港湾沪蓉西四渡河大桥锚碇大体积砼.docx
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港湾沪蓉西四渡河大桥锚碇大体积砼
沪蓉西四渡河大桥锚碇大体积砼
温控方案
1工程概况
沪蓉西四渡河大桥恩施岸锚碇锚体内部和鞍基以及底座采用30号混凝土，锚体前锚面和后锚面采用40号混凝土，左右侧两鞍室之间的底部及锚体厚侧的底部采用20号混凝土，左右侧两鞍室之间的上部、锚体厚侧的上部及锚体的顶部采用15号碾压混凝土。
锚体混凝土总方量约为2万m3,属于大体积混凝
土结构，每块混凝土分层浇筑，各块之间采用2m厚浇段联结整体，后浇段浇筑微膨胀混凝土。
为防止锚体大体积混凝土出现温度裂缝，受路桥华南沪蓉西十六合同段项目经理部的委托，武汉港湾工程设计研究院对沪蓉西四渡河大桥恩施段锚体大体积混凝土温控施工方案进行了研究，计算了大体积混凝土的内部温度及仿真应力场，并根据计算结果制定了锚体不出现有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。
温控计算采用武汉港湾工程设计研究院开发的《大体积混凝土施工期温度场及仿真应力场分析程序包》进行。
沪蓉西四渡河大桥处于山与山之间，风速较大，昼夜温差较高，气候条件不利于施工，这就给施工带来了较大难度。
根据此特点，本方案进行了相应的温控计算和提出了相应的温控措施。
2混凝土原材料、配合比及计算公式
2.1混凝土原材料
1水泥：
采用葛洲坝水泥厂生产的低热425矿渣水泥。
2粉煤灰：
采用襄樊天键公司的I级粉煤灰。
3砂：
反修垭料场机制砂，细度模数3.46。
4碎石：
福岗料场碎石，粒径5－31.5mm。
5外加剂：
武钢浩源FDN高效减水剂。
6水：
河水
2.2混凝土配合比
混凝土标号为C30，施工配合比见表1。
表1混凝土施工配合比
标号
配合比
每方砼用材料量（kg/m3）
水泥
粉煤灰
砂
石
水
外加剂
C30
0.34：
1：
1.68：
2.53
315
120
729
1099
148
4.12
注：
以上配合比为推荐配合比，待试验室和监理复配后将确定最终施工配合比。
2.3混凝土水化热
通过试验得出混凝土水化热结果，见表2。
表2混凝土水化热结果
编号
水泥品种
粉煤灰掺量
（%）
水化热（J/g）
1d
3d
7d
1
32.5PDLH
0
128
176
206
2
20
112
153
183
3
30
98
143
169
2.4材料及热特性值
锚体混凝土标号为C30，材料热特性根据经验取值，见表3。
表3材料热特性值
物理特性
材料参数取值
最终弹性模量（kgf/cm2）
3.5×105
弹性模量变化系数
0.5、0.78
线膨胀系数（×10－6/℃）
6.61
泊松比
0.167
比重（×103kg/m3）
2.4
导热系数[kJ/（m.d.℃）
240
比热[kJ/（kg℃）]
1.0
绝热温升（℃）
30.6
绝热温升参数
0.8、0.65
2.5计算公式
2.5.1绝热温升
绝热温升数值模型取双曲线函数：
Q（τ）＝Q0（1-
е-
β）（3-1）
式中：
θ0－最终绝热温升，α，β为绝热温升变化系数。
混凝土的θ0和
α，β值分别为30.6、0.8、0.65。
2.5.2弹性模量
弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即
E（τ）＝E0＋E1（1-
е-
β）（3-2）
式中：
E0为初始弹模，E1为最终弹模与初始弹模之差，α，β为与弹模增长速率有关的两个参数。
其值分别取0.5和0.78
2.5.3徐变度
根据工程经验，取混凝土徐变度如下（单位:
10-6/Mpa）：
C（t,τ）＝C1（1+9.20τ-0.45）（1-e-0.30（t,τ））
+C2（1+1.70τ-0.45）（1-e-0.005（t,τ0）（3－3）
