某公路大桥南塔承台大体积混凝土温控方案Word格式.docx
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水泥：
华新P.S32.5
粉煤灰：
阳逻电厂Ⅰ级灰
砂：
上巴河中砂，细度模数2.8
碎石：
5-25mm一级配
外加剂：
武汉LN-SP或上海通广久
2.2混凝土配合比优化
承台配比比较了不同粉煤灰掺量不同外加剂的情况
表2-1承台C35混凝土试验试配（kg/m3）
编号
水泥
粉煤灰
砂
碎石
水
外加剂
抗压强度（MPa）
7d
28d
1
344
86
739.6
1066.4
161.3
2.15
通广久
33.9
53.6
2
3.01
LN-SP
33.4
51.7
3
301
129
32.8
46.3
4
29.5
45.6
外加剂通过绝热温升试验比选，推荐采用LN-SP，因为采用它配制的混凝土表现出的放热速率低于上海通广久外加剂。
7天龄期绝热温升试验曲线见图1。
根据该曲线拟合混凝土放热系数为：
α=0.12、β=1.9
图1同配比不同外加剂的绝热温升曲线
经过反复试验比选，确定推荐配合比为
表2-2承台C35混凝土配合比（kg/m3）
LN-SP3.01
该配比混凝土劈裂抗拉强度及物理热学性能试验结果见表2-3、2-4；
表2-3混凝土劈裂抗拉强度试验值（MPa）
龄期（d）
7
28
C35混凝土
1.4
2.1
3.2
表2-4混凝土物理、热性能参数试验值
混凝土
等级
弹模增长指数
最终弹模
（MPa）
热胀系数
（1/℃）
比热
（kJ/kg.℃）
混凝土绝热温升（℃）
C35
0.17
3.8×
104
8.1×
10-6
1.1
38.0
3.仿真分析
3.1气象资料
黄石市位于湖北省东南部，长江中游南岸，北纬29°
30'
-30°
20'
，东经114°
13'
-115°
的中纬度地区，季风明显，四季分明。
受季风环流的影响，其气候特征是：
冬冷、夏热，光照充足，雨量充沛，为典型的亚热带大陆性季风气候。
每到春、夏季节，西南暖湿气流入侵时就容易造成暴雨、大暴雨。
另外，也有一些年份春夏发生持续多日的干旱少雨天气。
黄石年平均气温为16.8～17.0℃，下表3-1为黄石常年平均温度表，图2为历年气温统计。
表3-1黄石月平均气温表
月份
要素
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
平均气温（℃）
4.50
6.4
10.6
17.1
22.2
25.8
29.0
28.6
24.0
18.4
12.2
6.7
17.2
最高气温（℃）
13.7
23.2
27.6
34.9
33.5
35.8
37.5
37.4
33.8
27.7
27.0
20.4
最低气温（℃）
-3.7
-0.1
4.4
5.6
10.1
16.7
23.5
22.1
17.8
11.1
2.20
-5.1
图2湖北黄石地区历年气温统计资料
3.2设计资料
南塔承台采用C35混凝土，承台8m厚度分4.4m、3.6m两次浇筑成型；
受28根Φ2.50m钻孔灌注桩约束。
混凝土物理热学性能参考表2-4；
计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，混凝土的徐变取值按经验数值模型，如下所示：
C（t,τ）=0.333×
10-4（0.30＋4.38/τ）（1-e-0.25（t-τ））+
0.333×
10-4（0.252＋2.04/τ）（1-e-0.018（t-τ））；
其中:
C（t,τ）—徐变度（1/MPa）；
t—混凝土龄期（d）；
τ--徐变加荷龄期（d）。
3.3仿真计算
3.3.1模型参数
★根据南塔承台的结构对称性，取1/4模型进行有限元剖分计算。
承台计算网格剖分图见图3。
★南塔承台结构尺寸为42.0×
8m，拟在6月中旬开始浇筑混凝土。
★承台混凝土受28根Φ2.50m钻孔灌注桩约束，估算基础弹模为3.0×
104MPa。
★计算时考虑混凝土表面的保温，承台侧面考虑处于地面线以下，风速较小，顶面考虑覆盖塑料薄膜加土工布保温保湿。
经热工计算侧面等效保温系数为1268kJ/（m2·
d·
℃），顶面等效保温系数985kJ/（m2·
℃）。
★计算考虑冷却水管降温效果。
南塔承台共布设六层冷却水管，冷却水管水平间距按1.5m考虑。
★参考气候资料，平均风速按6m／s考虑。
★计算时考虑徐变对混凝土应力的影响。
★混凝土物理热学参数取值见表2-4，混凝土导热系数估算为206.35kJ/（m·
★温度及应力计算从浇筑开始，模拟之后一年的温度应力发展。
图3南塔承台1/4网格剖分图（附带等效约束基础）
3.3.2承台仿真计算
根据施工工期，承台浇筑温度按不超过28℃计算，在以上设定条件下，承台第一层内部最高温度为60.9℃，第二层内部最高温度为61.3℃，温峰出现时间为2-3天龄期。
承台最高温度包络图见图4。
承台温度应力计算结果见表3-2，应力场分布见图5。
图4承台最高温度包络图
表3-2承台温度应力场结果（施工期工况，气温稳定）
3d
14d
一年
承台第一层
