天橋特大橋承臺大體積混凝土施工溫度控制
2017-02-27
1 前言
承臺大體積混凝土工程混凝土量大，澆筑時(shí)間長，混凝土砂、石材料和與往有所不同，為確保承臺大體積混凝土施工質(zhì)量，有效控制溫度變形裂縫不是單純的結(jié)構(gòu)理論問題，而是涉及到結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料組成和其物理力學(xué)指標(biāo)、施工設(shè)備、施工工藝等方面的綜合技術(shù)問題。因此必須對混凝土的溫度進(jìn)行有效的控制使之不出現(xiàn)有害溫度裂縫確保混凝土施工的質(zhì)量。
2 工程概況
天橋特大橋主墩基礎(chǔ)為長23.6m，寬20.6m，高6.0m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30，混凝土方量為2916.96m3，均采取一次性澆筑完成。承臺基礎(chǔ)為￠250cm×16根挖孔灌注樁。為避免承臺混凝土出現(xiàn)有害溫度裂縫，我們先期對承臺混凝土進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了承臺混凝土不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)制定出了現(xiàn)場溫控措施。
3 溫控計(jì)算
承臺混凝土在施工過程中，由于水化熱的作用，其內(nèi)部溫度變化歷經(jīng)升溫期、降溫期、穩(wěn)定期三個(gè)階段。隨著混凝土不同階段混凝土也隨之出現(xiàn)伸縮，當(dāng)混凝土體積變化受到約束，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。如果該應(yīng)力超過其同期混凝土的抗拉強(qiáng)度， 混凝土就會出現(xiàn)溫度裂縫。因此大體積混凝土必須采用溫控防裂措施。
3.1 計(jì)算條件
3.1.1 根據(jù)承臺結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 天橋特大橋承臺采用一次整體澆注，承臺中布置5層50mm的冷卻管，由于仿真分析計(jì)算中參數(shù)和邊界取值與實(shí)際施工過程有一定的偏差，因此有可能使仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果有一定的誤差。通過對天橋特大橋承臺水化熱進(jìn)行仿真分析，可知內(nèi)部最高溫度將達(dá)到52.4℃，內(nèi)外溫差達(dá)到14.4℃，因此在施工和養(yǎng)護(hù)過程中通過控制冷卻管通水可以達(dá)到控制水化熱的目的。
3.1.2 基巖按中風(fēng)化巖考慮，其彈性模量取30GPa；
3.1.3混凝土按6層澆筑，澆筑厚度分別為1m、1m、1m、1m、1m、1m。
3.2 溫度場主要特征
混凝土澆筑后一般在2～3d后即達(dá)到溫度峰值，溫峰持續(xù)10h后溫度開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至12～20d后降溫平緩，溫度趨于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。第一層混凝土內(nèi)部最高溫度約為43℃，第二層混凝土內(nèi)部最高溫度約為48℃。第三層混凝土內(nèi)部最高溫度約為52.4℃。第四層混凝土內(nèi)部最高溫度約為48℃。第五層混凝土內(nèi)部最高溫度約為46℃。
3.3 力場主要特征
混凝土應(yīng)力計(jì)算顯示，混凝土應(yīng)力最大值出現(xiàn)在第二層底部和第三層中部。
3.4 結(jié)果分析根據(jù)計(jì)算結(jié)果
承臺混凝土早期(14d左右)最大溫度應(yīng)力為1.1MPa，而此時(shí)C30混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度1.4-2.3MPa，抗裂安全系數(shù)K≥1.4，后期也有1.5以上的抗裂安全系數(shù)，不會產(chǎn)生有害溫度裂縫。
3.5 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)計(jì)算成果，在施工期內(nèi)為保證承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫，本工程采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：
3.5.1 混凝土最大絕熱溫升不應(yīng)超高60℃；
3.5.2 混凝土內(nèi)表溫差不超過25℃；
3.5.3 混凝土降溫速率不超過2.0℃/d。
3.5.4 水泥入場溫度不應(yīng)超過50℃，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施；
