主墩承台（系梁）温控方案.docx

目录115i11.2承台大体积混凝土施工温控的必要性22、带IJ23、11*33.1v*fSE3321-34冷却水管及测温元件埋设54. 1/十去542P¼!1111.yGI65、混凝L水化热分析"算74.1 75. 2材料和热特性数据853仿真"f*算结果87、现场温度控制措施178、511lJu201、工程概况1.1 工程概况顺通大桥主桥为双塔双索面钢箱混合梁斜拉桥，桥跨布置IlOm+413m+l10m；混凝土主梁和钢主梁均采用分离式双边箱PK梁断面，主桥桥塔基础采用群桩基础。主桥共4个塔柱，单个塔柱基础采用12根直径2.5m钻孔灌注桩，横桥向3根，顺桥向4根。采用大直径桩基础，最大桩径2.5m,桩底位于中/微风化花岗片麻岩中，最大有效桩长大良侧为42m、49m,容桂侧为42m。北塔塔高151.4m,南塔塔高155.93m。塔柱采用钢筋混凝土单箱单室箱形断面，上塔柱横桥向径向尺寸5.5m（含外侧圆弧），顺桥向尺寸7.0m,横桥向壁厚1.0m,顺桥向1.2m；中塔柱横桥向水平尺寸5.6m,顺桥向尺寸7.0m,横桥向壁厚LIm,顺桥向1.2m；北塔下塔柱水平尺寸由5.678X7.Om变化至6.7×8.7m,南塔下塔柱平面尺寸由5.678×7.Om变化至6.873×8.967m,下塔柱横桥向壁厚1.5m,顺桥向1.5mO主墩采用分离式承台，两承台之间设系梁，单个承台尺寸均为长X宽X高=14.7m×19.9m×5.5m,主2号墩系梁尺寸为长X宽X高=27.2mX9mX4.5m,主3号墩系梁尺寸为长X宽X高=26.5m×9m×4.5m。承台采用C35混凝土,主2号墩承台方量3180.In?,系梁方量IloL611主3号墩承台方量3180.Im3,系梁方量1073.311总方量为8535.Im3o封底采用C25混凝土，封底厚度为0.5m。承台均为埋置式承台。表Ll-I主墩承台(系梁)尺寸表序号墩位结构物长X宽乂高(m)顶标高(m)底标高(m)设计水位基坑深度河床标高基坑开挖深度备注1主2号墩承台14.7×19.9×5.5-5.241-10.741+212.741-3.27.541左右幅系梁27.2×9×4.5-5.241-9.741+211.741-3.26.5412主3号墩承台14.7X19.9X5.5-9.771-15.241+217.241-7.57.741左右幅系梁26.5×9×4.5-9.771-14.241+216.241-7.56.7411.2 承台大体积混凝土施工温控的必要性顺通大桥主墩承台(系梁)属于大体积混凝土施工。混凝土的凝结和硬化是水泥和水之间发生化学和物理变化的结果。大体积混凝土浇筑后由于水泥水化放热作用，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亦随温度的升降而相应膨胀或收缩，各块混凝土体积变化受到约束时就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力，混凝土就会开裂。为此，需要根据混凝土物理、热学性能试验，计算承台大体积混凝土的内部温度场及仿真应力场，并根据计算结果制定了不出现有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。2、编制依据(1)公路工程质量检验评定标准第一册土建工程(JTGF80/1-2017)；(2)公路桥涵施工技术规范(JTG/T3650-2020)；(3)大体积混凝土施工标准(GB50496-2018)；(4)水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程(JTS202-1-2010)；(5)大体积混凝土温度测控技术规范(GB/T51028-2015)；(6)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)；(7)佛山市顺德区金沙大道南延线工程施工图纸。3、基本计算资料3.1 气候特征本工程位于佛山市顺德区，地处北回归线以南，属亚热带海洋性季风气候，日照时间长，雨量充沛，常年温暖湿润。年平均降雨量多达1648mm,年平均湿度为82机2月至3月份多低温阴雨天气，7月至9月份为台风活动季节，台风期间有时发生强台风，对承台（系梁）施工造成较大破坏。大良、容桂镇地处珠江三角洲，属亚热带季风气候，夏季漫长、春秋则短。夏季高温，雨量充沛，冬季冷凉干燥，无严寒天气，年平均气温21.8。