1.25
1.16
1.74
1.69
1.58
承台第二层
1.20
1.10
0.68
0.80
0.58
安全系数
1.12
1.81
1.38
1.89
2.02
A1：
承台第一层3天应力场
B1：
承台第一层7天应力场
C1：
承台第一层28天应力场
A2：
承台第二层3天应力场
B2：
承台第二层7天应力场
C2：
承台第二层28天应力场
承台一年后的应力状态（单位：
0.01MPa）
图5南塔承台应力场分布图
结合表3-2温度应力结果、表2-3中C35混凝土抗拉强度可知，南塔承台温度应力危险点主要是在早期，有一定安全系数，需要注意早期内表温差的控制，加强外部保温和内部散热，严格执行温控措施，做好早龄期混凝土保温养护工作，可保证承台大体积混凝土不出现有害温度裂缝。
4.温控指标
结合仿真计算结果和已有现场经验，按照施工流程，从配合比优化到养护完成提出以下控制指标：
4.1混凝土性能参数
★C35混凝土绝热温升小于38℃；
★C35混凝土28天劈裂抗拉强度大于3.2Mpa。
4.2混凝土温度
★水泥温度不得高于60℃；
★混凝土浇筑温度不高于28℃；
★两层混凝土浇筑间歇期不超过10天；
★承台混凝土内部最高温度控制不超过62℃。
4.3冷却水
★冷却水流速应达到0.65m/s以上，流量应大于45L/min；
★单根冷却水管长度不宜超过150m；
★冷却水温度应当稳定，承台冷却水温不宜高于32℃。
4.4保温养护
★内外温差控制小于20℃；
★混凝土降温速率不宜大于3℃/d；
★淋注于混凝土表面的养护水温度不低于混凝土表面温度15℃；
★混凝土内部断面均温与环境温度之差小于20℃方可拆模；
★鉴于承台早期开裂缝风险较大，上表面宜采用保温保湿养护，可以减少表面干缩，保持温度稳定，采用塑料薄膜加土工布保温保湿。
5.控制措施及现场监测
大体积混凝土温控施工贯穿了从混凝土的原料材选择、配比设计以及混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护、保温等的全过程，是一个系统工程，需要施工各个环节精心组织，紧密配合才能达到良好的控制效果，具体有如下几个方面：
5.1混凝土浇筑温度的控制
降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。
相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。
在混凝土浇筑之前，可通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，估算浇筑温度。
若浇筑温度不符合控制要求，则应采取相措施。
降低混凝土入仓温度的措施有：
◆水泥使用前应充分冷却。
◆搭设遮阳棚，堆高骨料、底层取料、用水喷淋粗骨料。
◆避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过40℃，仓面降温可采取喷雾或洒水措施。
另外，应合理安排工期，炎热季节尽量采用夜间浇筑。
◆当浇筑温度超过温控设计标准，粗集料遮阳洒水亦不能满足温度要求时，可采用加冰措施或采用制冷机组冷却拌和水。
◆当气温高于入仓温度时，可加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。
混凝土输送管外用草袋遮阳，并经常洒水。
◆混凝土升温阶段，为降低最高温升，可对模板及混凝土表面进行冷却，如洒水降温、避免曝晒等，但洒水水温与混凝土表面温差应不大于15℃，不造成冷冲击为宜。
5.2冷却水管的埋设及控制
5.2.1水管位置
根据混凝土内部温度分布特征及控制最高温度的要求，承台埋设六层冷却水管。
冷却水管内径32mm，水管水平间距为1.5m。
水管布置示意图见附图1。
5.2.2冷却水管使用及其控制
◆冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水；
◆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尽快减缓或停止通水。
◆升温时段通水流量应使流速达到0.65m/s以上，形成紊流，降温时段，可通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土；
5.3内外温差控制
对于大体积混凝土，由于水化放热会使温度持续升高，如果气温不是过低，在升温的一段时间内应加强散热，如加大通水流量、降低通水温度等。
当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以降低降温速率。
为防止气温较低或突遇大风降温天气，侧壁可利用模板保温，上表面可采用塑料薄膜加土工布保温保湿，条件允许可蓄水养护，蓄水深度大于30cm。
侧壁拆模后宜尽快回填保温，利用地下恒温保护承台混凝土，避免温度裂缝。
混凝土保温充分、时间足够长，让混凝土慢慢冷却，拉应力会在混凝土徐变作用下部分松驰，直到温差达到允许范围，可有效控制裂缝的产生。
5.4养护
混凝土养护包括湿度和温度两个方面。