3.5.5 混凝土澆筑溫度不超過20℃，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施。
4 現(xiàn)場溫控措施
4.1 混凝土配合比的優(yōu)化
為降低水化熱溫升合理選擇級配良好的砂、石料，選擇優(yōu)良的混凝土外加劑，控制混凝土配合比，節(jié)約水泥用量，是降低混凝土內(nèi)部水化熱溫升的重要環(huán)節(jié)。
4.1.1 混凝土原材料質(zhì)量控制
a.水泥：水泥使用溫度不得超過50℃，否則必須采取措施降低水泥溫度。
b.粉煤灰：粉煤灰為畢節(jié)電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，入場后應(yīng)分批檢驗(yàn)。
c.砂：采用中粗砂。細(xì)度模數(shù)為2.3～3.1，屬Ⅱ級配范圍，含泥量≤2%，入場后應(yīng)分批檢驗(yàn)。
d.碎石：碎石主要采用顆粒級配為5～31.5mm連續(xù)級配或二級配。石子必須分批檢驗(yàn)嚴(yán)格控制其含泥量不超過1.5%。
e.外加劑：摻加緩凝型高效減水劑徐州超力超力聚羧酸CQP緩凝型高效減水劑。
4.1.2 混凝土配合比混凝土初始坍落度控制在12～18cm，初凝時(shí)間大于12h。施工采用配合比如表1。
4.1.3 現(xiàn)場混凝土施工要求
a.施工當(dāng)中由試驗(yàn)室派試驗(yàn)員專人負(fù)責(zé)施工配合比，嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，使其和易性滿足施工要求。
b.自高處向模板內(nèi)傾卸混凝土?xí)r，為防止混凝土離析，在施工中按以下要求進(jìn)行操作：
?、佼?dāng)直接從高處卸料時(shí)，高度不應(yīng)超過2m；
?、诋?dāng)高度超過2m時(shí)，應(yīng)通過運(yùn)用混凝土輸送軟管送料；
?、墼诖渤隽峡谙旅婊炷炼逊e高度不應(yīng)超過1m，及時(shí)攤平，分層振搗。
c.混凝土按規(guī)定厚度、順序和方向分層澆筑，必須在下層混凝土初凝前澆筑完畢上層混凝土。混凝土分層澆筑厚度不宜超過1m，并保持2臺混凝土泵輸送泵從畢節(jié)岸和威寧岸輸送混凝土進(jìn)行澆注。
d.澆筑時(shí)采用振動(dòng)器振搗振實(shí)：
?、儆?0插入式振動(dòng)器時(shí)，與側(cè)模應(yīng)保持20～40cm距離，并避開測溫預(yù)埋管10～15cm，應(yīng)插入下層混凝土10～15cm；
?、趯γ恳徊课换炷帘仨氄駝?dòng)到密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是：混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈平坦、泛漿。
4.1.4 現(xiàn)場混凝土澆筑溫度的控制
在每次開盤之前，試驗(yàn)室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，計(jì)算其出機(jī)溫度，并估算澆筑溫度，計(jì)算方法如下：
?、倩炷恋某鰴C(jī)溫度T0 T0=(0.20+QS)WSTS+(0.20+Qg)WgTg+0.20WCTC+(WW-QSWS)TW/0.20(WS+WG+WC)+WW
式中：QS、Qg分別為砂、石的含水量，以%計(jì)；WS、Wg、WC、TW分別為每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量(粉煤灰計(jì)入水泥中)；TS、TG、TC、TW分別為砂、石、水泥和水的溫度。
?、诨炷恋臐仓囟萒p=T0+(Tn-t0)(θ1+θ2+θ3+……+θn)
式中：Tn混凝土運(yùn)輸和澆筑時(shí)氣溫：θ1、θ2、θ3、θn―有關(guān)的系數(shù)，其數(shù)值如下：
a.混凝土裝、卸和運(yùn)轉(zhuǎn)，每次θ=0.03；
b.混凝土運(yùn)輸時(shí)θ=Aτ，τ為運(yùn)輸時(shí)間以分鐘計(jì)；
c.澆筑過程中θ=0.03τ，τ為澆筑振搗時(shí)間以分鐘計(jì)。
嚴(yán)格控制混凝土原材料的溫度，考慮混凝土方量大需要水泥量大，本項(xiàng)目組織20輛散裝水泥運(yùn)輸車，保證水泥的供應(yīng)，同時(shí)，在畢節(jié)岸與威寧岸拌合站水泥庫房儲存400T袋裝水泥；因天氣陰天多，砂、石料溫度不高；拌和水溫度僅達(dá)到17℃左右。
4.2 埋設(shè)冷卻水管及其要求
(1)根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，在每層混凝土中埋設(shè)冷卻水管，原設(shè)計(jì)冷卻水管為Φ32mm的黑鐵管改成Φ50×1mm的薄壁鋼管，其水平間距為1m，冷卻水管距混凝土表面大于10cm，冷卻水管進(jìn)出口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。