春夏两季雨量最多，每年的4月至10月是汛期。每年夏秋台风活动季节。最冷月（1月）平均气温12.9,最热月（7月）平均气温28.7,极端最高气温38.2,极端最低气温一1.9。风况：最大风速32.2ms°3.2 施工资料3. 2.1配合比选用先由试验室通过设计和试配确定碎设计配合比，并以使碎满足和易性、凝结速度等施工条件，且符合强度、耐久性等质量要求为原则，混凝土坍落度控制在18÷2cm,以保证混凝土具有可泵性，并上报监理工程师批复。各种材料如下：水泥。宜优先选用中低热水泥，水泥的铝酸三钙含量不宜大于8%,且应满足设计要求、收缩小、和易性好和节约水泥的原则；同时水泥应符合国家标准,且应附有制造厂的水泥品质试验报告等；水泥进场后，经验收合格后方能投入使用。粉煤灰应选用优质H粉煤级灰； 粗骨料。选用连续级配5mm31.5mm的碎石。 细骨料。选用级配良好的中粗砂，砂率控制在40%左右； 水。采用井水，以降低混凝土的温升值。 外加剂。减水剂宜选用缓凝型高效减水剂，减水率不宜小于18%,其中缓凝成分不应为糖类。通过试配掺加粉煤灰，以节约水泥用量。施工时，试验室根据实际采用的粗细骨料的含水量，对混凝土用水量做相应调整，待满足施工要求后方可进行混凝土浇筑。承台C35、C25混凝土配合比见表3.2-1°表3.2-1承台C35混凝土理论配合比混凝土容重水胶比砂率水泥(kg)粉煤灰(kg)矿渣粉(kg)砂(kg)碎石(kg)外加剂(kg)水(kg)C352410kgm30.442287435877210944.26155C252408kgm30.474225564080111353.191502)物理热学性能混凝土抗拉强度试验值见表3.2-2,物理热学性能试验值见表3.2-3o表3.2-2混凝土劈裂抗拉强度试验值(MPa)龄期(d)728C25碎34.643C35碎41.952表3.2-3混署E土物理、热性能参数物理特性弹性模量(MPa)线膨胀系数泊松比比重(×IO3kgm3)导热系数(kcalmh*C)比热(kjkgOC)绝热温升()C25碎2.8×104LOxlO-50.22.402.540.9641.05C35碎3.15×104LOxlO_50.22.412.540.9644.573.2.2计算公式模型3.2.2.1绝热温升绝热温升数值模型取双曲线函数：&)=Q)(Ie")(4-1)式中：最终绝热温升；%万一绝热温升变化系数。Ql,(4-2)CP式中：W每混凝土的胶凝材料用量(kgr113)；。一混凝土的比热LJ(kgC);0混凝土的重力密度(kg113)；Q胶凝材料水化热总量(kjkg)。3. 2.2.2弹性模量弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即E()=E-e-a)(4-3)式中：£。一混凝土最终弹性模量(GPa),通过试验确定；%/一与弹模增长速率有关的两个参数，通过试验确定。4. 2.2.3徐变度根据工程经验，取混凝土徐变度如下(单位：1(/MPa)：C(t9)=C(1+92Oro*)(1_e<30(i)+C2(1+,7045)(1-)(4-4)式中：C1=O.23/E2,C2=O.52/E2,E?为最终弹模。3. 2.2.4放热系数混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算：-=-)+(%)5)式中：aT效放热系数；夕一放热系数；4保温层厚度；i保温材料。4、冷却水管及测温元件埋设5. 1冷却水管承台设置4层冷却水管，系梁设置3层冷却水管。设置预埋冷却水管时，可适当调整冷却水管的平面位置和竖向间距，使冷却水管的架立钢筋可用承台内的钢筋绑扎。006 Ssxi 景 Ssxi图4.1-1承台（系梁）二、四层冷却水管布置图星广、102S,1050×8=84_1050 _1060 ×8=W_10K_5001050× 12=12600_500_32150/33500图4.1-2承台（系梁）一、三层冷却水管布置图二、四鼬水U和二f出水口二、四层进水口和、三鼬水口二层进出水口和-和需出水口二三层麻n一和三层进水口OXHM 或 X99.OOOIi1025_84001050MoOJ02532150/33500图4.1-3承台（系梁）冷却水管立面布置图4.2测温元件测温元件先在一根竖向钢筋上绑扎牢固（固定在同一侧），然后将数据线合龙在一起绑扎在钢筋另外一侧，将钢筋与承台钢筋绑扎牢固即可，外漏数据线用软管保护。