3箱梁施工裂缝控制方案.docx
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3箱梁施工裂缝控制方案
第三篇箱梁施工裂缝控制方案
第一章工程概况
本标段共有特大桥、大桥10座，总长度约13.407Km。
除雁荡山特大桥跨***高速公路为2-90m叠合拱梁外，其余均为现场浇筑钢筋混凝土梁。
其中32m双线整孔简支箱梁计346孔，24m双线整孔简支箱梁计36孔，总计382孔。
此外还有（32+48+32）三跨连续梁二联，（48+2*80+48）四跨连续梁一联，（40+64+40）三跨连续梁一联。
连续梁采用分节段吊篮悬臂法施工，最大节段为0#块，腹板厚分别为0.45m、0.65m、0.85m，（48+2*80+48）四跨连续梁C55钢筋混凝土方量为4621m3。
32m、24m跨度简支箱梁均为整孔单室箱梁，中点处箱梁高度为2.8m，梁宽为13m～13.4m，顶板厚度为0.34m，底板厚度为0.3m，肋板厚0.48m，内室净空为2.25*2.48m。
32m简支箱梁每孔钢筋混凝土方量315m3，24m简支箱梁每孔钢筋混凝土方量234m3，均需一次连续浇筑成型。
梁部C50、C55钢筋混凝土总方量约12.5万m3。
工期安排：
白石特大桥2007年12月31日竣工，其余桥梁2008年3月31日竣工。
工期达22个月，将不可避免地在全年各个季节施工梁体工程。
第二章裂缝成因分析
混凝土的质量受到人、料、机、法和环境的影响和制约，混凝土裂缝产生的原因也就很多，主要可以归纳为以下几点：
1.塑性收缩：
新浇混凝土表面暴露于空气中，由于风干和蒸发作用使水分脱离混凝土表面进入空气中，水分从构件内部迁移到表面的速率小于表面水分损失，表面就会干燥，而此时新浇混凝土的抗拉能力几乎为零，容易出现塑性收缩裂缝。
高性能混凝土（HPC）由于水胶比小，拌和物细集料多，泌水少，更容易产生收缩裂缝。
2.温度应力：
混凝土具有热胀冷缩性质，其温度线膨胀系数一般为（1.0~1.5）×10-5/℃。
并且由于混凝土是热的不良导体，胶凝材料水化后产生的大量的水化热难以迅速释放，造成内部温度迅速升高，易产生比较大的温度变形。
大体积混凝土因散热条件不一致，混凝土内外温差过大，当温度应力超过混凝土的极限拉应力时，就会产生裂纹。
3.混凝土自收缩：
箱梁混凝土由于粉煤灰、矿粉等掺合料的减水作用和聚羧酸高效减水剂的应用，混凝土配合比的单方用水量相当低，造成混凝土中的自由水量比较少。
混凝土的水化速度和二次水化速度快，随着水化的不断进行使空隙和毛细管中的水被逐渐吸收而减少，形成新的空隙，水泥石的内部相对湿度也随之降低，导致毛细孔水从饱和状态趋向不饱和，毛细管中的液面形成弯液面而产生毛细孔压力，使水泥石受负压作用引起混凝土的自收缩，当混凝土的自收缩应力超过混凝土的强度时，就会产生收缩裂纹。
4.养护条件：
养护是使混凝土正常硬化的重要手段，它对裂缝的出现有着关键影响。
混凝土在标准养护条件下，一般不会开裂。
现场施工中不具备标养条件，但应强调的是，现场混凝土养护越接近标养条件的湿度和温度，混凝土出现裂缝的可能性就越小。
5.施工质量：
混凝土在浇注施工中，振捣不均匀，或是漏振、过振等，会造成混凝土离析、粗细集料和胶结料分布不均匀、密实度差，从而降低结构的整体强度。
混凝土内部气泡不能完全排除时，气泡附着在钢筋表面则降低了混凝土与钢筋的粘结力，容易产生裂缝。
6.原材料及配合比：
原材料质量和配合比设计直接影响混凝土的性能和强度，是造成混凝土裂缝的不可忽略的原因。
砂、碎石含泥量超标、级配不良，外加剂、掺合料选用不合理，配合比设计不当，例如水胶比、水泥用量过大、砂率不当等，都会导致混凝土拌和物性能不好，收缩增大，从而增大裂缝发生的机率。
第三章裂缝控制目的
