丹江口8#墩温控方案.docx
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丹江口8#墩温控方案
丹江口汉江公路大桥
8#主墩承台温度控制方案
中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司
目录
一、工程概况2
1.1结构简介2
1.2施工方案简介2
二、温度控制方案4
2.1基本计算资料4
2.1.1温度参数4
2.1.2冷却水管布置4
2.1.3混凝土热力学参数6
2.2温度控制计算结果8
2.2.1计算结果8
2.3温控措施10
2.3.1严格控制入模温度10
2.3.2表面保温保湿养护11
2.3.3采用管冷降温措施11
2.4温控依据及指标12
三、温度测点布置及监测13
3.1温控测点布置13
3.2温度监测频率及要求15
3.3温度测量设备16
附件一8#墩承台塔座通冷却水温度场及应力场计算云图17
附件二8#墩承台塔座不通冷却水温度场及应力场计算云图19
一、工程概况
1.1结构简介
新建丹江口汉江公路大桥位于丹江口大坝下游约6.5km，距上游城区老丹江口大桥950m；主桥采用主跨260m双塔P.C.梁斜拉桥方案，跨度组合为（145＋260＋85）m，长490m；引桥采用两联7孔40m标准跨度的连续T梁，跨度组合为3×40m＋4×40m，长280m。
8号塔基础平面为两个独立的圆端形承台，承台顶高程83.5m，厚度为5.0m；承台平面尺寸布置为23.25m（顺桥向）×17m（横桥向），圆端半径为8.5m；每个承台对应10根φ2.5m大直径钻孔灌注桩，桩长45m，按摩擦桩进行设计，桩尖嵌入中风化泥质粉砂岩（层号③）内。
塔座均为棱型台，厚度为2.0m；8号塔座底面尺寸为13.0m（横桥向）×19.25m（顺桥向），顶面尺寸为9.0m（横桥向）×15.25m（顺桥向）。
承台及塔座结构图见图1.1-1。
1.2施工方案简介
8#主塔承台采用C35强度等级混凝土，5m高。
施工时承台混凝土分两次浇筑，每次浇筑高度2.5m；通过优化混凝土配合比设计，使用粉煤灰作为外掺料，降低水泥用量，减少水化热量的产生；在混凝土内部设置冷却水管，利用循环水控制内外温差。
施工过程中将使用电子测温元件及时跟踪内部、外表面温度变化情况，并根据内、外测温的数据记录，分析判断内外温差的变化趋势，及时调整循环水流量或对混凝土外表面采取覆盖措施。
图1.1-1丹江口汉江公路大桥8#主墩承台及塔座结构图（单位：
cm）
二、温度控制方案
2.1基本计算资料
2.1.1温度参数
根据8#主塔承台施工进度计划，上游侧混凝土的浇筑时间在2014年12月～2015年1月，下游侧混凝土的浇筑时间在2015年1月～2月。
由相应月份的历史气温资料，取环境温度及入模温度如表2.1-1
表2.1-1环境温度及入模温度参数表
计算模拟施工步骤
混凝土部位
环境温度
入模温度
预计浇筑及养护时间段
循环通水时长
1
8#承台上游侧
5～10℃
10～15℃
2014.12～2015.1
15天
2
8#承台下游侧
5～10℃
10～15℃
2015.1～2015.2
15天
2.1.2冷却水管布置
8#主塔承台及塔座需在其内设置冷却管及测温元件。
架立骨架、冷却管、测温元件安装与钢筋安装同时进行。
冷却管采用Φ40钢管，架立骨架利用架立钢筋。
冷却管安装时注意管道畅通、接头可靠，并进行通水检验；冷却管进出水口位置可根据施工布置作适当调整，冷却管与结构钢筋相碰时，冷却管位置可适当调整。
8#主塔承台冷却水管布置见图2.1-1～3，塔座冷却水管布置见图2.1-4～5。
图2.1-18#主塔承台及塔座冷却水管布置立面图（单位：
m）
图2.1-28#主塔承台一、二浇筑层第1层冷却水管布置平面图（单位：
m）
图2.1-38#主塔承台一、二浇筑层第2层冷却水管布置平面图（单位：
m）
图2.1-48#主塔塔座第1层冷却水管布置图（单位：
m）
图2.1-58#主塔塔座第2层冷却水管布置图（单位：
m）
2.1.3混凝土热力学参数
1）混凝土配合比
计算时，弹性模量、强度、绝热温升以及混凝土配合比等参数都应该由施工单位通过严格的试验确定。
当无试验资料时则根据规范及经验取值。
根据施工单位提供的资料，计算混凝土配合比如下表2.2-1。
表2.1-18#主塔承台及塔座混凝土配合比
原材料
配合比（kg/m3）
备注
水泥
粉煤灰
水
外加剂
砂
碎石
规格
三峡Po42.5级
南阳鸭河
江水
高效减水剂
中砂
杨山
C35
294
126
189
5.46
698
1138
承台
C40
329
141
193
5.17
688
1124
塔座
2）水泥水化放热模拟
热源函数按如下公式计算：
F（t）=Qt*（1-e^（-mt））
式中：
Qt—水泥水化热绝热温升，m—导温系数；
以上参数按midas程序根据入模温度而提供的经验参数取值：
