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铁路大体积混凝土工程施工方案

1.编制说明

1.1.编制依据

（1）《高速铁路桥涵工程施工技术规程》Q/CR9603-2015；

（2）《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10572-2010；

（3）《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241号；

（4）《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010；

（5）《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009；

（6）《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010；

（7）《通用硅酸盐水泥》GB175-2007；

（8）《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010；

（9）《铁路桥涵工程施工安全技术规程》TB10302-2009；

（10）我公司拥有的科技成果、机械设备，施工技术及管理水平以及多年来工程实践中积累的施工及管理经验；

（11）现场踏勘、调查、采集、咨询及施工所获取的资料；

（12）中国铁路总公司下发的有关铁路建设施工安全、质量、文明施工方面的有关文件、通知。

1.2.编制原则

（1）全面响应并严格遵守该项目招标文件的要求。

（2）为确保安全、质量及工期，力求施工技术创新和采用新工艺、新设备、新技术、新材料。

（3）本施工方案根据本标段设计图纸，结合桥址的地质、水文、气候、气象条件及工程规模、技术特点、工期要求等多方面的因素而编制。

（4）严格遵守各有关设计、施工规范、技术规程和质量评定及验收标准，确保实现精品工程目标。

（5）合理安排施工顺序，做到布局合理、突出重点、科学组织、均衡生产，以保证施工连续均衡地进行。

实现管理程序化、工艺标准化、工装机械化、信息智能化等目标。

1.3.编制范围

本方案适用于徐盐铁路IV标段承台、墩身等需按大体积混凝土施工的结构。

2.工程概况

新建徐盐铁路站前及相关工程施工XYZQ-Ⅳ标段起止里程桩号为DK114+667.002~D2K161+100.000（其中DK116+845.9731=DK119+175，短链长2329.0269m），标段位于宿迁市境内，起于宿迁市宿城区，止于宿迁市泗阳县，正线长度44.104km。

