ， 距 离岸侧约 2 0 m， 承 台中心处水深 1 4 1 8 m。 1 0 4 1 1 6 5 6 0 1 1 6 1 0 4 、 变坡 点 j ， 一 坡点 。 = ， 一 1 墨 一 、 一 一 l_ 图 1主 桥 立 面布 置 示葸 该桥单个承台混凝土方量近 6 5 0 0 m。 ， 单次浇 筑方 量 近 3 2 0 0 m。 ， 混 凝 土 方 量大 ， 浇 筑 时 间长 ； 桥 址区交通不便 ， 原材料进场 困难 ， 施工组织 难度较 大 ； 承 台一半 位于 水 中 ， 一 半 暴 露 在空 气 中 ， 且 外 界 环境 温 度 的差 异较 大 ( 承 台计划 施 工 工期 在 1 0 1 1 月 份 ， 根 据 往 年 气 候 记 录 ， 该 月 份 日夜 温 差 平 均 达 1 5 ， 极 限温差 近 2 0 o C) ， 巨 大 的 温差 对 大体 积 混 凝土温控要求极高。 3混 凝土 施工 配合 比 、 浇 筑和 养生 控制 根据 公路桥涵施工技术规范 ， 控制大体积 混凝 土水 化热 ， 首先 是对混 凝 土 的原 材料 包括 水 泥 、 骨料 、 添 加剂 及 水 灰 比进 行 控 制 ， 尽 量 降 低 水 泥 用 量 ， 从而达到降低水化热的 目的。水泥应该避免使 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 0 1 一 l 4 作者简介 ： 叶生春( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 2 0 0 0年毕业于重庆交通学院公路与城市道路专业 ， 工学学士( E ma i l ： 4 0 4 9 8 6 5 4 3 q q c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 世 界 桥 梁 2 0 1 5 ， 4 3 ( 2 ) 日 莹 日 莹 一 一一一 - 二一 S ：一 N 8 5 1 一 - J 一 一 A ： N 8 5 1 一 最大 一 一S ： N 9 1 9 一 最大 一 一A ： N 9 1 9 一 最大 0 4 O 8 O 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 4 4 0 4 8 0 龄期 h ( f1 )第一层特征点 龄期 h ( b )第二层特征 点 圉 4混 凝 土 特征 点温 度 应 力 的 发 展 历 程 5温控 措施 根 据水 化 热 计算 结 果 ， 承 台 浇筑 采 取 如下 温 控 措施 ： 分层浇筑 ， 降低混凝土浇筑方量 。承台浇筑 分 2层浇 筑 ， 首 次 浇筑厚 度 3 1 T I ； 减少 浇 筑 时 间间 隔 ， 第 2层混凝 土施 工 控 制 在 1 0 d内 ， 以减 少 首 层 与第 二 层之 间的 温差 ； 针 对现场 温差 大 的特点 ， 搭 设 暖棚 ， 在夜 间增 加表 面覆 盖物 ， 确保 内外 温差 不超 过 2 5 ； 设 置 冷 却 水 管 ， 降 低 混 凝 土 内 部 温 度 。 冷却 水 管 布 置 如 图 5所 示 。冷 却 水 管 按 照 1 m 1 层 、 管距 1 m 进行 布 置 ， 1 层设 置 4个进 出水 口。 6温 度监 测及 结果分 析 在 混凝 土 中埋 人 温 度 传 感 器 ( 见 图 6 ) ， 测 量 混 凝 土不 同部 位温 度 变 化 ， 检 验 不 同 时期 的 温 度 特性 和 温差 标准 。当温 控措 施 效 果 不 佳 ， 达 不 到 温控 标 准 时 ， 及时 采取 补救措 施 ； 当混凝 土 温度远 低 于温控 标 准时 ， 则 可减 少温控 措施 ， 避 免浪 费 。在 监测 混凝 土温度 变化 的 同 时 ， 还应 监 测 气 温 、 冷 却 水 管进 、 出 口水温 、 混凝 土 浇 筑 温 度等 。混凝 土入 模 后 开 始测 温， 频率为每 2 h测试 1 次 ， 测试时间为 1 0 d 。 图 7为 2 0号 墩 的承 台第 一层 混凝 土浇 筑 完成 后 1 0 d内 的监测结 果 。其 中 ， 中心 点升 温 曲线 为第 一 层混凝土中心部位温度传 感器 的温度曲线 ， 边缘 点升温 曲线 为 承 台边 缘 测 点 温度 曲线 ， 长 边 温 差 曲 0一 L - ( a )平面 4 0 0 0 ( b ) 立面 单位 图 5 桥 塔承 台冷 却水 管布置( 圆圈处为进水 口) 4 2 0 0 cm 6 0 0 5 5 05 0 04 3 0 ( a )平面 I 承 台 浇 筑 分 层 线 2 ： 1 1 l ： 一 ： 1 ( b ) 立 回 单位 ：c m 图 6承 台 测 温 点 布 置 线 和短边 温差 曲线 分别 为 中心测 点与 承台 长边或 短 边边 缘测 点 的温度 差 。 分析 图 7可 知 ， 第一 层 混 凝 土核 心 混凝 土 最 高 温度 约为 5 8 ， 有 明显 的升 温 和 降温 过 程 ； 在 承 台 边缘 附 近测点 处混 凝 土 在 开 始 阶段 温 度 最 高 ， 随 后 温度在核心混凝土达到高峰后， 持续下降； 承台长边 方 向和短 边 中心测 点与 边缘 测点 的温差 变 化 曲线 基 本相 同 ， 测点 之 间的温度 差在 2 2 以内 。根据温 度 监测数据分析可以得到 ， 温度发展曲线 与理论分析 值基 本保 持一 致 ， 该 桥 中采 取 的降温 、 保 温措 施 效果 良好 ， 能有效保 障此次 承 台大体积混 凝土 的 质 量 。 