式中：
C1＝0.23/E2,C2=0.52/E2,E2为最终弹模
2.5.4放热系数
混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算：
（3－4）
式中：
βs为等效放热系数，β为放热系数，h1为保温层厚度，λ1为保温材料导热系数。
3大体积混凝土温控计算
3.1锚体混凝土
3.1.1计算条件
（1）锚碇锚块由独立两块组成，沿桥轴线对称，取其中一侧的大体积混凝土块进行计算，计算时未考虑锚块；
（2）锚块总厚度为23.01m最大平面尺寸为25.0mm×17.85m，拟分为12层浇筑，分层厚度划分见图1，锚块混凝土网格剖分见图2；
（3）计算时考虑紧贴锚块混凝土的基岩，取基岩厚度为2.0m弹模取值为3.4×105kgf/cm2
（4）混凝土标号为C30绝热温升为30.6℃；
（5）混凝土浇筑时间为7月初－11月份（气温资料见附表1），各月混凝土浇筑温度取值见下表：
月份
7
8
9
10
11
温度（℃）
27.4
28.6
24.6
20.2
15.2
（6）计算时考虑冷却水管降温效果。
每层混凝土中沿厚度方向布置Ф40mm的冷却水管，冷却水管水平间距为0.9m；
（7）在顶层混凝土覆盖前洒水养护，混凝土四周用木模板养护，拆模后用两层土工布保温，保温时间为15天；
（8）平均风速按6m/s考虑；
（9）计算时考虑徐变对混凝土应力的影响；
3.1.2计算结果及分析
（1）温度场主要特征值
混凝土浇筑后，一般在2－3天达到峰值，然后缓慢下降，上层混凝土浇筑后下层混凝土的温度会出现一定程度的升高。
由于锚块混凝土较厚，水化热很难散发，因此锚块混凝土中部温度较高，底部和顶部较低。
各层混凝土温度峰值见表4，温度包络图见图3、最大内表温差包络图见图4。
表4各层混凝土温度峰值
层号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
温度
44.1
48.3
49.7
50.9
46.2
48.5
51.5
51.8
44.6
45.9
48.3
47.4
（2）温度应力场主要特征值
混凝土1－12层在不同龄期最大温度主拉应力如表5－表16所示，应力
包络图见图5。
表5第一层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.69
0.95
2.11
3.25
表6第二层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.51
0.76
1.41
1.71
表7第三层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.39
0.68
1.32
1.68
表8第四层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.23
0.53
1.09
1.36
表9第五层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.32
0.77
0.79
0.92
表10第六层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.1
0.39
0.66
1.13
表11第七层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.33
0.45
0.98
1.2
表12第八层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.38
0.44
0.98
1.2
表13第九层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.19
0.27
0.53.