结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护。
因为水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构。
目前工程界普遍存在的问题是湿养护不足，对混凝土质量影响很大。
湿养护时间应视混凝土材料的不同组成和具体环境条件而定。
特别是低水胶比又掺有大量矿物掺和料的混凝土，为减少早期自收缩，保证表层混凝土有密实的微结构，充分的潮湿养护过程尤其重要。
湿养护的同时，还要控制混凝土的温度变化。
根据季节不同采取保温和散热的综合措施，保证混凝土内表温差及气温与混凝土表面的温差在控制范围内。
暴露于大气中的新浇混凝土表面应及时进行水养护。
承台混凝土上表面因没有模板保护，应覆盖塑料薄膜和土工布保湿，人工直接洒水易造成混凝土表面干湿循环，产生干缩裂缝。
5.5施工控制
为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对每一环节的施工控制，混凝土施工严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ04189）执行，并特别注意以下方面：
◆混凝土拌制配料前，各种衡器清计量部门进行计量标定，称料误差符合规范要求，严格按确定的配合比拌制。
◆混凝土按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，在下层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土。
◆严格按规范要求进行层间垂直施工缝处理，侧面混凝土表面可布设防裂金属网，防止表面裂缝的产生。
5.6现场监测
5.6.1监测仪器及元件
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结温度传感器。
JGY—100型智能化温度巡检仪可自动、手动巡回检测128点温度，并具有数据记录和数据掉电保护、历史记录查询、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：
64点；
⑤显示方式：
LCD（240×
128）；
⑥功耗：
15W；
⑦外形尺寸：
230×
130×
220；
⑧重量：
≤1.5kg。
温度传感器的主要技术性能：
-50℃～150℃；
0.5℃；
④平均灵敏度：
-2.1mv/℃。
经数十个大型工程应用证明，以上检测仪器及元器件性能稳定、可靠，成活率高，完全能够满足工程需要。
5.6.2检测元件的布置
测点的布置按照重点突出、兼顾全局的原则。
根据结构的对称性和温度变化的一般规律，在南塔承台沿桥中心线对称的一侧布设测点。
温度传感器在每层混凝土接近中心线上布置，该区域能够代表整个混凝土断面的最高温度分布。
在平面内，由于靠近表面区域温度梯度较大，因此测点布置较密，而中心区域混凝土温度梯度较小，因此测点布置减少。
南塔承台混凝土中布设3层测点，共39个，测点布置示意图见附图1。
5.6.3监测元件的埋没
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振捣的影响，用35×
35角钢及减震装置进行保护，监测元件埋设示意图见图6。
图6监测元件埋设示意图
5.6.4现场监测要求
各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。
混凝土的温度监测，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，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定，每次观测完成后及时填写记录表。
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。
5.6.5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，并将屏蔽信号线连接到现场测试间巡检仪上，各项测试工作在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。
温控监测流程图见图7。
图7温控监测流程图
5.7控制预案
如果现场施工过程中监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：
★监测浇筑温度超过控制范围，可以将粗骨料洒水、遮阳通风降温，拌合水投冰冷却，水泥储罐外壳散水散热等措施降低出机温度。
★监测最高温度偏高，可以加大通水流量，降低冷却水温度的措施，但注意冷却水温度控制在比混凝土中心温度低10～25℃之间。
配合如5.1节浇筑温度的控制，将最高温度降下来。
★监测环境温度较低，内外温差偏高，可通过加强内部降温，加大通水流量，加强外部保温，增加保温层厚度等措施来保护承台混凝土。
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