4 3 2 O 弋 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 哇加滩黄河特大桥承 台大体 积混凝 土施工温度控制 叶生春 6 3 赠 龄期 h ( a )中心点升温 曲线 龄期 h ( C )长边温差 曲线 p 赠 龄 期 h ( b )边 缘点升温 曲线 龄期 h ( d )短边温差曲线 图 7 2 0号墩承 台第一层混凝 土温度监测结果 7 结 语 哇 加 滩黄 河 特 大 桥桥 址 气 候 为 高寒 、 高 温差 以 及干旱气侯 ， 且桥塔 墩承 台为大体 积混凝 土结构。 该桥 承 台温度 控 制从 混 凝 土 原 材 料 人 手 ， 通 过 采 用 低水 化 热水 泥 ， 降低混 凝 土拌合 温 度 ， 并 通过 配合 比 设计 ， 降低混凝 土的水灰比， 达到延缓和降低混凝土 水化热的 目的； 结合有限元计算结果采取 了合理 的 冷却水管及保温方案等温控措施 ， 有效 防止 了温度 裂缝的产生 ， 确保大体积混凝土施工质量 。 参 考 文 献 ： 1 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 2 杨秋玲 ， 马可栓大 体积混凝 土水化 热温度 场三 维有 限 元分析 J 哈尔 滨工 业 大学 学 报 ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 2 ) ： 2 6 1 26 3 3 唐 明敏 ， 张宏 杰 ， 万水大体积箱梁 o 、 1号块混凝土浇 筑温度控制 _ J 世界桥 梁 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 2 ) ： 6 2 6 5 4 蒋玉龙寒冷干燥地 区桥梁混凝土 薄壁 墩防裂技术研究 ( 硕士学位论 文) D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 7 5 胡可宁 ， 余毅宜 昌庙 嘴长江 大桥 大体积混 凝土 温度 控制l- J 世界桥梁 ， 2 0 1 4 ， 4 2 ( 5 ) ： 6 8 7 2 E 6 刘家彬 ， 郭正兴 ， 韦世 国 ， 等 润 扬长 江大桥南 锚碇超 大 体积混凝土温控技术 J 建筑 技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 1 ) ： 4 1 4 3 7 刘 昌国， 张书 良长距离 高压高 强泵送 混凝 土设计及 施 工 J 桥梁建设 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( s 1 ) ： 9 0 9 3 8 陈波苏通 大桥超大体 积承 台混 凝土 配制 、 性能及 温 度模拟 ( 硕 士学位 论文) D 南京 ： 东南 大学 ， 2 0 0 6 9 J T J 0 4 1 2 0 0 0 ， 公路 桥涵施工技术规范I s Te mpe r a t u r e Co n t r o l f o r Pi l e Ca p La r g e Vo l u m e Co n c r e t e C o n s t r u c t i o n o f Wa j i a t a n Hu a n g h e Ri v e r B r i d g e Y E She n g c h u n ( Hi g h Gr a d e Hi g h wa y Co n s t r u c t i o n Ma n a g e me n t De p a r t me n t o f Qi n g h a i P r o v i n c e ，Xi n i n g 8 1 0 0 0 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e ma i n b r i d g e o f Wa j i a t a n Hu a n g h e Ri v e r Br i d g e i n Qi n g h a i p r o v i n c e i s a s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e g i r d e r c a b l e s t a y e d b r i d g e wi t h s p a n a r r a n g e me n t o f( 1 0 4+ 1 1 6 + 5 6 0+ 1 1 6 + p 赵赠 p 赠 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 世 界 桥 梁 2 0 1 5， 4 3 ( 2 ) 1 04 ) m The Di l e c a p s a r e l a r g e v ol u m e c o nc r e t e s t r u c t ur e s wi t h d i m e ns i o n of 42 m 2 2 5 m ，6 m i n h e i g ht The a m b i e n t t e mpe r a t ur e a t t he b r i dg e s i t e i s v e r t i c a l l y di s t r i bu t e d wi t h gr