0.85
表14第十层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.13
0.4
0.67
0.96
表15第十一层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.2
0.37
0.72
1.22
表16第十二层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.25
0.47
0.57
1.09
（3）主要成果分析
由温度应力场计算结果可知，各层混凝土温度。
应力均在控制范围内。
根据混凝土劈裂抗拉强度试验结果，C30混凝土具有1.5倍以上的安全系数，因此锚块混凝土1－12层在施工期内不会出现温度裂缝。
3.2底座混凝土
3.2.1计算条件
（1）底座为高7m，宽4.3m，顶面长1m，地面长5m柱体，拟分为3层浇筑，厚度分别为2m、2.5m、2.5m，沿轴对称取1/2进行计算，锚块混凝土网格剖分见图6：
（2）混凝土浇筑日期为7月份－11月份，各层浇筑取值见下表：
月份
7
8
9
10
11
温度（℃）
27.4
28.6
24.6
20.2
15.2
（3）算时取基础弹模为3.4×105kgf/cm2；
（4）计算时考虑冷却水管降温效果。
混凝土中沿厚度方向布置Ф40mm的冷却水管，冷却水管平行间距为0.9mm；
（5）在顶层混凝土覆盖前洒水养护，混凝土四周用木模板养护，拆模后用土工布保温；
（6）由当地气象局根据历年统计资料来提供气温情况（气温资料见附表1），平均风力按6m/s考虑
（7）混凝土强度等级为C30，采用28天龄期抗压强度作为评定标准；
（8）计算时取混凝土最终绝热温升为30.6℃；
（9）混凝土线胀系数为7.0×10－6/℃；
（10）计算时考虑徐变对混凝土应力的影响。
3.2.2主要计算结果
（1）温度场主要特征值
混凝土浇筑后，一般在2－3天即达到峰值，然后缓慢下降，上层混凝土浇筑后下层混凝土的温度会出现一定程度的升高。
各层混凝土温度峰值见表17，各层混凝土温度包络图见图7、最大内表温差包络图见图8。
表17各层混凝土温度峰值
层号
1
2
3
温度
47.0
51.7
47.1
（2）温度应力场主要特征值
各层混凝土在不同龄期最大温度主拉应力如表18－表20所示，混凝土最大应力包络图见图9。
表18第一层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
1.22
1.54
1.76
2.08
表19第二层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.42
0.45
0.74
1.0
表20第三层混凝土不同龄期最大温度主拉应力（MPa）
龄期（d）
3
7
14
28
应力（σ）
0.24
0.43
0.63
0.82
（3）主要成果分析
由温度应力场计算结果可知，各层混凝土温度、应力均在控制范围内。
根据混凝土劈裂抗拉强度试验结果，底座混凝土具有1.5倍以上的安全系数，因此底座混凝土在施工期内不会出现温度裂缝。
4温度控制标准
根据计算结果，在施工期内为保证大体积混凝土不现有害温度裂缝，宜采取如下温控标准：
（1）混凝土内部最高温度不超过51.8℃；
（2）混凝土内表温差不超过25℃；
（3）混凝土浇筑温度不应超过30℃；
（4）混凝土降温速率不宜超过2.5℃/d。
5温控措施
5.1混凝土原材料选择及质量控制
（1）水泥：
水泥应分批检验，质量应稳定。
如果存放期超过3各月应重新检验。
（2）粉煤灰：
粉煤灰入场后应分批检验，质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596－91）的规定。
（3）细骨料：
砂含泥量必须小于2%，其它指标应符合规范规定，砂入场后应分批检验。
细骨料应尽量堆高，以降低混凝土出机温度；
（4）粗骨料：
石子级配必须优良，来源应稳定。
石子必须分批检验，使用前应用水冲洗，其各项指标必须符合规范要求。
粗骨料应尽量堆高，以降低混凝土出机温度；
（5）掺加性能优良的缓凝型高效减水剂，外加剂在使用前尽量配成溶液，拌和均匀后方可使用，配制应有专人负责，做好配制记录；若直接使用固体外加剂，则需提前分袋称好。
（5）水：
拌合用水应采用深层河水。
5.2优化混凝土配合比，降低水化热温升
优化混凝土配合比，尽量降低水泥用量，控制水化热温升，是大体积混凝土温控重要环节。