新建***铁路运行速度高，要求线路状态变形小，钢筋混凝土梁体是控制运行状态的主要结构物，因此施工阶段箱梁质量控制至为关键，裂缝控制是混凝土质量控制的重要一环，梁体裂缝控制的目的是为了减少引发裂缝的各种因素，抑制混凝土在硬化阶段裂纹的发展趋势，使得梁体混凝土不产生裂缝或者控制混凝土裂缝在允许范围内，从而提高混凝土的耐久性，达到预期的使用寿命。
第四章裂缝控制措施
***铁路Ⅲ标段位于***境内，属压热带海洋性季风气候。
夏季最高气温达36.6℃，冬季最低气温为－5.8℃。
年平均气温17.7～21.4℃，年均无霜期为240天左右。
全年降雨量为1100～2300mm，主要集中于4月～9月。
夏季易受台风、暴雨影响。
因此，箱梁混凝土工程的裂缝控制，在混凝土施工过程和养护阶段的温度控制方面，重点是夏季施工的温度控制。
本标段箱梁混凝土裂缝控制拟从原材料选择、配合比优化设计、混凝土施工过程控制、养护阶段温度控制四个方面采取措施。
4.1原材料的选择
4.1.1水泥
由于混凝土内部温升主要是由水泥水化热产生，为了尽可能地降低水化热及其释放速率，应优先考虑采用早期水化热低的水泥并尽可能降低水泥用量。
水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，早期水化热主要由C3A产生。
应选择C3A含量低、细度适合的水泥。
通过调查和试验验证，最终选定双猴牌P.O42.5水泥，其C3A含量为7.6％，满足客运专线混凝土验收补充标准小于10%的要求。
4.1.2砂
采用级配良好的闽江中砂，细度模数在2.4~2.7之间，含泥量为0.2%.由于其级配良好，空隙率小，总表面积小，单方混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热相应降低，裂缝产生的可能性就减少很多。
4.1.3碎石
粗骨料主要控制其级配和粒形，选择级配、粒形好的碎石，其空隙率也较小，每方混凝土的水泥用量就可以减少，对防止裂缝的产生有利。
最终选定的是反击式破碎机加工的自产碎石，采用5~10mm和10~25mm两种级配掺配，其堆积密度为1580m3/㎏，空隙率为39％，含泥量为0.3%，各项指标均满足客运专线验收标准要求。
4.1.4掺合料
在胶凝材料总量中，提高粉煤灰、矿粉所占比例，以降低水化热并提高混凝土和易性。
①粉煤灰：
由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，并产生较少的水化热，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀。
实际选用的粉煤灰产地为温州电厂，经检测，其主要指标为，细度：
8.2%，烧失量2.12%，需水量比为98%，均满足客运专线验收标准要求。
②矿粉，矿粉的作用在于可以和水泥、粉煤灰形成良好的级配关系（由于其颗粒粒径大小不同），提高混凝土的密实性，减小了混凝土的收缩、徐变，相应的也提高了混凝土的耐久性。
从降低混凝土的温升，减少混凝土化学收缩和自收缩的角度考虑，矿粉的比表面积宜控制在350~500㎡/㎏之间。
经过试验、筛选，最终选用宁波余姚产矿粉，其比表面积为399㎡/㎏,需水量比为89%，烧失量、活性指数等指标均满足要求。
4.1.5外加剂
要实现低水胶比、低胶凝材料用量且强度、耐久性满足设计要求，高性能的外加剂必不可少。
外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。
经过对比试验，最终选择的是格雷斯ADVA－152DL型聚羧酸高效减水剂。
经试验，其主要指标为减水率：
24.9％，含气量：
3.6%，28天抗压强度比为123%，均满足客运专线标准要求。
4.2优化混凝土配合比设计
为了提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗裂性能，实现降低混凝土绝热温升和内部最高温度的目的。
在设计箱梁混凝土配合比时，通过多次反复对比试配，以确定最佳的胶凝材料总量和外掺料粉煤灰、矿粉的掺量。
最终选定的配合比如下：
水泥
粉煤灰
矿粉
砂子
碎石
水