图4.2-2承台（系梁）测温元件立面布置图5、混凝土水化热分析计算主桥2号和3号墩承台尺寸均为14.7mX19.9m×5.5m,主2号墩系梁尺寸为27.2mX9m×4.5m,主3号墩系梁尺寸为26.5mX9mX4.5m,故选择主2号墩承台（系梁）进行水化热分析计算，最具有代表性。5.1 模型参数 主桥2号和3号墩承台（系梁）为对称结构，取1/4模型作为计算区域。 下承台受桩基约束。 i十算时考虑混凝土表面保温，按照侧面覆盖钢模板，顶部覆盖一层湿麻袋考虑。经计算，侧面对流系数为12妨间病.，顶板对流系数12丘间疝,coo 计算时考虑水管降温效果，C35混J簸上献温升为44.57。 1十算时考虑徐变对i昆就土的影响，28天抗压强度值为3.5乂10%/忒 温度及应力计算自承台浇筑开始，模拟之后一个月的温度应力发展。图5.1-1顺通大桥主墩承台有限元剖分图5.2材料和热特性数据表5.1-1材料和热特性数据特性C35承台C25封底混凝土河床土基冷却水比热(kJKgoC)0.960.960.231容重(KNm3)24.1242010热传导率(kcalmh)2.542.541.7对流系数(kcalm2hr)外表面12钢模板12外界温度（C）20浇筑温度（C）2828天抗压强度（MPa）3528天弹性模量（KNm2）3.15x1072.5x107热膨胀系数1.OxlO-51.OxlO51.OxlO5泊松比0.20.20.2每立方水泥用量（Kgm3）255热源函数系数K=44.57a=l.0546冷却管采用铁管，对流系数取320kcalm2hr,管外径为40mm,壁厚2.5mm,流量根据不同阶段为45.7n?/h,进水温度为25C。管冷时间从开始至360h,共分2个阶段，第一阶段：自开始至第72小时，时间为72小时，冷却水温度为25C,流量为5.7m,h;第二阶段：降温阶段，自第72小时起至第360小时，冷却水温度为25,流量为4m7h。5.3仿真计算结果（1）总体温度分析第12小时承台混凝土温度分布图见图5. 3-1,最高温度为42,最低温度为 33,最大温差为9。“ASg PT4>OC5WC图5.3-1第12小时承台混凝土温度分布图第36小时承台混凝土温度分布图见图5.3-2,最高温度为53.8,最低温度为35.7,最大温差为18.IoCoS三三3三3h一1 二二BTT图5.3-2第36小时承台混凝土温度分布图第72小时承台混凝土温度分布图见图5.3-3,最高温度为52.8,最低温度为29.4,最大温差为23.40图5.3-3第72小时承台混凝土温度分布图第120小时承台混凝土温度分布图见图5.3-4,最高温度为49.2度为25.5,最大温差为23.7O图5.3-4第120小时承台混凝土温度分布图第360小时承台混凝土温度分布图见图5.3-5,最高温度为42.C,最低温度为23.7C,最大温差为18.4。此时可停止冷管进水。<21M-01<0501U*<01KW21¾-0171396e-OlM58U-Ol377M*<012D4*C013413O-O1加3HeXOl2-25XeO«123685»依1STAG3UMVORAaHONMVSTSP2S.XO-图5.3-5第360小时承台混凝土温度分布图（2）代表性节点温度及应力分析选择具有代表性的节点进行温度及应力分析，节点号以及其所在位置见表4.7-3O表5.1-2代表性节点位置表位置（平面）节点号边缘中心边缘承台（系梁）顶24682558263026932738承台（系梁）中间18561937201823782432承台（系梁）底11IOl18217751820分析结果如下:度mmwMjenIuuuiinuuiuuuiiiuuimuuii图5.3-6承台（系梁）代表性节点温度变化曲线魔力翱容许抗Nat度图5.3-72468节点应力和容许抗拉曲线应力和*打抗拉去度TnTnlnnWWnWlnWnwnTrnTnM图5.3-82558节点应力和容许抗拉曲线应力和K昏抗拉修度图5.3-92630节点应力和容许抗拉曲线应力。界片抗代鲁度应力和界讣抗柠置度图5.3-112738节点应力和容许抗拉曲线腐力和8件抗拉量度图5.3-131937节点应力和容许抗拉曲线应力和在许抗粒强度LwwhiuIUIHImWU"引黑山山川1固11口小弟也!ImwT图5.3-142018节点应力和容许抗拉曲线魔力利器途抗拉M度图5.3-152378节点应力和容许抗拉曲线疑力物界诈抗长张度图5.3-1711节点应力和容许抗拉曲线应力和乔许抗拉条度图5.3-18IOl节点应力和容许抗拉曲线图5.3-211820节点应力和容许抗拉曲线(3)结论根据计算结果，在本方案给定参数范围内，承台不会产生温度裂缝。