本标段范围内包含特大桥2座，总长39023.73m：

其中宿迁特大桥，全长13891.25m，含6座连续梁；京杭运河特大桥，全长25132.48m，含3座连续梁。

中桥6座，小桥2座，涵洞12座，区间及站场路基长度5.08km。

共1处制梁场，预制架设767孔箱梁。

共两个车站，分别为宿迁站和洋河北站（预留站）。

DK136+000~DK161+100段邻近既有宿淮铁路，距离既有铁路约50m左右，最近处8米，其中5.36km需进行邻近营业线施工。

本标段大体积混凝土工程施工主要为桥梁承台、墩身施工，本标段主要混凝土结构工程量见下表。

表2徐盐铁路XYZQ-Ⅳ标主要混凝土结构工程数量表

序号

项目

混凝土方量（m3）

宿迁特大桥

钻孔桩

158479.1

承台（含回填和垫层）

83319.9

墩台

59562.34

连续梁

2-（32+48+32）m

2605.4

（48+80+48）m

2929.3

3-（60+100+60）m

12896.58

附属工程混凝土

45.8

CFG桩

591.24

桥面系

13891.25延长米

本桥工程量小计

320429.66

京杭运河特大桥

钻孔桩

213094.05

承台（含回填和垫层）

113374.6

墩台

77615.2

连续梁

（72+132+72）m

6987.1

2-（32+48+32）m

2605.4

简支梁

24m（59孔）

12980

32m（708孔）

202488

附属工程混凝土

68.8

桥面系

25132.48延长米

本桥工程量小计

629213.15

框架中桥（6座）

明挖基础（含承台）

8255.3

框架桥身及附属

15162.8

框架身内路面混凝土

1471.3

CFG桩

8286.99

工程量小计

33176.39

框架小桥（2座）

明挖基础（含承台）

2184.1

框架桥身及附属

6588.74

框架身内路面混凝土

2164.4

CFG桩

477.9

工程量小计

11415.14

涵洞（12座）

单孔D<3m（5座）

涵身及附属

624

明挖基础（含承台）

1113.1

CFG桩

1359

单孔3m≤D<5m（1座）

涵身及附属

182.9

明挖基础（含承台）

332.9

CFG桩

195.15

单孔D≥5m（1座）

涵身及附属

347.1

明挖基础（含承台）

267.7

CFG桩

784.04

双孔3m≤D<5m（1座）

涵身及附属

365.9

明挖基础（含承台）

733.7

CFG桩

293.63

双孔D≥5m（4座）

涵身及附属

658.1

明挖基础（含承台）

3879.8

CFG桩

1403.67

工程量小计

12540.69

以上各项目工程量累计

1006775.03

施工模板验算

3.1.承台模板验算

3.1.1.模板设计构件规格及布置

1、面板：

δ6；

2、肋：

10#槽钢，布置间距为300mm；

3、背楞：

双14#槽钢，布置间距为913mm；

4、边框：

δ14。

3.1.2.荷载分析

1、计算假定

新浇筑混凝土初凝时间（h）取t0=200/（20+15）≈5.71（h）；混凝土的浇筑速度v=2.0m/h；取混凝土侧压力计算位置处，至新浇混凝土顶面总高度为2.5×5.71=14.275m；浇注速度控制为2m/h，容重为25KN/m3，坍落度16～20cm，混凝土入模温度为5℃～30℃，取平均值20℃。

计算参数：

混凝土的浇注速度为2m/h；

混凝土的温度T=20℃；

外加剂影响修正系数β1=1.2；

坍落度影响修正系数β2=1.15；

混凝土的湿重度ν=25KN/m³；

混凝土的初凝时间t0可按下式求得：

t0=200/（T+15）。

2、基本荷载

1）砼最大侧压力按如下浇筑条件：

水平侧压力标准值：

F1=0.22ν×[200/（T+15）]×β1×β2×V1/2

=0.22×25×[200/（20+15）]×1.2×1.15×21/2=61.3KN/m²

F2=v×H

=25×14.275=357KN/m2

水平侧压力取值F1=61.3KN/m2=0.061N/mm2

2）振捣砼荷载：

=4KN/㎡

3、荷载组合

系数取值：

k活=1.4，k恒=1.2

=k恒qmax+k活

=1.2×61.3+1.4×4

=79.2KN/m2=0.079N/mm2

3.1.3.承台模板刚度分析

1、面板分析

（1）计算单元选取，在最大侧压力区选择1mm宽度（方便计算，实际计算结果及取值无关）分析：

I面==5.4（mm4）

w面==2.7（mm3）

（2）受力简图：

仅按平模分析基本为连续多跨，这里偏大按连续三跨分析，L=300-48=252（48为10#槽钢宽度）

（3）强度分析

=0.079N/mm2

M面=0.1×

L2=0.1×0.079×25202=501.7N·mm

σ=M面/W面=501.7/2.7=188N/mm2＜［σ］=215N/mm2

（4）刚度分析

=0.061N/mm2

==0.45（mm）＜［

］=0.8mm

故面板刚度合格。

2、肋刚度分析（按两端悬臂单跨向支梁分析）

（1）基本数据

对10#槽钢

I肋=1.98×106mm4

W肋=3.966×104mm3

因背楞宽度为

b=2×58+35=151mm

L=1200－b=1049mm

m=400－

=324.5

受力简图：

按两端肋承载宽度=300+300/2=450mm分析

=450×0.061=27.5N/㎜；

’=450×0.079=35.6N/㎜。

（3）强度分析

肋下端为悬臂，最大弯距在下端支座处

M肋==

=3022440N·mm

σ=M肋/W肋=3022440/3.966×104=76.2N/mm2

＜［σ］=215N/mm2

（4）刚度分析

λ==0.32

5-24λ2=2.54

-1+6λ2+3λ3=-0.29

=0.09（㎜）＜［

］=0.7㎜

=0.4（㎜）＜［

］=0.7㎜

故肋刚度合格。

3、背楞刚度分析

（1）基本数据

因竖肋较密，故背楞近似按承受均布荷载计算。

背楞为双14#槽钢

I肋=5.64×106mm4

W肋=8.05×104mm3

=1200×0.061=73.2N/㎜

=1200×0.079=94.8N/㎜

（2）背愣强度分析

肋下端为悬臂，最大弯距在下端支座处

M肋===2745000N·mm

σ=M肋/W肋=2745000/8.05×105=3.4N/mm2

＜［σ］=215N/mm2

（3）刚度分析

λ==0.4

5－24λ2=0.56

=0.1（㎜）＜［

］=0.7㎜

故肋刚度合格。

3.1.4.结论

按照承台模板设计方案所选δ6面板，10#槽钢肋，以及双14#槽钢背楞刚度合格，符合设计及施工要求。

3.2.墩身模板验算

3.2.1.模板设计构件规格及布置

模板面板为6mm厚钢板，竖肋为[10#钢，水平间距为300～350mm，小横肋为6mm厚钢板，高80mm，竖向间距500mm，背带采用2[28a，最大间距为1000mm，采用Φ25精轧螺纹钢对拉螺栓，水平间距最大为1000mm。