因此必须通过大量试验，筛选出减水率高、凝结时间长、性能优良的外加剂以最大限度的降低水泥用量，同时合理选择配合比参数，使混凝土工作性能优良，便于施工。
混凝土应具有良好的粘聚性，不离水，不泌水。
初始坍落度应控制在16－18cm，初凝时间应大于20h。
5.3混凝土浇筑温度的控制
混凝土浇筑温度最高不得超过30℃，否则应采取相应措施。
在每次混凝土开盘前，试验室要量测水泥、砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度，详细资料参考附1。
当浇筑温度超过控制标准时，必须采取以下措施：
1）混凝土尽量在夜间气温较低时浇筑。
2）砂石料尽量堆高并采取遮阳措施。
3）水泥入场温度不应超过50℃，否则应采取措施，如要求水泥厂家在水泥出厂前放置一段时间，或采取多次倒运的方法降低水泥使用温度。
4）当气温高于仓温度时，提高浇筑强度，尽量缩短混凝土运输时间和暴晒时间。
5）混凝土泵管外用草袋遮阳，并经常洒水降温。
6）当气温超过32℃时，采用加冰措施。
5.4控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度
各层混凝土浇筑间歇期应控制在7天左右，，最长不得超过10天。
为降低老混凝土的约束，要做到薄层、短间歇、连续施工。
5.5埋设冷却水管及其要求
5.5.1水管位置
根据混凝土内部温度分布特征，宜在混凝土中埋设冷却水管，冷却水管为Ф40mm的薄壁钢管，其水平间距为0.9m，冷却水管距混凝土表面不应大于1.0m，每根冷却水管长度不宜超过200m，冷却水管进出水口应集中布置，以利于统一管理。
锚体、底座冷却水管布置分别见图10、图11。
5.5.2冷却水管使用及其控制
（1）冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水；
（2）混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，各层混凝土峰值过后立即停止通水，通水流量应到达30L/min，为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升，采取二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定；
（3）应严格控制进出水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不超过30℃条件下，尽量使进水温度最低；
（4）待通水冷却全部结束后，应采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管；
（5）考虑现场实际情况，应在山上设置水箱（或水槽），供冷却水循环使用，并且应在上面搭一遮阳篷。
为保证冷却水的初期降温效果，项目部应提前成立专门班子，专门负责，优化冷却水管的管路布置，合理选择水泵，并配制修检人员，准备1－2台备用水泵，若管路出现故障应及时排除，保证冷却系统正常工作。
施工时，操作人员听从指挥，及时开启和关闭阀门。
5.6内表温差控制
为了防止混凝土出现温度裂缝，必须对混凝土进行内表温差控制。
做法如下：
每层混凝土浇筑后，混凝土侧面木模板外首先覆盖一层土工布，再用保温棚保温，并适当延长拆模时间，拆模后及时覆盖一层塑料薄模，再覆盖两层土工布保温，且拆模时间应选择一天中气温较高时段。
每层混凝土顶面凿毛后蓄约3cm厚水养护，最后一层混凝土顶面覆盖土工布保温。
5.7养护
养护对混凝土强度正常增长及减少收缩裂缝具有重要意义，因此施工中必须重视混凝土的养护工作。
各层混凝土表面首先应采取洒水（或蓄水）养护，然后覆盖土工布（或麻袋）、彩条布三层材料进行保湿和保温养护，防止混凝土出现裂缝。
6温凝土温控施工现场监测
6.1温度测试内容
根据温度计算结果，为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，应在混凝土中布设温度测点。
测点的布置按照重点突出、兼顾全局的原则，在满足监测要求的前提下，以尽量少的测点获得所需的监测资料。
根据结构的对称性和温度变化的一般规律，在锚体中心线对称的一侧布设测点，以一侧的监测数据来指导另一测施工。
共在锚体中布置327个温度测点。
测点布置在1/4范围并沿水平方向布置，测点布置见图12。
底部测点布置见图13。
在检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。
