东水门索塔施工温控专项方案73.docx
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东水门索塔施工温控专项方案73
重庆东水门长江大桥
索塔施工温控专项方案
中铁大桥局股份有限公司
重庆东水门长江大桥项目经理部
2011年6月
目录
一、工程概述-1-
1.1编制依据-1-
1.2工程概述-1-
二、配合比设计-2-
三、大体积混凝土的温控计算-5-
3.1相关资料-5-
3.2温控计算-6-
3.3冷却管的布置及混凝土的降温计算-8-
四、温控指标-9-
4.1温度控制-9-
4.2冷却水-9-
4.3保温养护-10-
五、温控措施-10-
5.1混凝土配制-10-
5.2混凝土浇筑温度的控制-10-
5.3控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度-11-
5.4冷却水管的埋设及控制-11-
5.5内表温差控制-12-
5.6裂缝控制措施-12-
六、现场温度监测-15-
6.1检测元件的布置-15-
6.2监测元件的埋没-15-
6.3现场监测要求-16-
一、工程概述
1.1编制依据
1、《重庆东水门长江大桥工程施工设计图》（2010-12）
2、《施工图设计技术交底》（2011-5）
3、《招标文件》（2011-3）
4、《重庆东水门长江大桥总体施工组织设计》（2011-6）
5、《城市桥梁工程施工质量验收规范》（DBJ50-086-2008）
6、《混凝土索塔施工作业企业标准》（QBMBEC1004-2005）
7、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
8、《路桥施工计算手册》人民交通出版社2004版
1.2工程概述
东水门长江大桥索塔采用天梭形，包括上塔柱、中塔柱、下塔墩，采用C50混凝土，P1塔塔柱顶高程341.61m，塔底高程169.00m，索塔总高172.61m；其中上塔柱高46.5m，中塔柱高62.5m，下塔墩高63.61m；P2塔塔柱顶高程341.496m，塔底高程179.00m，索塔总高162.249m；其中上塔柱高46.5m，中塔柱高62.5m，下塔墩高53.496m，整个桥塔在横桥向平面内有外、中、内三条轮廓线，每条轮廓线均由圆曲线和直线组合而成。
下塔墩外轮廓为半径308.145m圆曲线，中、上塔柱外轮廓采用斜率为13：
95的直线，中塔柱与下塔墩连接段采用半径108.35m的圆曲线过渡；下塔柱中轮廓线为半径53.581m圆曲线，中、上塔柱中轮廓线为直线，斜率11.65:
96，在中塔柱与下塔柱连接段采用半径138.763m的圆曲线过渡；下塔柱内轮廓为半径46m的圆曲线，中塔柱内轮廓为半径227m的圆曲线，上塔柱为竖直线，只在塔顶7米处向外与中轮廓相交。
桥塔在桥面处横向最宽为35.0m，塔顶横向宽7.0m，塔底横向宽度P1塔为18.268m，P2塔为23.897m。
主塔纵向宽度塔底为11m，从塔底分叉处到桥面由11m变为9.0m，从桥面以上13米到塔顶由9.0m变为7.5m，按直线变化。
塔柱采用单箱单室结构形式，塔墩采用单箱多室结构形成，塔柱壁厚1.0m，塔墩壁厚2.0m，考虑景观效果，局部作细节处理。
主塔墩由于防撞需要，在180.0m标高以下采用C20素混凝土充填。
塔墩根部、塔墩分叉段及中、下塔柱连接段有混凝土实心段，为大体积混凝土，进行大体积混凝土的施工设计，采取有效的降温措施，防止温度应力、混凝土收缩等引起的裂缝。
此外在减少水泥用量、降低骨料入仓温度、加适量外加剂和精心养生等措施方面进行研究，减小水化热的影响。
大体积混凝土由于水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这三个阶段中混凝土的体积随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力，混凝土就会开裂。
二、配合比设计
混凝土自身的物理、热学性能是影响大体积混凝土温度裂缝控制效果最基本、最重要的影响因素，混凝土配合比优化是温控方案设计的首要任务。
1）混凝土配合比设计原则
表2-1混凝土配合比设计控制要求
要求
砼种类
特殊要求
一般要求
用途
C50（大体积）
1、尽量降低水泥用量（≤350Kg/m3）；
2、加大掺合料掺和比例；
3、坍落度200~220mm
4、缓凝时间≥30h；
5、使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。
1、1小时坍落度损失≤20mm；
2、压力泌水率S10≤40%；
3、含气量≤3.0%；
4、总碱含量≤1.8kg/m3；
5、钢筋混凝土中氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.1%；