3.2.2.荷载分析

1、载荷：

砼的浇注速度为V=2m/h，浇注温度T=15°，则初凝时间为t0=200/（T+15）=7h，砼的密度rc=24.5KN/m3。

最大侧压力P1=0.22rct0β1β2V1/2

=0.22*24.5*7*1*1.15*21/2=61.36KN/㎡

侧压力取P=61.36KN/㎡

震动产生的侧压力P振=4KN/㎡

组合载荷：

∑P=61.36*1.2*0.85+1.4*4*0.85=67.35KN/㎡

取掉震动P=61.36*1.2*0.85=62.59KN/㎡

均布载荷∑q=67.35*1=67.35KN/m

q=62.59*1=62.59KN/m

检算标准

强度要求满足钢结构设计规范；

结构表面外露的模板，挠度为模板结构跨度的1/1000；

钢模板面板的变形为1.5mm；

钢面板的钢楞、主梁的变形为5.0mm。

3.2.3.墩身模板刚度分析

1、面板的校核：

取1mm宽面板，A=6mm2，W=6mm3，I=18mm4，q=67000/1000/1000=0.067N/mm。

（1）强度计算

Mmax=kmaxqly2=0.081*0.067*3502=665N*m

σmax=Mmax/γxWx=665/1*6=111N*mm2<215N*mm2

面板的强度满足要求。

（2）挠度计算

按最不利情况

平模板宽度取3800，边框竖肋位置0，325，675，925，1375，1724，2075，2425，2775，3125，3475，3800。

利用《结构力学求解器》得出第1、10单元有最大变形位移1.1mm。

第二和第十竖肋有最大支反力=25.18N。

面板的刚度满足要求。

2、竖肋的校核：

（1）竖肋用[10，支撑间距最大为1000，其

I=198.3*10-8m4，W=39.7*10-6m3

弯矩M=

==3148N.m

弯曲应力σ=M/W=

=79.3MPa＜205MPa

挠度

=0.8mm＜（1000/500=2.0mm）

竖肋的强度和刚度均满足施工要求。

（2）背带的强度校核：

背带采用2-[28a

[28a的截面积S=4002mm2，I=4753*10-8m4，W=340*10-6m3

q=67.5*1.0=67.5N/mm

弯矩M=

==52734N.m

弯曲应力σ=M/W==78MPa＜205MPa

挠度

=0.0018m=1.8mm＜2㎜

背带的强度、刚度均满足施工要求。

（3）组合变形：

1.1+0.8+1.8=3.7mm，满足施工要求。

3、连接螺栓的校核：

模板用M20标准件连接

（1）横法兰部位

Ｎ=PA=67*0.5×0.3=10KN

M20螺栓截面面积A=245mm2主要受剪

τ=Ｐx/Ａ=10×103/245=41N/mm2<[τ]=125N/mm2，故满足要求。

（2）圆端及直段连接部位

拉力值

Ｐx＝67.35×π×1.0×2.0=423KN

M20螺栓截面面积A=245mm2主要受拉

σ=Ｐx/Ａ=423×103/2×16×245=54N/mm2＜[σ]=215N/mm2，满足要求。

4、对拉螺杆校核

对拉螺栓采用精轧螺纹钢Φ25，截面面积Ａ＝491mm2

Ｐx＝67.35×1.0×2.0×√2=191KN

σ=Ｐx/Ａ=191×103/491=389N/mm2<[σ]=785N/mm2，远满足要求。

4.大体积混凝土结构应力计算

为便于以下温度应力和收缩应力的计算，以C35墩台身混凝土施工配比为例计算。

墩台身C35混凝土的配合比为：

P.O425水泥280kg，粉煤灰120kg，砂743kg，碎石1070kg，水153kg，减水剂4.0kg。

设定大气温度为28℃，混凝土入模温度为28℃，混凝土的尺寸厚度为2.5m。

4.1.混凝土绝热温升值计算

式中：

T（t）---在t龄期时混凝土的绝热温升（℃）；

Q---每千克胶凝材料水化热量（J/kg），按《铁路混凝土施工技术指南》得，其计算方式为Q=kQ0；

Q0---每千克水泥水化热量，k为粉煤灰掺量的调整系数，取0.93；

