天桥特大桥承台大体积混凝土施工温度控制
2017-02-27
1 前言
承台大体积混凝土工程混凝土量大，浇筑时间长，混凝土砂、石材料和与往有所不同，为确保承台大体积混凝土施工质量，有效控制温度变形裂缝不是单纯的结构理论问题，而是涉及到结构计算、构造设计、材料组成和其物理力学指标、施工设备、施工工艺等方面的综合技术问题。因此必须对混凝土的温度进行有效的控制使之不出现有害温度裂缝确保混凝土施工的质量。
2 工程概况
天桥特大桥主墩基础为长23.6m，宽20.6m，高6.0m的钢筋混凝土结构，混凝土设计强度等级为C30，混凝土方量为2916.96m3，均采取一次性浇筑完成。承台基础为￠250cm×16根挖孔灌注桩。为避免承台混凝土出现有害温度裂缝，我们先期对承台混凝土进行了计算，并根据计算结果确定了承台混凝土不出现有害温度裂缝的温控标准，相应制定出了现场温控措施。
3 温控计算
承台混凝土在施工过程中，由于水化热的作用，其内部温度变化历经升温期、降温期、稳定期三个阶段。随着混凝土不同阶段混凝土也随之出现伸缩，当混凝土体积变化受到约束，就会产生温度应力。如果该应力超过其同期混凝土的抗拉强度， 混凝土就会出现温度裂缝。因此大体积混凝土必须采用温控防裂措施。
3.1 计算条件
3.1.1 根据承台结构特点 天桥特大桥承台采用一次整体浇注，承台中布置5层50mm的冷却管，由于仿真分析计算中参数和边界取值与实际施工过程有一定的偏差，因此有可能使仿真计算的结果与实际测量结果有一定的误差。通过对天桥特大桥承台水化热进行仿真分析，可知内部最高温度将达到52.4℃，内外温差达到14.4℃，因此在施工和养护过程中通过控制冷却管通水可以达到控制水化热的目的。
3.1.2 基岩按中风化岩考虑，其弹性模量取30GPa；
3.1.3混凝土按6层浇筑，浇筑厚度分别为1m、1m、1m、1m、1m、1m。
3.2 温度场主要特征
混凝土浇筑后一般在2～3d后即达到温度峰值，温峰持续10h后温度开始下降，初期降温速度较快，以后降温速率逐渐减慢，至12～20d后降温平缓，温度趋于准稳定状态。第一层混凝土内部最高温度约为43℃，第二层混凝土内部最高温度约为48℃。第三层混凝土内部最高温度约为52.4℃。第四层混凝土内部最高温度约为48℃。第五层混凝土内部最高温度约为46℃。
3.3 力场主要特征
混凝土应力计算显示，混凝土应力最大值出现在第二层底部和第三层中部。
3.4 结果分析根据计算结果
承台混凝土早期(14d左右)最大温度应力为1.1MPa，而此时C30混凝土劈裂抗拉强度1.4-2.3MPa，抗裂安全系数K≥1.4，后期也有1.5以上的抗裂安全系数，不会产生有害温度裂缝。
3.5 温度控制标准
根据计算成果，在施工期内为保证承台不出现有害温度裂缝，本工程采取如下温控标准：
3.5.1 混凝土最大绝热温升不应超高60℃；
3.5.2 混凝土内表温差不超过25℃；
3.5.3 混凝土降温速率不超过2.0℃/d。
3.5.4 水泥入场温度不应超过50℃，否则应采取相应措施；
3.5.5 混凝土浇筑温度不超过20℃，否则应采取相应措施。
4 现场温控措施
4.1 混凝土配合比的优化
为降低水化热温升合理选择级配良好的砂、石料，选择优良的混凝土外加剂，控制混凝土配合比，节约水泥用量，是降低混凝土内部水化热温升的重要环节。
4.1.1 混凝土原材料质量控制
a.水泥：水泥使用温度不得超过50℃，否则必须采取措施降低水泥温度。
b.粉煤灰：粉煤灰为毕节电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，入场后应分批检验。
c.砂：采用中粗砂。细度模数为2.3～3.1，属Ⅱ级配范围，含泥量≤2%，入场后应分批检验。
d.碎石：碎石主要采用颗粒级配为5～31.5mm连续级配或二级配。石子必须分批检验严格控制其含泥量不超过1.5%。
e.外加剂：掺加缓凝型高效减水剂徐州超力超力聚羧酸CQP缓凝型高效减水剂。
4.1.2 混凝土配合比混凝土初始坍落度控制在12～18cm，初凝时间大于12h。施工采用配合比如表1。
4.1.3 现场混凝土施工要求
a.施工当中由试验室派试验员专人负责施工配合比，严格控制混凝土质量，使其和易性满足施工要求。
b.自高处向模板内倾卸混凝土时，为防止混凝土离析，在施工中按以下要求进行操作：
①当直接从高处卸料时，高度不应超过2m；
②当高度超过2m时，应通过运用混凝土输送软管送料；
③在串筒出料口下面混凝土堆积高度不应超过1m，及时摊平，分层振捣。
c.混凝土按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。混凝土分层浇筑厚度不宜超过1m，并保持2台混凝土泵输送泵从毕节岸和威宁岸输送混凝土进行浇注。
d.浇筑时采用振动器振捣振实：
①用70插入式振动器时，与侧模应保持20～40cm距离，并避开测温预埋管10～15cm，应插入下层混凝土10～15cm；
②对每一部位混凝土必须振动到密实为止。密实的标志是：混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦、泛浆。
