1、觀音巖長江大橋大體積混凝土溫控方案PAGE 18 - 觀音巖長江大橋大體積砼溫控方案2006年11月1.工程概況重慶江津觀音巖長江大橋是重慶繞城公路南段跨越長江的重要工程，該橋由貴州省橋梁工程總公司第三工程處承建，在江津市觀音巖附近跨越長江，江津觀音巖長江大橋是重慶繞城公路南段中規模最大的特大型公路橋梁。主橋橋跨布置為35.5+186+436+186+35.5米雙塔雙索面斜拉橋，主橋共長879米。兩岸引橋采用主跨為30米簡支變連續的T梁。10號墩樁基、承臺施工采用鋼圍堰，鋼圍堰外徑為35.5 m，內徑為32.5 m，壁厚為1.5 m，承臺設計直徑為32 m，厚為6.5 m，砼設計標號為C30，

2、采用兩次澆筑，澆筑砼方量為5392.2立方米。承臺基礎為20根2.5m承臺為大體積混凝土結構。由于水泥水化過程中產生的水化熱，使澆筑后初期混凝土內部溫度急劇上升，引起混凝土膨脹變形，而此時混凝土的彈性模量很小，因此，升溫引起受基礎約束的膨脹變形產生的壓應力很小。隨著溫度逐漸降低混凝土產生收縮變形，但此時混凝土彈性模量較大，降溫引起的變形受基礎約束會產生相當大的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗土表面也會產生較大的拉應力而出現表面裂縫。為保證混凝土施工質量，避免產生溫度裂縫，確保大橋的使用壽命和安全。武漢蘭青建筑科技公司針對承臺大體積混凝土進行了溫度場仿真計算。根據計算結果制定了承臺溫控方案，供施工

3、單位作為施工組織設計的依據。2基本計算資料2.1氣象資料橋址區域內沒有氣象站，臨近有江津氣象站，其氣象特征值如下：江津氣象站有關氣象特征值表表1序號項目單位數值1年平均氣溫（）18.42極端最高氣溫（）41.33極端最低氣溫（）-2.34年均絕對濕度Pa/5年均相對濕度%/6年均風速m/s1.17最大風速m/s28.48盛行風向ESE.SE9年均日照h153310年均無霜期d2472.2施工資料根據以下施工資料進行溫度應力計算：承臺混凝土設計強度等級為C30，承臺于2006年12月上旬施工。施工時承臺兩次澆筑。承臺混凝土冷卻水管均采用48mm的薄壁鋼管，冷卻水為江水。3、混凝土原材料及配合比3

4、.1承臺混凝土原材料水 泥：采用天助水泥廠生產的P.042.5R水泥;粉煤灰：采用洛璜電廠生產的級粉煤灰；細集料：采用混合砂（金剛沱天然砂70%，南海建司機制砂30%）；粗集料：采用5-20礦 粉：采用重慶環亞建材有限公司（S95級礦粉），摻量25%；外加劑：江北特種建材有限公司生產的FDNOR緩凝高效減水劑（水劑），摻量1.9%。 水: 飲用水3.3 承臺施工配合比承臺混凝土標號為C30，其配合比見表2。 承臺混凝土配合比表2序號砼設計標號水灰比每立方米各材料用量（kg）坍落度（mm）抗壓強度（MPa）外加劑參量（kg）水水泥+粉煤粉砂碎石礦粉7天28天1C300.5718232066211

5、5080 20031.945.66.24、溫度應力計算4.1 材料及熱特性值承臺混凝土標號為C30，材料熱特性值見表3。 材料熱特性值 表3部位物理特性承臺混凝土基巖最終彈性模量（MPa）3.51042.0104彈性模量變化系數0.5、0.78線膨脹系數（106）7.167.21泊松比0.1670.167比重（103 kg/m2.42.4導熱系數（kJ/m .d .）240240比熱（kJ/kg .）1.01.0絕熱溫升（）35.0絕熱溫升參數0.9、0.64.2 計算使用公式4.2.1絕熱溫升 絕熱溫升數值模型取雙曲線函數： (3-1)式中：最終絕熱溫升，為絕熱溫升變化系數。混凝土的和，值分

6、別為35和0.9、0.6。4.2.2彈性模量 彈性模量隨時間的增長曲線采用四參數雙指數形式，即 （3-2） 式中：為初始彈模，為最終彈模與初始彈模之差，為與彈模增長速率有關的兩個參數。其值分別取0.5和0.78。4.2.3徐變度 根據工程經驗，取混凝土徐變度如下（單位：10-6MPa）： （3-3） 式中：C10.23E2，C20.52E2，E2為最終彈模。4.2.4放熱系數混凝土表面通過保溫層向周圍介質放熱的等效放熱系數可由下式計算： （3-4）式中：為等效放熱系數，為放熱系數，為保溫層厚度，為保溫材料導熱系數。4.3 計算模型及假定10號承臺截面尺寸為32.0m，澆筑高度為6.5m，取1/