6、温控标准（1）混凝土温度控制的原则是控制混凝土浇筑温度；（2）尽量降低混凝土的温升，延缓最高温度出现时间，控制降温速率；（3）降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面和气温之间的差值。（4）温度控制的方法和制度需根据气温（季节）、混凝土内部温度、结构尺寸、约束情况、混凝土配合比等具体条件确定。（5）据本工程的实际情况，制定如下温控标准： 混凝土浇筑温度30； 混凝土最大内外温差W28°C； 养护过程中，混凝土表面养护水温度与混凝土表面温度之差W15°CO 温峰过后混凝土缓慢降温，通过保温控制碎最大降温速率W2.0/do 冷却水温与内部混凝土的温差为1525。 进出水口的温差宜小于或等于IOoCo7、现场温度控制措施在大体积混凝土施工中，将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、保温等全过程实行有效监控，具体措施如下：（1）混凝土配合比设计及原材料选择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，混凝土配制应遵循如下原则： 选用低水化热和含碱性低的水泥，避免使用早强水泥和高C3A含量（不大于8%）的水泥； 在满足混凝土强度要求的基础上降低单方混凝土中胶凝材料及水泥的用量； 使用性能优良的缓凝型高效减水剂，尽量降低拌和水用量；配合比设计考虑增加粉煤灰，减少混凝土绝热温升值；（2）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至关重要。相同混凝土，入模温度高的早期水化热温升值要比入模温度低的高许多。混凝土的入模温度应视气温而调整，控制在30以内。在混凝土浇筑之前，通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，可以估算浇筑温度，浇筑温度估算见附表一。若浇筑温度高于控制温度，则应采取相应措施。降低混凝土浇筑温度的措施有：1）水泥使用前应充分冷却，确保施工时水泥温度W50。2）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30o为此，应合理安排工期，炎热天气尽量采用夜间浇筑混凝土。3）采用冷却系统对拌和自来水进行冷却，降低浇筑温度；4）当气温高于入仓温度时，应加快运输和入仓速度，减少冷量损失；5）加大砂石料堆存高度，并采取遮阳措施，从靠近地表或地表以下取料；6）混凝土泵管外用草袋遮阳，并经常洒水降温；7）运输车采用遮阳隔热措施。（3）冷却水管的埋设及控制根据混凝土内部温度分布特征布设冷却水管，冷却水管均为4>40X2.5mm的无缝钢管，其水平间距为LOnb冷却水管进出水口集中布置，以利于统一管理。（4）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。冷却水管装好后不应在管上踩踏，防止接头部位损坏漏水。混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，通水流量应达到5.7m7h,使流速达到0.8ms以上，使管内产生紊流，温峰过后连续两天外表温度与最高温度差小于1520°C可停止通水。冷却水进水温度越低，与混凝土温差越大，冷却效果越好，但过大的温差会在冷却水管周围的混凝土中引起相当大的拉应力，所以通常将冷却水与混凝土之间的温差控制在25以内。如果始终保持同一流向，冷却结束后，出口端的混凝土温度将高于进口端的混凝土温度。为了使冷却结束时，混凝土温度尽量均匀，在冷却过程中，应不断改变水流方向。宜每半天改变一次水流方向，尽可能压低各个断面上的水化热温升。冷却通水结束后，采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管。为避免钢筋锈蚀,应保证冷却水管进出口割断处距混凝土表面大于7cm0（5）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。对于低水胶比又掺加粉煤灰的混凝土,潮湿养护尤其重要。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。具体措施如下：浇筑完毕后，靠近表面的水分由于蒸发急剧散失，不但影响混凝土表面强度的发展，还会引起干缩裂缝。