6、预应力混凝土中氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。
；
7、混凝土强度应符合要求，且按照规范评定合格；
8、使用大掺量、双掺配合比；
9、建议使用聚羧酸系减水剂；
10、其他未列举项目应符合相关标准及设计要求。
用于大体积混凝土
C50
1、坍落度200~220mm；
2、初凝时间16~18h；
3、尽量降低水泥使用量，以降低水化热。
4、使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。
用于主塔墩底部分节段
C50（大流动性、预应力砼）
1、坍落度220~250mm；
2、扩展度≥550mm；
3、初凝时间16~18h。
4、使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。
用于主塔墩顶部分节段
C50钢纤维（大流动性、预应力砼）
1、掺加90Kg/m3钢纤维；
2、坍落度220~250mm；
3、扩展度≥550mm；
4、初凝时间16~18h。
5、使用岳阳洞庭湖天然中粗砂。
用于主塔墩顶锚索节段
注：
表中控制要素均考虑为入泵前检查控制，未考虑混凝土运输途中的变动。
大体积混凝土配合比设计原则是配制出绝热温升小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比小、线胀系数小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩的混凝土。
混凝土配合比按照低砂率、低坍落度、低水胶比、掺高效减水剂和高性能引气剂、高粉煤灰掺量的设计原则进行设计。
混凝土配合比设计控制要求见表2-1。
2）原材料的选定
为从根本上保证达到混凝土工程的质量控制要求，我部对混凝土工程所选用的原材料要求见表2-2。
表2-2混凝土原材料要求
材料名称
检验项目
检验要求
备注
水泥
比表面积
≥300m2/kg且≤350m2/kg
1、避免使用早强水泥；
2、应选用低碱水泥；
标准稠度用水量
/
安定性
合格
凝结时间
≥45min且≤600min
胶砂强度
符合标准要求
碱含量
≤0.80%
氯离子含量
≤0.06%
C3A含量
≤8%
细集料
颗粒级配
符合DBJ/T50-099-2010标准要求
1、混合砂细度模数不低于1.8；
2、特细砂细度模数不低于0.9；
含泥量
≤2.0%
泥块含量
≤0.5%
压碎值（机制砂）
<25%
石粉含量（机制砂）
MB<1.4
≤7%
MB≥1.4
≤2.0%
母材强度
≥80Mpa
氯离子含量
≤0.02%
碱活性
无碱活性反应
粗集料
颗粒级配
符合DBJ/T50-099-2010标准要求
1、来源固定，质量稳定；
2、颗粒均匀、洁净，形状良好。
含泥量
≤0.5%
泥块含量
≤0.2%
针片状颗粒含量
≤10%
压碎值
≤12%
母材强度
母材与混凝土强度等级之比不小于1.5
氯离子含量
≤0.02%
碱活性
无碱活性反应
外加剂
减水率
≥25%
优先选用聚羧酸类高效减水剂；
PH值
/
含气量
≤3.0%
密度
/
碱含量
≤10.0%
氯离子含量
≤0.6%
水
选用饮用水源
粉煤灰
细度
≥25.0%
Ⅱ级粉煤灰
需水量比
≤105%
烧失量
≤8.0%
氯离子含量
≤0.02%
矿渣粉
活性指数
7d
≥75%
S95级矿渣粉
28d
≥95%
含水量
≤1.0%
流动度比
≥95%
比表面积
≥350m2/kg且≤500m2/kg
烧失量
≥3.0%
三氧化硫
≤4.0%
氯离子含量
≤0.06%
结合混凝土原材料的质量要求，通过与两家商品混凝土搅拌站进行协商，我部选定以下混凝土原材料以供使用。
a.水泥
水泥选用低水化热普通硅酸盐水泥，品牌如下：
选用重庆拉法基水泥厂生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥（永固）。
选用重庆小南海水泥厂生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥（汉信），严禁采用早强水泥。
b.粉煤灰
选用重庆华能珞璜电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。
c.矿粉
选用拉法基腾辉生产的S95级矿粉。
d.细集料
C50及以上标号混凝土统一采用岳阳洞庭湖出产的天然中粗砂。
e.粗集料
选用重庆黄角垭碎石场出产的5～10mm及5～20mm连续级配石灰石碎石（永固）。
选用重庆巨成建材有限公司生产的5～10mm及10～20mm石灰石碎石（汉信）。
f.外加剂
选用三圣牌聚羧酸高效减水剂（永固）。
选用重庆建研科之杰新材料有限公司生产的聚羧酸高效减水剂（汉信）。
外加剂缓凝时间均不小于30小时。
3）索塔混凝土配合比
索塔混凝土配合比见表2-3。
表2-3索塔混凝土配合比（MPa）
施工配合比
单位体积原材料用量（kg/m3）