7、4進行網格剖分計算，計算模型網格剖分圖見圖1。拉強度時，就會產生溫度裂縫，對混凝土結構產生不同程度的危害。此外，在混凝土內部溫度較高時，外部環境溫度較低或氣溫驟降期間，內表溫差過大在混凝圖1 10號圓形承臺網格剖分圖（取14）（1）承臺混凝土受20根2.5m的鉆孔樁的約束，計算彈模取2.0104MPa。 （2）承臺混凝土12月上旬開始澆筑，承臺兩次澆筑，澆筑厚度分別為3.0m和3.5m。（3）計算時考慮冷卻水管降溫效果。承臺共布設4層冷卻水管，冷卻水管采用48mm的薄壁鋼管，冷卻水管水平間距為0.9（4）計算時考慮徐變對混凝土應力的影響，平均風速按6m/s（5）溫度及應力計算從2006年12月

8、上旬開始，模擬其后歷時6個月的發展。4.4溫控計算結果溫度場特征 承臺混凝土內部最高溫度計算結果 表4 工程部位砼標號最高溫度（）最高溫度出現時間（天）澆筑時間澆筑溫度（）承臺第一層C3049.32-312月上旬15.0承臺第二層C3051.62-312月中旬13.0圖2 承臺混凝土最高溫度特征圖（單位：）根據表3和圖2可以看出，由于承臺邊緣降溫較快，中部散熱慢，所以邊緣溫度較低，中心溫度最高。混凝土在澆筑后23天出現溫峰，承臺混凝土的等級為C30，混凝土第一層的最高溫度為49.3，第二層混凝土的最高溫度51.6(2) 仿真應力場特征 承臺第一層混凝土各齡期的最大溫度主拉應力（MPa） 表5t

9、(d)37142860max0.550.911.371.401.43承臺第二層混凝土各齡期的最大溫度主拉應力（MPa） 表6t(d)37142860max0.470.600.630.810.87 混凝土劈裂抗拉強度試驗表 表7 齡期(d)71428601.151.872.813.10由表5-表7和圖3圖9可以看出，承臺混凝土底部處于基礎約束區，拉應力最大，且拉應力隨齡期增長而增大，約60天左右達到最大值1.43MPa。承臺混凝土內部主拉應力均小于同強度等級混凝土劈裂抗拉強度，混凝土抗裂安全系數K1.3，但值得注意的是第一層混凝土第7天的拉應力較大，混凝土抗裂安全系數約為1.26，應注意加強保溫

10、養護。因此，在采取有效的溫控措施，對易出現裂縫的部位進行嚴格控制，可以防止承臺混凝土有害溫度裂縫的產生。圖3 混凝土7天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖4 混凝土14天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖5 混凝土28天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖6 混凝土7天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖7 混凝土14天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖8 混凝土28天應力包絡圖（單位：10-2MPa）圖9 混凝土最大應力包絡圖（單位：10-2MPa）5溫控標準 根據溫控計算成果及規范要求，提出不出現有害溫度裂縫的溫控標準如下：（1）內表溫差控制在25（2）最高溫度控制在52（3）混凝土

11、降溫速率不超過2.5/d6. 溫控措施6.1混凝土原材料選擇及質量控制合理選擇混凝土原材料，選擇級配良好的砂、石料、外加劑，以降低水泥用量，控制砼水化熱溫升，是大體積混凝土溫控的重要環節。6.2優化混凝土配合比，降低水化熱溫升配合比設計應在規范允許范圍內盡量摻加粉煤灰等礦物摻合料，以減少水泥用量，降低混凝土的水化熱溫升。承臺混凝土絕熱溫升控制在35以內。混凝土應具有良好的粘聚性，不離析、不泌水，初始坍落度應控制在19-21cm6.3對混凝土施工的一般要求為確保大體積混凝土施工質量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強對混凝土每一環節的施工控制，現場人員從混凝土的拌合、運輸、澆筑、振搗到養護保

12、溫整個過程實行有效監控。混凝土施工嚴格按照公路橋涵施工技術規范（JTJ041-2000）進行，并特別注意以下方面：（1）混凝土拌制配料前，各種衡器應請計量部門進行計量標定，稱量誤差應符合規范要求。應嚴格控制新拌混凝土質量，使其和易性滿足要求。坍落度檢驗應在出機口進行，每班23次，拒絕使用坍落度過大或過小的混凝土料。應及時監測粗、細骨料的含水率，遇陰雨天氣應增加監測頻率，隨時調整用水量。（2）澆筑前應對模板、鋼筋、預埋件、監控元件及線路等進行檢查，同時檢查倉面內沖毛情況，及是否有碎渣異物等，檢驗合格后才能開盤。（3）自高處向模板內傾卸混凝土時，為防止混凝土離析，應符合下列規定：當直接從高處卸料時