(2)冷卻水管使用及其控制
?、倮鋮s水管使用前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水。在混凝土澆筑中設(shè)2人專門負(fù)責(zé)檢查漏水并及時(shí)進(jìn)行防漏處理。
?、诨炷翝仓礁鲗永鋮s水管標(biāo)高10cm后即開始通水，各層混凝土峰值過后即停止通水，通水流量應(yīng)達(dá)到30L/min，通水時(shí)間根據(jù)測溫結(jié)果確定；
?、蹏?yán)格控制進(jìn)出水溫度，保證冷卻水管進(jìn)水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過25℃。
④待主通水冷卻全部結(jié)束后，應(yīng)采用同強(qiáng)度等級的水泥砂漿封堵冷卻水管。
4.3控制混凝土澆筑間歇期與混凝土養(yǎng)護(hù)
每次混凝土澆筑間歇期應(yīng)控制在5天。養(yǎng)護(hù)對混凝土強(qiáng)度正常增長及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中十分重視混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。承臺頂面采用塑料膜覆蓋并蓄水養(yǎng)護(hù)，側(cè)面主要采取灑水養(yǎng)護(hù)做法如下：在混凝土側(cè)面采用吊掛棉被養(yǎng)護(hù)，并推遲拆模時(shí)間，拆模時(shí)間23d，拆模后用塑料薄膜包裹保濕，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。
4.4 混凝土溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測
(1)溫度測試內(nèi)容。根據(jù)溫度計(jì)算成果，為做到信息化施工，真實(shí)反映各層混凝土的溫控效果，以便出現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效措施.
(2)現(xiàn)場測試要求。各項(xiàng)測試項(xiàng)目宜在混凝土澆筑后立即進(jìn)行，連續(xù)不斷?；炷恋臏囟葴y試，峰值以前每2h監(jiān)測一次，峰值出現(xiàn)后每4h監(jiān)測一次，持續(xù)7d，然后轉(zhuǎn)入每天測2次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。
(3)監(jiān)測所用器具。溫度監(jiān)測儀采用Φ50×1mm的薄壁鋼管，內(nèi)裝灌滿清水。
5 內(nèi)部溫度檢測結(jié)果
(1)承臺中心部位的溫度變化規(guī)律
承臺第一層澆筑后中心部位溫度24h后比入倉溫度升高20℃，差不多39h達(dá)到溫度最高值，增大水流量至最大。
第二層澆筑在第一層澆筑完畢全進(jìn)入第二層混凝土澆筑，由于下層混凝土對上層新澆混凝土的影響，第二層中心部位達(dá)到最高值，達(dá)50.1℃，持續(xù)時(shí)間17h，即較急劇下降，冷卻水停止，稍有反彈，8d后趨向平穩(wěn)。
第三層澆筑在第二層澆筑完畢后進(jìn)入第三層混凝土澆筑，同第二層一樣，由于下層對上層新澆混凝土的影響，其中心溫度最高達(dá)到52.2℃，此溫度持續(xù)12h。
第四層混凝土澆筑后，其最高溫度達(dá)到47.6℃，加大水流量為最大，高溫持續(xù)3天。
第五層混凝土溫度最高達(dá)到40.9℃，三天后溫度有所下降，達(dá)到36.1℃左右。
(2)邊緣溫度變化情況
由于榕江當(dāng)?shù)貧鉁夭桓?，邊緣溫度隨氣溫影響較小?；炷羶?nèi)表溫差始終小于溫控25.0℃標(biāo)準(zhǔn)，末造成傷害。
(3)冷卻水溫度情況
承臺所布冷卻水管是按照原設(shè)計(jì)施工，只是在溫度開始升高時(shí)流量加大，冷卻水通水時(shí)間控制在混凝土一開始有溫升即開始通水，待達(dá)到最高溫度開始下降，并每日降溫速率超過2℃時(shí)即停止通水，起到了早期削減溫峰，減小內(nèi)表面溫差的作用。
6 施工效果
本項(xiàng)目承臺混凝土大體積施工當(dāng)中，由于經(jīng)過較為準(zhǔn)確的計(jì)算、施工措施得當(dāng)、現(xiàn)場施工組織較為嚴(yán)密，承臺混凝土經(jīng)澆筑后拆模觀察未出現(xiàn)有害的溫度裂縫，溫控效果良好。上述施工措施對大體積混凝土施工中的溫度問題進(jìn)行了有效控制，避免了裂縫的出現(xiàn)，確保了大體積混凝土施工的工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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