4.1.4 现场混凝土浇筑温度的控制
在每次开盘之前，试验室要量测水泥、砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度，计算方法如下：
①混凝土的出机温度T0 T0=(0.20+QS)WSTS+(0.20+Qg)WgTg+0.20WCTC+(WW-QSWS)TW/0.20(WS+WG+WC)+WW
式中：QS、Qg分别为砂、石的含水量，以%计；WS、Wg、WC、TW分别为每方混凝土中砂、石、水泥和水的重量(粉煤灰计入水泥中)；TS、TG、TC、TW分别为砂、石、水泥和水的温度。
②混凝土的浇筑温度Tp=T0+(Tn-t0)(θ1+θ2+θ3+……+θn)
式中：Tn混凝土运输和浇筑时气温：θ1、θ2、θ3、θn―有关的系数，其数值如下：
a.混凝土装、卸和运转，每次θ=0.03；
b.混凝土运输时θ=Aτ，τ为运输时间以分钟计；
c.浇筑过程中θ=0.03τ，τ为浇筑振捣时间以分钟计。
严格控制混凝土原材料的温度，考虑混凝土方量大需要水泥量大，本项目组织20辆散装水泥运输车，保证水泥的供应，同时，在毕节岸与威宁岸拌合站水泥库房储存400T袋装水泥；因天气阴天多，砂、石料温度不高；拌和水温度仅达到17℃左右。
4.2 埋设冷却水管及其要求
(1)根据混凝土内部温度分布特征，在每层混凝土中埋设冷却水管，原设计冷却水管为Φ32mm的黑铁管改成Φ50×1mm的薄壁钢管，其水平间距为1m，冷却水管距混凝土表面大于10cm，冷却水管进出口集中布置，以利于统一管理。
(2)冷却水管使用及其控制
①冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水。在混凝土浇筑中设2人专门负责检查漏水并及时进行防漏处理。
②混凝土浇筑到各层冷却水管标高10cm后即开始通水，各层混凝土峰值过后即停止通水，通水流量应达到30L/min，通水时间根据测温结果确定；
③严格控制进出水温度，保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不超过25℃。
④待主通水冷却全部结束后，应采用同强度等级的水泥砂浆封堵冷却水管。
4.3控制混凝土浇筑间歇期与混凝土养护
每次混凝土浇筑间歇期应控制在5天。养护对混凝土强度正常增长及减少收缩裂缝具有重要意义，因此施工中十分重视混凝土的养护工作。承台顶面采用塑料膜覆盖并蓄水养护，侧面主要采取洒水养护做法如下：在混凝土侧面采用吊挂棉被养护，并推迟拆模时间，拆模时间23d，拆模后用塑料薄膜包裹保湿，防止混凝土出现裂缝。
4.4 混凝土温控施工现场监测
(1)温度测试内容。根据温度计算成果，为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施.
(2)现场测试要求。各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续7d，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定。
(3)监测所用器具。温度监测仪采用Φ50×1mm的薄壁钢管，内装灌满清水。
5 内部温度检测结果
(1)承台中心部位的温度变化规律
承台第一层浇筑后中心部位温度24h后比入仓温度升高20℃，差不多39h达到温度最高值，增大水流量至最大。
第二层浇筑在第一层浇筑完毕全进入第二层混凝土浇筑，由于下层混凝土对上层新浇混凝土的影响，第二层中心部位达到最高值，达50.1℃，持续时间17h，即较急剧下降，冷却水停止，稍有反弹，8d后趋向平稳。
第三层浇筑在第二层浇筑完毕后进入第三层混凝土浇筑，同第二层一样，由于下层对上层新浇混凝土的影响，其中心温度最高达到52.2℃，此温度持续12h。
第四层混凝土浇筑后，其最高温度达到47.6℃，加大水流量为最大，高温持续3天。
第五层混凝土温度最高达到40.9℃，三天后温度有所下降，达到36.1℃左右。
(2)边缘温度变化情况
由于榕江当地气温不高，边缘温度随气温影响较小。混凝土内表温差始终小于温控25.0℃标准，末造成伤害。
(3)冷却水温度情况
承台所布冷却水管是按照原设计施工，只是在温度开始升高时流量加大，冷却水通水时间控制在混凝土一开始有温升即开始通水，待达到最高温度开始下降，并每日降温速率超过2℃时即停止通水，起到了早期削减温峰，减小内表面温差的作用。
6 施工效果
本项目承台混凝土大体积施工当中，由于经过较为准确的计算、施工措施得当、现场施工组织较为严密，承台混凝土经浇筑后拆模观察未出现有害的温度裂缝，温控效果良好。上述施工措施对大体积混凝土施工中的温度问题进行了有效控制，避免了裂缝的出现，确保了大体积混凝土施工的工程质量。
参考文献
[1] 王铁梦.工程结构裂缝控.北京:中国建筑工业版社
[2] GB50204-2002，混凝土结构工程施工及验收规范[S].
[3] 毕节至咸宁高速公路.贵州省交通勘察设计研究院有限公司.