减水剂（ADVA－152DL）
（kg）
（kg）
（kg）
（kg）
（kg）
（kg）
（kg）
336
48
96
652
1110
158
3.9
表2－1混凝土理论配合比（每m3）
胶凝材料总量为480公斤，水泥用量为336公斤，外掺料用量为144公斤，掺量达30%（不包括普硅水泥中自身的外掺料），有效地降低了混凝土的最高温升。
对该配合比进行实测，环境温度为28℃时，混凝土拌和物出机温度为30℃，3天龄期混凝土芯部温度为58℃，满足设计要求。
通过混凝土绝热升温公式对比验证，计算出的3天龄期温升值为49.7℃，最高温度为52.4℃,与实测基本一致。
计算过程如下：
混凝土某个龄期的绝热升温按下式计算：
（2－1）
（2－2）
式中：
Tτ─龄期混凝土的绝热升温（℃）；
Wc－混凝土的水泥用量（kg/m3）；
Q－水泥的水化热（kJ/kg）；
C－混凝土的比热（kJ/kg.℃）；
ρ－混凝土的容重（kg/m3）；
m－随水泥品种及浇注温度有关的经验系数，一般取0.2~0.4；
τ－龄期（天）。
由式（2-1）可以看出，混凝土的绝热升温是混凝土内在的固有属性，单位体积混凝土水泥用量和水泥的水化热是影响混凝土绝热升温的主要因素。
这也证明了优选低热水泥、降低水泥用量的思路是正确的，可行的。
4.3施工过程控制
4.3.1搅拌站
搅拌站的夏季降温措施主要有：
①集料仓，搭设遮阳蓬，以避免阳光暴晒；砂石料堆，采用搭设遮阳蓬、喷洒冷水等方法降低集料温度。
②胶凝材料（水泥、矿粉、粉煤灰）储存仓，夏季白天温度高时，通过洒水来降低罐体温度。
控制水泥、矿粉、粉煤灰进入搅拌机的温度不大于40℃。
③搅拌站储水箱、皮带运输机采取遮阳措施。
在混凝土满足工作性的前提下，尽量缩短搅拌时间。
4.3.2现场材料
钢筋、模板：
炎热天气下灌注混凝土，应尽量避免模板和新浇混凝土受阳光暴晒。
混凝土入模前，通过浇洒冷却水来降低钢筋、模板温度，控制模板和钢筋的温度不超过40℃。
但浇筑前必须清除模板内积水。
冬季时，也应采取适当的覆盖措施，避免雨雪对钢筋、模板的直接接触。
4.3.3拌和、运输
拌和用水，夏季采用加冰水或井水搅拌混凝土，根据热工计算，在环境温度高于30℃时，要保证混凝土出机温度不高于30℃，拌和水温度宜控制在6～9℃。
计算结果如下表：
混凝土出机温度（℃）
砂石温度
水泥温度
要求水温
30
35
40
11.4
25
30
35
6.4
混凝土运输，夏季应对混凝土运输车身浇洒冷水以避免车身热量传入混凝土导致混凝土温度升高。
冬季则对罐体覆盖保温层。
4.3.4入模控制
选择合适的灌注时间，夏季一般安排在傍晚16:
00至18:
00之间开始浇筑，第二天早晨8:
00前完成浇筑工作。
不宜在早晨浇筑以免白天温度上升时加剧混凝土的内部温升。
控制混凝土入模温度不宜高于30℃.
4.3.5浇筑
箱梁施工采用的混凝土配合比，初凝时间为16h20min，终凝时间为19h35min。
能满足单孔箱梁混凝土浇注时间的需要。
浇注时，控制混凝土的浇注速度不宜过快，以利于利用梁体截面面积大的特点，通过混凝土自身散热，降低混凝土内部温度。
通过斜向、水平方向分层浇筑来控制混凝土的浇注速度。
混凝土浇注速度控制在30m3/h左右,最大摊铺厚度不宜大于400mm。
4.3.6养护
混凝土浇筑、振捣完毕，为了防止混凝土表面出现收缩裂纹，应加强新浇筑混凝土表面的收浆抹面工作。
整孔粱浇筑完后，2小时内开始抹面，反复多次进行，在混凝土初凝前完成收浆抹面工作，以消除收缩裂纹，并使平整度满足要求。
收浆抹面后要及时洒水并采用土工布覆盖进行潮湿养护，防止水分蒸发产生收缩裂纹。
根据客运专线混凝土养护要求，结合本地区历年气象条件，夏季梁板混凝土潮湿养护时间不宜少于28天。
养护时，注意控制养护水的温度与混凝土表面温度差，不得大于15℃。
4.3.7拆模
拆模除了要考虑强度因素外，还应考虑拆模时混凝土的温度因素。
梁体芯部与表层、表层与环境以及箱梁腹板内外侧混凝土之间的温差均不得大于15℃。