e a t di f f e r e nc e dur i n g d a y a n d ni g ht To a v o i d t he pr e s e nc e of c o ns i de r a bl e t e mpe r a t ur e c r a c ki n g on t he pi l e c a p s ur f a c e，t e mp e r a t u r e c o nt r o l was c a r r i e d ou t f o r t h e l a r ge v ol u m e c o nc r e t e c on s t r u c t i on of t h e pi l e c a Ds I n l i g ht o f t he c l i ma t e c h a r a c t e r i s t i c s a t t he br i d ge s i t e a nd t he l oc a t i o n o f t h e p i l e c a p s，t he mou l d e nt e r i ng t e m p e r a t ur e a n d t ot a l a mou nt of hyd r a t i on he a t we r e c o nt r ol l e d f r o m a s p e c t s o f r a w mat e r i a 1 s an d c onc r e t e m i xi n g pr o po r t i o n The f i n i t e e l e me nt s of t wa r e wa s us e d t o e s t a b l i s h t h e 1：4 s c a 1 e mo de 1 o f t he p i l e c a p e f o r t h e s i mul a t i on a na l y s i s Ac c or d i ng t o t h e c a l c ul a t i on r e s ul t s ， t h e c o o l i n g wa t e r p i p e s we r e r a t i o n a l l y a r r a n g e d a n d t h e r ma l i s o l a t i o n s c h e me we r e d e t e r mi n e d By s e t t i ng t e m p e r a t ur e ga u ge s i n t h e c o nc r e t e，t h e t e mpe r a t ur e mon i t o r i ng a n d c o n t r ol f o r t he c on s t r uc t i o n wa S d o ne And a c c o r di n g t O t he t e m p e r a t u r e d a t a，t h e t he r ma l i s o l a t i on a nd hy d r a t i o n he a t d i s s i p a t i ng me a s ur e s we r e r e v i s e d，a nd t he i nn e r a nd ou t e r t e mpe r a t u r e d i f f e r e n c e o f t he c o n c r e t e wa s a d j u s t e d Th e r e s u l t s o f t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o li n d i c a t e t h a t n o l a r g e a r e a 0 f t e mp e r a t u r e c r a c k i ng wa s f ou nd a f t e r t he c o mpl e t i o n of pi l e c a p c on s t r u c t i on，a nd t he t e m p e r a t u r e c r e s t v a 1 u e a nd t h e i n ne r a nd ou t e r t e m pe r a t ur e d i f f e r e n c e of t he c o nc r e t e we r e a l l wi t hi n t he a l l o we d r a n g e p r e s c r i b e d i n t h e c o de Ke y wo r ds ：pi l e c a p；l a r ge v o l ume c on c r e t e s t r u c t u r e；t e mpe r a t ur e；c r a c k i ng；c o nc r e t e m i xing pr op or t i on；c oo l i n g wa t e r pi pe；f i n i t e e l e m e n t m e t ho d；c o ns t r uc t i o n c o n t r ol ( 编辑 ： 陈 雷 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m