（1）承台，单位水泥用量357kg/m3，在浇筑温度15℃时，Qt为53.84℃，m为0.6705；
（2）塔座，单位水泥用量400kg/m3，在浇筑温度15℃时，Qt为59℃，m为0.735。
3）混凝土物理、热学性能参数
混凝土物理、热学性能参数选取见表2.1-2。
表2.1-2混凝土物理、热学性能参数
混凝土部位
强度等级
泊松比
线膨胀系数1/T
比重kg/m3
比热kJ/kN*T
热传导率kJ/m*hr*T
承台
C35
0.2
1×10-5
2500
96
10.6
塔座
C40
0.2
1×10-5
2500
96
10.6
4）混凝土收缩徐变
收缩徐变参数按Midas/Civil中的中国规范取用，其中混凝土湿度取70％。
2.2温度控制计算结果
采用大型通用计算软件MIDASCIVIL建立实体模型进行温控分析。
利用8#主塔承台及塔座的对称性，取结构的1/4建立有限元模型，计算模型见图2.2-1。
图2.2-18#主塔承台及塔座有限元模型
2.2.1计算结果
（1）温度场计算结果分析
表2.2-1温度场计算结果统计表
序
号
浇筑块
有冷却水管时
无冷却水管时
最高温度℃
到达时间h
最高温度℃
到达时间h
1
承台第一层
50.0
72
59.7
123
2
承台第二层
49.7
72
63.4
123
3
塔座
49.7
40
64.4
123
（2）应力场计算结果分析
表2.2-2应力场计算结果统计表
序
号
浇筑块
有冷却水管时
无冷却水管时
最大拉应力Mpa
主要分布的
部位
最大拉应力Mpa
主要分布的
部位
1
承台第一层
1.40
表面
4.3
表面
2
承台第二层
1.72
表面
5.2
表面
3
塔座
2.62
表面
5.0
表面
取通冷却水情况下各层特征点——拉应力最大点，绘制应力和容许抗拉强度时程曲线如图2.2-2，相应容许抗拉强度与拉应力比值时程曲线如图2.2-3
图2.2-2特征点应力和容许抗拉强度时程曲线
图2.2-3特征点容许抗拉强度与拉应力比值时程曲线
通过对8#塔承台及塔座混凝土浇注过程进行水化热分析，采取优化砼配合比、增加冷却管散热及加强外部保温保湿养护措施，能够满足承台及塔座在施工过程中不出现温度应力超过混凝土同期抗拉强度的情况，有效降低了温度应力引起的开裂风险。
2.3温控措施
2.3.1严格控制入模温度
在混凝土配合比及传热边界条件一定的情况下，混凝土入模温度越高，其所能达到的最高温度也就越高，与此相应的温度变形和温度应力也就越大。
此外，入模温度越高，混凝土水化反应速率越快，绝大部分水化热将在混凝土浇筑初期释放，对温控很不利。
8#主塔承台及塔座施工计划冬季进行，此时天气变化剧烈，混凝土浇筑应避开寒潮期，保证入模温度大于5℃。
同时，环境温度较低，为尽量减小大体积混凝土内外温差，降低混凝土保温养护难度，应尽量降低入模温度。
保证入模温度可采取以下措施：
1）对砂、石等原材料采取防晒储存措施，砂、石料存储仓实行顶盖+侧面遮挡防晒措施；
2）提前与水泥供应厂家联系，要求其采取措施将水泥入场温度控制在50℃以下；
3）拌和用水一般可采用低温水，如浇筑时环境温度过低，可采取温水；
4）在混凝土拌合之前先测量水、水泥、骨料及掺合料的温度，根据经验公式估算拌合后混凝土的温度；
5）对搅拌设备如配料斗、皮带运输机及搅拌机采取遮阳措施；
6）对混凝土泵管表面采取麻袋覆盖包裹，并浇水降温、保湿；
7）避免在高温时段浇筑混凝土。
2.3.2表面保温保湿养护
大体积混凝土的裂缝主要由温度应力和干缩应力产生，对混凝土表面进行保温保湿养护可以减小混凝土的内外温差，防止表面裂缝；防止外界气温骤降引起的危害结构安全的裂缝；有效减小干缩变形。
1）混凝土浇筑完成后在围堰顶部用土工布设置保温棚，采用电锅炉蒸汽养生方式控制保温棚内气温在20±2℃；
2）模板待温峰过后开始拆除，前期只允许松开螺栓，不允许模板吊离；
3）温峰过后3天，及时回填承台侧面与钢围堰四周的基坑，开始拆除下部支撑；
4）在确保保温棚内气温20±2℃时，可在承台顶面覆盖5cm循环水保湿养生；
5）待承台内部核心最高温度降至30℃时，根据温度实测结果，逐步降低保温棚内温度，直至与大气环境温度同步；
6）温控指标要求混凝土内表温差不大于25℃，根据温度实测结果在采取保温保湿措施后混凝土表面温度应满足温控指标的要求；
7）混凝土的强度发展与环境的温湿度密切相关，大体积混凝土采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时，其浇筑后的养护时间不得小于14d。
2.3.3采用管冷降温措施
“内降外保”是大体积混凝土实施温度控制的基本原则，其目的是降低混凝土内部最高温度，减小基础温差和内外温差，同时也可根据施工需要灵活的将混凝土温度降低至指定的温度。
1）水泵流量大小的调节。
拟采用在进水口设置分水阀的方式控制水泵流量大小。
2）冷却管水流量的大小、水温及通水时间的确定。