则

W---每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg/m³），据配合比得W=400kg/m³；

C---混凝土比热，一般为0.92～1.0kJ/（kg·℃），一般取0.96kJ/（kg·℃）；

ρ---混凝土的质量密度，根据配合比得ρ=2370kg/m³；

m---及水泥品种、浇筑温度有关的系数，0.3～0.5d-1，取夏期温度25℃时，据《建筑施工计算手册》表查得m=0.384；

t---混凝土的龄期（d）；

e---常数，为2.718；

经计算得混凝土在1d，3d，7d，14d，28d的绝热温升见下表。

表4.1-1混凝土各龄期的绝热温升值（℃）

龄期（t）

14d

28d

绝热升温值

20.3

43.5

59.2

63.3

63.6

4.2.各龄期混凝土收缩变形值的当量温度

式中

—龄期为t时混凝土的收缩引起的相对值；

—在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取3.24×10-4；

M1·M2·M3···M11—考虑各种非标准条件的修正系数，按《铁路混凝土工程施工技术指南》表D.2.1查得。

M1=1.0，M2=1.35，M3=1.21，M4=1.45，M5=1.09，M6=1.1，M7=1，M8=0.76，M9不修正，M10=0.89，M11=1.02；

各龄期混凝土收缩变形值时的当量温度（℃）：

式中Ty（t）—各龄期（d）混凝土收缩当量温度（℃）；

α—混凝土的线膨系数，取1.0×10-5。

具体计算结果见下表。

表4.2-1各龄期的混凝土收缩变形值及当量温度（℃）

龄期（t）

14d

28d

收缩变形值

6.318×10-6

1.877×10-5

4.293×10-5

8.300×10-5

1.551×10-4

收缩当量温度

0.63

1.88

4.29

8.30

15.51

4.3.各龄期混凝土弹性模量值

各龄期混凝土弹性模量计算式：

式中E（t）—混凝土龄期为t时，混凝土的弹性模量（N/mm2）；

E0—混凝土的最终弹性模量（N/mm2），一般近似取标准条件下养护28d的弹性模量，按《铁路混凝土施工技术指南》表D.3.1查得，C35混凝土28d的E0=3.15×104N/mm2；

β—掺合料修正系数，该系数取值应现场实验数据为准，在施工准备阶段和现场无试验数据时，可参考下述方法计算β=β1·β2；其中β1为粉煤灰掺量对应系数，β2为矿粉掺量对应系数，则β=0.98；

ψ—系数，应根据所用混凝土试验确定，当无试验数据时，可近似地取ψ=0.09。

具体计算结果见下表：

表4.3-1各龄期混凝土的弹性模量（N/mm2）

龄期（t）

14d

28d

弹性模量值

2657

7304

14428

22112

28386

4.4.混凝土的温度收缩应力值计算

式中σ—混凝土的温度（包括收缩）应力（N/mm2）；

△T—混凝土的最大综合温差（℃），其计算方法为：

T0—混凝土的入模温度（℃），现取T0=28℃；

Th—混凝土浇注后达到稳定时的温度（℃），一般根据历年气象资料取当年平均气温（℃），现取Th=20℃；

T（t）—浇筑完t时间后的混凝土的绝热温升值（℃），具体值见表4.1-1；

Ty（t）—混凝土的收缩当量温度（℃），具体结果见表4.2-1；

R（t）—混凝土的外约束系数，

其中；

H--为混凝土浇筑体的厚度，该厚度为块体实际厚度及保温层换算混凝土虚拟厚度的和（mm）；

Cx—外约束介质的水平刚度（N/mm3），取Cx=1.25；

E（t）—混凝土龄期为t时，混凝土的弹性模量（N/mm2），具体结果见见表4.4-1；

cosh—双曲余弦函数，据《建筑施工计算手册》附表查得；

S（t）—考虑徐变影响的松弛系数，取S（t=1）=0.611，S（t=3）=0.570，S（t=7）=0.502，S（t=14）=0.420，S（t=28）=0.336；