13、，高度不應超過2m；當高度超過2m時，應通過串筒、溜管等措施；在串筒出料口下面，混凝土堆積高度不應超過1m，及時攤平，分層振搗。（4）混凝土應按規定厚度、順序和方向分層澆筑，必須在下層混凝土初凝前澆筑完畢上層混凝土。如因故停歇，時間超過混凝土初凝時間時，倉面混凝土按工作縫處理。混凝土分層澆筑厚度不宜超過0.3米（5）澆筑混凝土時，應采用振動器振實：使用插入式振動器時，移動間距不應超過振動器作用半徑的1.5倍，與側模應保持510cm距離，應避開預埋件或監控元件1015cm，應插入下層混凝土510cm（6）在澆筑混凝土過程中，必須及時清除倉面積水。（7）嚴格按公路橋涵施工技術規范（JTJ041-2

14、000）要求進行層間水平施工縫處理。（8）二次振搗可以有效減少混凝土因沉陷收縮產生的早期裂縫，因此混凝土澆筑完畢后，在混凝土初凝以前應進行二次振搗。6.4埋設冷卻水管及其要求6.4.1水管布置根據混凝土內部溫度分布特征，承臺擬埋設4層冷卻水管。冷卻水管采用48mm的薄壁鋼管，其水平間距為0.9m，冷卻水管距混凝土表面應大于1.0m，每根冷卻水管長度不宜超過200m6.4.2冷卻水管使用及其控制1）冷卻水管使用前應進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；2）混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后即開始通水，各層混凝土峰值過后即停止通水，通水流量應達到30L/min，通水時間根據測溫結果確定；3）待主通水冷卻全

15、部結束后，應采用同標號水泥漿或砂漿封堵冷卻水管。為保證冷卻水的初期降溫效果,項目部應提前成立專門班子,專人負責,優化冷卻水管的管路布置,合理選擇水泵,并配備檢修人員,準備12臺備用水泵,若管路出現故障應及時排除,保證冷卻系統正常工作。施工時,操作人員應聽從指揮,及時開啟和關閉閥門。6.5保溫和養護為減小承臺混凝土內表溫差，現場應重視承臺砼的保溫措施，當承臺第一次砼澆筑完待終凝時，在承臺頂面覆蓋一層中厚塑料薄膜和兩層土工布或兩層麻袋。當承臺第二次砼澆筑完待終凝時，在承臺頂面覆蓋一層中厚塑料薄膜、兩層土工布和兩層麻袋。養護對混凝土強度正常增長及減少收縮裂縫具有重要意義，因此施工中必須重視混凝土的養

16、護工作。當承臺表面處于干燥時應采取灑水養護，做到即保濕又保溫，防止混凝土出現裂縫。7.混凝土溫控施工現場監測7.1溫度測試內容 根據溫度計算成果，為做到信息化施工，真實反映各層混凝土的溫控效果，以便出現異常情況及時采取有效措施，在承臺混凝土中布設60支溫度測點。測點布置圖見附圖。 在檢測混凝土溫度變化的同時，還應監測氣溫、冷卻水管進出口水溫、混凝土澆筑溫度等。7.2現場測試要求各項測試項目宜在混凝土澆筑后立即進行，連續不斷。混凝土的溫度測試，峰值以前每2h監測一次，峰值出現后每4h監測一次，持續5天，然后轉入每天測2次，直到溫度變化基本穩定。7.3監測所用儀器溫度傳感器為PN結溫度傳感器，溫度

17、檢測儀采用LD218型多路數據巡記錄控制儀，溫度傳感器的主要技術性能： 測溫范圍：-50150 工作誤差：0.5分辨率：0.1平均靈敏度：-2.1mv/ 附1：混凝土的出機溫度和澆筑溫度1混凝土的出機溫度T0T0（0.2QS）WSTS（0.2+Qg）WgTg+0.2WcTc+(Ww-QsWs- QgWg )Tw 0.2(Ws+Wg+Wc)+Ww式中：Qs、Qg分別為砂石的含水量，以計；Ws、Wg、Wc、Ww分別為每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰計入水泥中）；Ts、Tg、Tc、Tw分別分砂、石、水泥和水的溫度。2混凝土的澆筑溫度TpTpTo+(Ta-To)( n)式中：Ta混凝土運輸和澆筑時的氣溫；、n系數，其數值如下：混凝土裝、卸和轉運，每次0.032；混凝土運輸時A, 為運輸時間以分鐘計，A參照下表；澆筑過程中0.003, 為澆搗時間以分鐘計。混凝土運輸時冷量（或熱量）損失計算參數A值表運輸工具混凝土容積(m3)A自卸汽車1.00.0040自卸汽車1.40.0037自卸汽車2.00.0030