水泥
细骨料
粗骨料
外加剂
拌合水
F
K
350
685
1110
7.28
150
45
90
三、大体积混凝土的温控计算
东水门长江大桥塔墩根部、塔墩分叉段及中、下塔柱连接段有混凝土实心段，为大体积混凝土。
索塔底部为实心段，高5米，混凝土标号为C50，横桥向约20m,顺桥桥向11m，角部采用圆弧过渡。
浇筑时分两层浇筑，考虑与既有承台龄期相差时间长，下层浇筑厚度为2米，上层浇筑厚度3米。
下层布置两层冷却水管，上层布置三层冷却水管。
以冷却水管上下左右间距不大于1米布置为原则。
3.1相关资料
1）配合比及材料
桥墩混凝土：
C：
W：
S：
G：
F：
K=1：
0.43：
1.95：
3.18：
0.021：
0.13:
0.03
材料：
每立方混凝土含重庆小南海普通硅酸盐水泥42.5水泥350kg、洞庭湖砂685kg、沪蓉西石料厂5～20mm连续级配碎石1110kg、重庆建研科之杰point-400s缓凝效减水剂7.28kg、拌合水150kg，粉煤灰45kg、矿粉90kg。
2）混凝土拌和方式
采用自动配料机送料，拌和站集中拌和，混凝土运输至工地现场泵输送入模。
3.2温控计算
根据《路桥施工计算手册》里混凝土灌筑前裂缝控制施工计算，先计算混凝土的水泥水化热绝热升温值、各龄期收缩变形值、收缩当量温差和弹性模量，然后通过抗裂验算，得出相应龄期可接受的最大砼内外综合温差，再进采取冷却水管降温措施后的综合温差计算，验算其措施是否满足抗裂要求。
以P1索塔首节段为例进行温控计算，具体计算过程如下：
3.2.1不采取降温措施时的温控计算
绝热温升计算:
Th=mcQ/Cρ（1-е-mt）
式中：
Th—混凝土的绝热温升（℃）；
mc——每m3混凝土的水泥用量，取
350
Kg/m3；
Q——每千克水泥28d水化热，取
377
KJ/Kg；
C——混凝土比热，取0.96[KJ/（Kg·K）]；
ρ——混凝土密度，取2400（Kg/m3）；
е——为常数，取2.718；
t——混凝土的龄期（d）；
m——系数、随浇筑温度改变，取
0.3
；
计算结果如下表：
t（d）
3
6
9
12
Th（℃）
34.0
47.8
53.4
55.7
各龄期混凝土收缩变形
式中：
--龄期t时砼的收缩变形值；
--标准状态下最终收缩值，3.24×10-4
e
常数e=2.718；
M1、M2、M3…Mn--各种不同条件下的修正系数；
混凝土收缩变形不同条件影响修正系数
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
1.0
1.0
1.0
1.04
1.0
1.1
1.25
0.8
1.0
0.76
各龄期砼收缩变形值如下表
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
（×10-5）
0.83
1.64
2.42
3.19
3.92
4.64
5.34
各龄期砼收缩当量温差
ξy（t）：
不同龄期混凝土收缩相对变形值；
α：
混凝土线膨胀系数取1×10-5/℃；
各龄期收缩当量温差
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
Ty（t）
-0.83
-1.64
-2.42
-3.19
-3.92
-4.6
-5.3
各龄期混凝土最大综合温差
Tj：
砼浇筑温度，取
30
℃
T（t）:
龄期t的绝热温升
Ty（t）:
龄期T时的收缩当量温差
Tq：
砼浇筑后达到稳定时的温度，取
30
℃
混凝土最大综合温差
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
ΔT
21.59
29.90
32.82
33.57
33.44
32.98
32.38
混凝土各龄期弹性模量
E0:
砼最终弹性模量（Mpa），
C50
取定E0
3.45
×104N/mm2
混凝土各龄期弹性模量（×104N/mm2）
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
E（t）
0.82
1.44
1.92
2.28
2.56
2.77
2.93
外约束为二维时温度应力计算
E（t）：
各龄期砼弹性模量
α：
混凝土线膨胀系数1×10-5/℃
ΔT（t）：
各龄期混凝土最大综合温差
μ:
砼泊松比，取定0.15
0.15
Rk:
外约束系数,取定1
1
Sh（t）:
各龄期砼松弛系数
混凝土松弛系数如下表
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
Sh（t）
0.57
0.524
0.482
0.417
0.411
0.383
0.369
外约束为二维时温度应力（N/mm2）
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
б
-1.18
-2.65