α—混凝土的线膨胀系数，为1.0×10-5；

ν—混凝土的泊松比，取ν=0.15。

具体计算结果见下表。

表4.4-1各龄期混凝土的温度收缩应力值（N/mm2）

龄期（t）

14d

28d

最大综合温差

20.84

38.21

50.74

55.55

59.53

外约束系数

0.716

0.431

0.267

0.189

0.152

温度收缩应力值

0.285

0.807

1.154

1.147

1.015

4.5.混凝土抗拉强度值及控制温度裂缝的条件计算

4.5.1.混凝土抗拉强度计算

ftk（t）--混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值（N/mm2）；

ftk—混凝土的抗拉强度标准值（N/mm2），C35混凝土为2.2；

γ—系数，近似取0.3。

具体计算结果见下表。

表4.5-1各龄期混凝土的抗拉强度值（N/mm2）

龄期（t）

14d

28d

抗拉强度值

0.57

1.31

1.93

2.17

2.20

4.5.2.控制温度裂缝条件

K--防裂安全系数，取1.15；

λ—掺合料对混凝土抗拉强度的影响系数，查表取λ=0.97；

ftk—混凝土的抗拉强度标准值（N/mm2），C35混凝土为2.2；

具体计算结果见下表。

表4.5-2各龄期混凝土的抗拉强度值及温度应力值（N/mm2）

龄期（t）

14d

28d

抗拉强度值

0.57

1.31

1.93

2.17

2.20

λftk（t）/K

0.481

1.101

1.628

1.828

1.855

温度应力值

0.285

0.807

1.154

1.147

1.015

由上表可知，混凝土在各龄期时的温度应力值均小于抗拉强度值，均满足抗裂条件的要求，所以在正常环境温度下下，自然养护不会导致混凝土内部开裂。

4.6.混凝土的实际温度计算

使用一维差分法：

式中：

α—混凝土导热系数，取0.0035m2/h。

混凝土在t1及t2时间之间所产生的温差：

Δt—间隔的时间段，

Δx—混凝土沿厚度分成的有限段，

—在第k时间里，第n层混凝土的温度，

—从（k-1）Δt天到kΔt天内散热温升，

m—温升速度系数（0.3～0.5），取0.5，

计算假定：

为方便计算，对混凝土的初始边界温度，即k=0时的温度，及土直接接触的混凝土下表面初始温度取为地基温度，上表面初始温度取为大气温度，混凝土内部初始温度取其入模温度。

混凝土上表面边界可假定为散热温升为0，即恒为大气温度；混凝土地基接触面边界的散热温升可假定取混凝土内部散热温升的一般，即

/2。

据计算及研究资料表明，当时，差分法可以取得比较好的计算结果，所以计算时取在1/4附近。

取Δt=0.5d=12h，Δx=2.5/6=0.417m，即将2.5m高的承台分为6层，

相应的差分法公式为

从上至下各层混凝土的温度分别用T1，T2，T3，…T6表示，相应的k时刻各层的温度即为T1k，T2k，T3k，…T6k。

混凝土及大气接触的上表面边界温度用

表示，及地基接触的下表面边界温度用

表示。

k=0，即kΔt=0d，上边界取大气初始温度，T0,0=28℃，

各层混凝土温度取入模温度，T1,0=T2,0=T3,0=T4,0=T5,0=T6,0=28℃，

下表面边界温度

取地基温度，

k=1，即kΔt=0.5d，则

上表面边界温度，散热温升为0，其温度始终同大气温度，T0,1=28℃，

则

以此类推，计算k=1d，2d，3d，……，28d时各层温度，计算结果如下表：

表4.6-1第1～28天各层混凝土温度变化统计表

第k天

大气温度

散热温升ΔTk

第1层

第2层

第3层

第4层

第5层

第6层

地基接触面温度

表面温度及大气温度差

芯部温度及表层温度差

28.0

10.90

28.00

26.2

8.49

38.90

33.45

12.70

0.00

27.4

6.61

44.31

47.38

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