混凝土的温度不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。
混凝土内部开始降温前以及混凝土内部温度最高时不得拆模（需根据实际量测温度确定）。
4.3.8加强水化热散发的措施
混凝土浇注完后，采用适当的覆盖措施，避免夏季阳光直射和冬季寒风直接接触混凝土表面，减少与周围环境的温差幅度。
在夏季室外气温过高的条件下，为加快箱梁内室的热量散发，在混凝土灌注24h后，在箱梁孔内布设喷水管，定时喷水，并在一端安设通风机吹风，形成对流，通过水的蒸发和风的流动，吸收水化热，降低孔内温度。
4.4养护阶段温度控制
钢筋混凝土箱梁设计强度高，水泥等胶凝材料用量大，一次浇筑混凝土数量大，虽然混凝土最大厚度尺寸不是很大，但箱体内部空间小，降温条件差。
箱梁内部钢筋、孔道密布，难以布设内部降温循环水管路。
为此，箱梁混凝土施工温度控制从以下角度拟定措施：
1.降低水化热总量及降低水化热释放速率；
2.降低入模前混凝土及模板与环境温度差；
3.采取强制性热交换措施，加快散热速度，减少梁体内外温度差；
4.提高混凝土的密实度和抗裂性能，以增加混凝土硬化过程中抵抗外界环境温度变化的能力。
在原材料、混凝土配合比、施工过程控制三方面采取的具体措施前面已经介绍，以下重点说明一下温度控制的具体方案：
1.测点布设
梁体测温点共设28个。
分别为：
①梁顶两端、1/4、1/2、3/4各2点，共10点。
采用PVC管预留测温孔，插入混凝土内50~100mm。
②梁体两端波纹管内3～4m每端2点，共4点。
③腹板通风孔处外侧，梁体两侧1/4、1/2处，各1点，共4点。
④腹板通风孔处内侧，梁体两侧1/4、1/2处，各1点，共4点。
⑤梁体腹板中部内预埋探头，两侧1/4、1/2、3/4处各2点，共设6点。
2.测温仪器配置
仪器名称
数量
单位
备注
电子测温计
2
个
引线长不小于4米
带探头温度计
2
个
配备探头10个引线长不小于4米
红外测温仪
1
个
3.测温方案
箱梁测温点共布置28个，①#点测试混凝土表面温度；②#点测试环境介质温度；③、④#点测试箱梁腹板内、外侧温度；⑤#点测试混凝土芯部温度。
表面温度采用电子测温计进行监测，芯部温度采用预埋热电阻探头方式进行监测，环境温度采用红外线测温仪进行量测。
根据经验，大体积混凝土的温差变化在1～72h内波动最大，因此在这段时间现场值班不间断测量，测试频率为每6小时一次，测试时要求记录以下数据：
①混凝土入模温度；②每次测温时间，各测点温度值；③各部位保温材料的覆盖和去除时间；④浇水养护或恢复保温时间；⑤异常情况如雨、风等发生的时间。
4.人员安排
安排测温专职人员1人，混凝土达到最高温升前（一般为3～5天），每天每隔6小时测试1次，每日4次。
达到最大温升后，可减少为每日2次。
5.数据采集和资料整理
测温记录每天要及时整理，芯部温度、表面温度和环境介质温度取所测点数的平均值。
整理完毕后，绘制时间－温度曲线。
在混凝土达到最高温升前，根据时间（以小时计）、温度，将芯部、表面、环境温度绘制成三条曲线，分别用红、蓝、黑三色标识。
在混凝土达到最高温升后，可改为以每日为单位绘制曲线。
6.信息反馈
根据温度曲线及时对混凝土养护情况作出反馈，当环境温度与混凝土表面温度，混凝土表面温度与芯部温度达到12℃时，进入预警状态，要根据实测温度，查找原因，采取相应措施改变温差。
例如，如果是由于气候原因导致环境温度过低或过高，可采取加热或降低养护水温度，对梁体进行覆盖保温等措施控制温差。
当温差达到15℃时，进入红色警戒状态，要立即启动应急措施降低内外温差，确保混凝土的温差满足要求。
例如，若是芯部温度与表面温度超过允许值，必要时应采取搭设暖棚保温来控制温差，确保混凝土内外温差处于受控状态。
附：
1.测温点布设示意图；
2.温度测试记录表；
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