因此，混凝土浇筑完毕1218h即应开始养护。在炎热、干燥气候条件下还应提前养护，普通混凝土养护时间不少于14天，掺粉煤灰的混凝土养护时间不少于21天；平面表面养护采用覆盖湿麻袋或湿土工布养护，并经常撒水使混凝土表面维持湿润状态，严格控制，避免表面干湿交替。（6）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（JTJ/T3650-2020）执行，并特别注意以下方面：1）混凝土拌制前，各种衡器请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。2）混凝土浇筑采用混凝土泵送法，直接由天泵泵送入模。混凝土浇筑应水平分层浇筑，每层浇筑厚度不大于30cm,同时应在下层碎初凝或能重塑前浇筑完上层碎。碎浇筑应连续不间断进行，如因故必须间断，其间断时间应小于已浇碎的初凝时间，若大于时，则应按施工缝处理后才能继续进行浇筑。碎浇筑顺序由上游至下游，再由下游至上游往复循环浇筑。3）碎振捣采用插入式振动器振捣。其振捣应严格按规范要求操作，其移动间距不应超过振动器作业半径的L5倍，同时振动棒应垂直插入下层混凝土5-IOcm,每一部位混凝土须振动到密实为止，即混凝土停止下沉、不冒气泡，碎表面平坦、不再泛浆，振动完毕后振动棒应边振边徐徐提出，同时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。8、现场温度监控为检验施工质量和温控效果，掌握温控信息，以便及时调整和改进温控措施，做到信息化施工，需对混凝土进行温度监测。大体积混凝土的温度、应力发展是一个十分复杂的问题，外界温度、湿度、施工条件、原材料变化等都会引起温度、应力的变化，只有通过温控监测，才能更准确地了解结构的质量与抗裂安全状况。(1)温度监测在混凝土中埋入一定数量的温度传感，测量混凝土不同部位温度变化过程，检验不同时期的温度特性和温差标准。当温控措施效果不佳,达不到温控标准时，可及时采取补救措施；当混凝土温度远低于温控标准时，则可减少温控措施，避免浪费。(2)监控设计1)监测仪器及元件温度检测仪采用WJY-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。WJY-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：测温范围：-50+150；工作误差：±1；分辨率：0lC；巡检点数：64点；显示方式：LCD(240X128)；功耗：15W；外形尺寸：230X130X220；重量：1.5kg0温度传感器的主要技术性能：测温范围：-50150；工作误差：±0.5；分辨率：0.1；平均灵敏度：-2.Imv/C。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。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，在满足监测要求的前提下，以尽量少的测点获得所需的监测资料。根据结构的对称性和温度变化的一般规律，以一侧的监测数据来指导另一侧施工。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。（3）现场监测1）监测元件的埋没参照混凝土坝安全监测技术规范（SL601-2013）,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N36X36X3三n角钢及减震装置进行保护，监测元件图8.1-1监测元件埋设示意图2）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12次，直到温度变化基本稳定，一般半月左右，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。3）现场监测的应对措施如果现场监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：最高温度偏高，可以加大通水流量，降低冷却水的温度，但注意冷却水温度与混凝土中心温度之差在25以内。内外温差偏高，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，做到外保内散。浇筑温度超过控制范围，可以对粗骨料洒水、遮阳、通风进行降温，拌合水投冰冷却，水泥存放散热等来降低出机温度。