-3.56
-3.75
-4.13
-4.11
-4.12
验算抗裂度是否满足要求
根据经验资料，把砼浇筑后的15d作为砼开裂的危险期进行验算。
（抗裂度验算）
fct=
2.64
Mpa（28天抗拉强度设计值）
同条件龄期15天抗拉强度设计值（达28天强度的75%）
龄期15天温度应力1.04MPa
2.0872
>1.05,抗裂度不满足要求
反算可得当二维温度应力为2.0872MPa时，15天时控制综合温差为：
16.8℃
3.2.2采取冷却水管降温措施时的温控计算
基本数据：
水的比执c水：
4200
J/kg℃
水的密度ρ水：
1000
Kg/m3
流量v水：
7.008
m3/h
浇筑砼量V砼：
400
m3
通水时间：
t
砼的比热c砼：
960
J/kg℃
进出口水处温差△T：
3
℃
降温计算：
T=（v水*t*ρ水*△T*c水）/（V砼*ρ水*c砼）
混凝降温计算如下表
通水时间（d）
3
6
9
12
15
18
21
降温T（℃）
6.90
13.80
20.70
27.59
34.49
41.39
48.29
预埋冷却水管后各龄期砼土内外温差：
时间（d）
3
6
9
12
15
18
21
温差（℃）
14.69
16.10
12.13
5.97
-1.05
-8.42
-15.91
内外温差不需要出现负值，因此通水一定时间后可结束通水。
外约束为二维时温度应力计算
E（t）：
各龄期砼弹性模量
α：
混凝土线膨胀系数1×10-5/℃
ΔT（t）：
各龄期混凝土最大综合温差
μ:
砼泊松比，取定0.15
Rk:
外约束系数,取定1
Sh（t）:
各龄期砼松弛系数
混凝土松弛系数如下表
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
Sh（t）
0.57
0.524
0.482
0.417
0.411
0.383
0.369
外约束为二维时温度应力（N/mm2）
龄期（d）
3
6
9
12
15
18
21
б
-0.80
-1.43
-1.32
-0.67
0.13
1.05
2.02
验算抗裂度是否满足要求
此时把砼浇筑后的6d作为砼开裂的危险期进行验算。
（抗裂度验算）
fct=
2.64
Mpa（28天抗拉强度设计值）
同条件龄期6天抗拉强度设计值（达28天强度的:
ln6/ln28）=0.5377
龄期6天温度应力-1.43MPa
1.0067
≤1.05,抗裂度满足要求
四、温控指标
根据计算和已有现场经验，按照施工流程，从配合比优化到养护全过程控制大体积混凝土结构的拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度，同时控制混凝土内部的温度场变化按照预计的目标发展。
4.1温度控制
水泥温度不宜高于65℃；
混凝土浇筑温度不宜高于35℃；
索塔混凝土内部最高温度控制不超过65℃；
4.2冷却水
冷却水流速应达到0.99m/s以上，流量应大于29.2L/min；
单根冷却水管长度不超过200m；
冷却水不宜过冷，冷却水水温与索塔内部最高温度温差不宜大于30℃，可采用上表面蓄水循环或水箱混合调温。
4.3保温养护
内外温差控制小于25℃；
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。
五、温控措施
塔墩根部、塔墩分叉段及中、下塔柱连接段有混凝土实心段，为大体积混凝土，进行大体积混凝土的施工设计，采取有效的降温措施，防止温度应力、混凝土收缩等引起的裂缝。
此外在减少水泥用量、降低骨料入仓温度、加适量外加剂和精心养生等措施方面进行研究，减小水化热的影响。
施工前需经过周密的理论计算、精心组织、协同配合，通过系统的测温监控，防止裂缝的产生，确保施工能顺利完成。
5.1混凝土配制
为使大体积混凝土具有良好的抗侵蚀性、体积稳定性和抗裂性能，混凝土配制按如下原则配制：
采用低水化热的胶凝材料体系，推荐大掺量矿物掺合料体系。
优选低开裂温度的配合比。
选用优质聚羧酸类缓凝高效减水剂。
在保持混凝土工作性的同时，可以减少砼用水量和水泥用量，降低混凝土温升，减小收缩，提高混凝土抗拉强度。
此外，缓凝时间长有利于混凝土自然散热，避免早期热裂缝的出现。
夏季施工实验室混凝土缓凝时间宜为30小时左右。
掺加优质引气剂，控制砼含气量在4%左右，可改善混凝土和易性、均质性，提高砼变形性能和抗开裂性能力。
选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料，优质骨料体积稳定性好，用水量小，可减小混凝土的收缩变形。
用低流动性混凝土，在满足施工的前提下，尽可能使用坍落度相对较低的混凝土，有利于减少混凝土用水量，降低温升、减少干缩，提高抗开裂性能。
5.2混凝土浇筑温度的控制
降低混凝土的浇
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