根据温控指标的要求（进出水口的温差宜小于或等于10℃，且水温与内部混凝土的温差宜不大于20℃；混凝土浇筑里表温差不宜大于25℃；混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d；混凝土浇筑体的表面与大气温差不宜大于20℃；混凝土浇筑体最高温度值不宜大于75℃），由现场温度监测情况并结合数值计算来确定。
3）冷却水循环系统的布置。
根据现场条件的情况，循环水箱布置在适宜的位置，在选择水泵和水管时应满足供水和承压要求。
2.4温控依据及指标
丹江口汉江大桥大体积混凝土温度控制的主要技术标准和规范如下：
1）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50－2011）
2）《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）
3）《混凝土质量控制标准》（GB50164-92）
4）《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）
其他的标准和规范按照招标文件、合同或业主要求采用和执行。
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）6.13节规定，结合现场的实际情况，主要温控指标如下：
1）进出水口的温差宜小于或等于10°C，且水温与内部混凝土的温差宜不大于20C°。
2）混凝土浇里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25°C；
3）混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0°C/d；
4）混凝土浇筑体的表面与大气温差不宜大于20°C；
5）混凝土浇筑体最高温度值不宜大于75°C；
三、温度测点布置及监测
3.1温控测点布置
本工程测点布置原则：
1）根据结构对称性的特点，选取1/4结构作为主要测试区域；
2）根据温度场的分布规律，对分层高度方向的温度测点间距作了适当调整；
3）充分考虑温控指标的测评。
8#主塔承台及塔座温度测点布置图见3.1-1～5。
最终测点布置将根据施工方案结合计算结果作适当调整，另布置进出水口温度测点、环境温度测点等。
图3.1-18#主塔承台及塔座温度测点立面布置图（单位：
m）
图3.1-28#主塔承台第一浇筑层1、3层及第二浇筑层2层
温度测点平面布置图（单位：
m）
图3.1-38#主塔承台第一浇筑层2层及第二浇筑层1层
温度测点平面布置图（单位：
m）
图3.1-48#主塔塔座1层温度测点平面布置图（单位：
m）
图3.1-58#主塔塔座2层温度测点平面布置图（单位：
m）
3.2温度监测频率及要求
温度监测频率和要求如下：
1）0#块块温度场测量：
混凝土入仓之前，应至少观测一次，检查仪器埋入后有无损坏，并观测仓内温度。
前1—3天为升温阶段，每4小时测1次；第3～5天为快速降温阶段，每6小时测1次；第6～10天每12小时测1次，第10～15天每24小时测1次。
2）大气温度测量：
与混凝土温度同步观测；
3）通水冷却过程冷却水温度测量与浇筑块温度场测量过程同步进行；
4）特殊情况下，如寒潮期间，适当加密测量次数；
5）在测温过程中如出现超过温控指标的情况，应及时分析原因并采取相应的措施；
6）每次观测完成后及时填写温度监测记录表。
3.3温度测量设备
温度测点采用JMT-36智能型温度传感器，测试精度0.5℃，温度测量范围-40℃～125℃，该传感器采用半导体材料制作，测量结果不受导线长度影响。
测试系统采用由JMZX-256多点自动综合测试仪及ZX－300型巡检仪。
JMZX-256多点自动综合测试仪是一种便携式多通道自动测试系统，采用分布式结构可由1～4个ZR-64型综合采集单元组成最多256点的测试系统，测试分辨率：
温度0.1℃、应变0.1με，通过RS-232标准串行接口与计算机连接后，可实现无人值守测量。
附件一8#墩承台塔座通冷却水温度场及应力场计算云图
附图1.1承台第一层浇筑72小时后的温度场（通冷却水）
附图1.2承台第一层浇筑72小时后的应力场（通冷却水）
附图1.3承台第二层浇筑72小时后的温度场（通冷却水）
附图1.4承台第二层浇筑72小时后的应力场（通冷却水）
附图1.5塔座浇筑40小时后的温度场（通冷却水）
附图1.6塔座浇筑40小时后的应力场（通冷却水）
附件二8#墩承台塔座不通冷却水温度场及应力场计算云图
附图2.1承台第一层浇筑123小时后的温度场（不通冷却水）
附图2.2承台第一层浇筑123小时后的应力场（不通冷却水）
附图2.3承台第二层浇筑123小时后的温度场（不通冷却水）
附图2.4承台第二层浇筑123小时后的应力场（不通冷却水）
附图2.5塔座浇筑123小时后的温度场（不通冷却水）
附图2.6塔座浇筑123小时后的应力场（不通冷却水）
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