6.2温控监测流程
在混凝土浇筑前完成传感器的选购及铺设工作，并将展蔽信号线连接到测试棚，各项测试工作在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。
温控监测流程见图14。
锚碇混凝土温度监测记录见附表2。
6.3监测元件的埋设
参照《混凝土大坝安全监测技术规范》（SDJ336－89），并根据桥梁大体积混凝土的特点加以改进，由具有埋设技术和经验的专业人员操作。
为保护导线和测点不受混凝土挣捣的影响，用∠30×30×3mm角钢及减震装置进行保护。
监测元件埋设示意图见15。
6.4现场测试要求
各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。
混凝土的温度测试，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后装入每天测2次，直到温度变化基本稳定。
6.5监测所用仪器
仪器选择依据使用可靠和经济的原则，在满足监测要求的前提下，选择操作方便、价格适意的仪器。
温度检测仪采用JGY－100型智能化数字多回路温度巡检仪，温度传感器为PN结传感器。
◆JGY－100型智能化温度巡检仪可自动、手动巡回检测128个测点温度，并具有数据记录和数据掉电保护、历史记录询查。
实时显示和数据报表处理等功能。
该仪器测量结果可直接用计算机采集，人机界面友好，并且测温反应灵敏、迅速，测量准确，主要性能指标：
①测温范围：
－50℃－150℃；②工作误差：
±1℃；③分辨率：
0.1℃；④巡检点数：
128点；⑤显示方式：
LCD（240×128）；⑥功耗：
15W；⑦外形尺寸：
230×130×220mm；⑧重量：
≤1.5kg。
◆温度传感器的主要技术性能：
①测温范围：
－50℃－150℃；②工作误差：
±0.5℃；③分辨率：
0.1℃；④平均灵敏度：
－2.1mv/℃。
◆
附1：
混凝土的出机温度和浇筑温度
1、凝混土的出机温度T0
式中：
Qs、Qg――分别为砂、石的含水量，以%计；
Ws、Wg、Wc、Ww――分别为每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；
Ts、Tg、Tc、Tw――分别分为砂、石、水泥和水的温度。
2、混凝土的浇筑温度Tp
Tp=To+（Ta-To）（θ1+θ2+θ3+…+θn）
式中：
Ta――混凝土运输和浇筑时的气温；
θ1、θ2、θ3、θn――系数，其数值如下：
1）混凝土装、卸和转运，每次θ＝0.032；
2）混凝土运输时θ＝Aτ，τ为运输时间以分钟计，A参照下表；
3）浇筑过程中θ＝0.003τ，τ为浇捣时间以分钟计。
混凝土运输时冷量（或热量）损失计算参数A值表
运输工具
混凝土容积（m3）
A
自卸汽车
1.0
0.0040
自卸汽车
1.4
0.0037
自卸汽车
2.0
0.0030
长方形吊斗
0.3
0.0022
长方形吊斗
1.6
0.0013
圆柱形
1.6
0.0009
附表1：
气温表
气温表
气温
月份
上旬
下旬
下旬
平均
最高
最低
平均
最高
最低
平均
最高
最低
1
2.1
5.8
－0.6
2.3
0.1
－0.3
1.2
5.1
－1.2
2
2.8
7.3
－0.6
5.1
9.5
0.8
5.2
8.8
2.8
3
6.3
11.3
2.2
8.6
11.1
4.5
11.0
16.8
6.5
4
12.8
18.7
8.5
13.6
20.0
8.6
13.2
18.2
9.6
5
15.4
20.8
11.5
18.3
23.4
13.0
17.6
22.8
13.8
6
19.1
24.2
15.4
20.5
26.1
16.8
22.1
27.6
18.3
7
22.4
28.1
18.3
23.0
29.1
18.8
24.2
30.1
19.6
8
23.6
29.4
19.3
20.9
25.5
17.5
22.0
27.4
17.9
9
19.6
24.5
16.0
19.1
25.1
15.1
17.6
22.3
13.9
10
15.2
19.9
11.4
12.8
17.0
9.8
11.6
15.8
8.7
11
10.2
15.5
6.6
7.1
10.9
4.3
6.2
10.4
3.3
12
4.5
7.4
2.2
3.2
6.5
0.7
4.2
4.8
0.4
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