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1、XX市高架道路（一期）工程二工區(qū)XX大橋承臺大體積混凝土溫控方案編制：審核： 上 海 XX 集 團XX市高架道路（一期）工程二工區(qū)項目部20XX年6月目 錄1.工程概況- 1 -2. 仿真分析- 1 -2.1氣象資料- 1 -2.2設計資料- 2 -2.3仿真計算- 2 -模型參數(shù)- 2 -3溫度控制標準- 5 -4混凝土溫控措施- 6 -4.1合理選材、優(yōu)化混凝土配合比，降低混凝土內部水化熱溫升- 6 -4.2混凝土施工的一般要求- 6 -4.3承臺施工溫控措施- 7 -混凝土澆筑溫度控制- 7 -混凝土冷卻水管布置及要求- 7 -內表溫差控制- 8 -養(yǎng)護- 8 -5混凝土溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測2、- 9 -5.1 混凝土溫度監(jiān)測- 9 -5.2 現(xiàn)場測試要求- 9 -5.3 測試所用儀器- 9 -附錄1附圖11.工程概況XX大橋位于我國江蘇省XX市XX鎮(zhèn)XX村附近，兩側連接XX市規(guī)劃公路，屬京杭運河XX市區(qū)段改線工程。XX大橋為塔梁墩固結體系的獨塔雙索面預應力斜拉橋，跨徑組合為108m（主跨）+80m（錨跨），錨跨中設一個輔助墩。引橋為現(xiàn)澆連續(xù)梁，南側引橋長120m，北側引橋長180m。主橋承臺基礎為21根直徑2m鉆孔灌注樁；承臺為實體鋼筋混凝土長方體構造，結構尺寸為36.55m14.1m4.5m，承臺采用C30砼，樁基礎采用C25水下砼，承臺封底采用C15水下砼。承臺為大體積混凝土結3、構。由于水泥水化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，使?jié)仓蟪跗诨炷羶炔繙囟燃眲∩仙鸹炷僚蛎涀冃危藭r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(chǎn)生的壓應力很小。隨著溫度逐漸降低混凝土產(chǎn)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(chǎn)生相當大的拉應力。當拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生溫度裂縫，對混凝土結構產(chǎn)生不同程度的危害。此外，在混凝土內部溫度較高時，外部環(huán)境溫度較低或氣溫驟降期間，內表溫差過大在混凝土表面也會產(chǎn)生較大的拉應力而出現(xiàn)表面裂縫。為保證混凝土施工質量，避免產(chǎn)生溫度裂縫，確保大橋的使用壽命和運行安全，采用大型有限元程序大體積混凝土施工期溫4、度場與仿真應力場分析程序包對承臺大體積混凝土進行了仿真計算，該計算能夠模擬混凝土實際施工過程，不僅考慮了混凝土的澆筑分層、澆筑溫度、養(yǎng)護、保溫等邊界條件，而且考慮了混凝土的彈性模量、徐變、自生體積變形、水化熱的散發(fā)規(guī)律等物理熱學性能，并根據(jù)計算結果制定避免承臺產(chǎn)生有害溫度裂縫的溫控方案。2. 仿真分析2.1氣象資料XX市多年平均氣溫15.5，一月份最冷，平均氣溫僅2.4；七月份最熱，平均氣溫28.2。極端最低氣溫-15.5，極端最高氣溫39.4。多年平均降水量為1071.5mm，年平均降水日（降水量等于或大于0.1mm）127.5天。6、7月份為“梅雨”季節(jié)，降水量占全年的1/3。多年平均風速5、為3.0m/s；常風向為ESE，頻率為13%，強風向ESE，多年瞬時最大風速24m/s，大風日數(shù)（風力大于等于7級）平均6天，年最多19天。2.2設計資料混凝土材料參數(shù)參考有關設計規(guī)范及工程試驗結果。估算C30砼絕熱溫升35，混凝土配合比、彈性模量、熱學參數(shù)取值見表1、表2、表3。承臺混凝土理論配合比表1材料水泥粉煤灰礦粉砂碎石水外加劑參數(shù)級灰S95級中砂525mm自來水ZX300/ZX300RC30200858082310321703.36混凝土劈裂抗拉強度經(jīng)驗值（MPa） 表2齡期(d)372860C301.21.72.93.3混凝土物理、熱性能參數(shù)參考值 表3 混凝土等級彈模增長指數(shù)最終6、彈模（MPa）熱脹系數(shù)(1/)比 熱(kJ/kg. )混凝土絕熱溫升()C300.163.51048.010-61.135.02.3仿真計算2.3.1模型參數(shù)、根據(jù)結構的對稱性，分別取承臺1/4體積的C30砼進行計算；、承臺將于六月份一次性澆筑；、承臺基礎為21根鉆孔灌注樁，基巖約束彈模取28GPa；、承臺中布設3層冷卻水管，水管水平間距1.0m，通水保證管內流速大于0.65m/s，起始通水溫度不高于澆筑溫度，通水溫度與混凝土內部最高溫度之差不大于20；、混凝土終凝后頂面覆蓋麻袋灑水養(yǎng)護，側面包裹土工布保溫；、氣溫參照設計圖紙?zhí)峁┑膮?shù)，按不利條件取值；、計算用數(shù)值模型計算中使用的絕熱溫升、彈7、性模量、徐變度的數(shù)值模型分別為：絕熱溫升絕熱溫升公式取雙曲線函數(shù)： (3-1)式中：最終絕熱溫升，時間，放熱指數(shù)。 彈性模量 彈性模量隨時間的增長曲線采用指數(shù)形式，即（3-2） 式中：為初始彈模，為最終彈模與初始彈模之差，為與彈模增長速率系數(shù)。2.3.2主要計算成果承臺大體積砼溫度場及溫度應力場的計算采用大體積混凝土施工期溫度場與仿真應力場分析程序包進行，其有限元剖分示意圖見圖1。圖1承臺1/4有限元網(wǎng)格剖分圖（1）、溫度場的主要特征值混凝土峰值溫度在61左右，在3天左右出現(xiàn)，溫度場特征圖見圖2。承臺到達溫峰圖2 溫度場特征圖（單位：）（2）、溫度應力場的主要特征值承臺混凝土最大溫度主拉應力（8、MPa） 表4 齡期/d372860承臺1.071.222.202.73安全系數(shù)1.121.391.321.21混凝土早期由于內表溫差引起表面拉應力，后期由于基礎溫差引起內部拉應力。由表4、表2可知，承臺一次性澆筑，早期3天安全系數(shù)和后期安全系數(shù)較小。因此，承臺溫度控制的關鍵點在于加強表面保溫控制內表溫差及加強通水控制砼內部最高溫度。嚴格按照溫控標準控制施工,可有效避免承臺砼產(chǎn)生有害溫度裂縫。溫度應力場特征圖見圖3。承臺3天應力分布承臺7天應力分布承臺28天應力分布承臺60天應力分布圖3 溫度應力場特征圖（單位：0.01MPa）3溫度控制標準混凝土溫度控制的原則是：1）、盡量降低混凝土的溫升、9、延緩最高溫度出現(xiàn)時間；2）、降低降溫速率；3）、降低混凝土中心和表面之間以及控制混凝土表面和氣溫之間的差值。溫度控制的方法和制度需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內部溫度、結構尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。在仿真計算的基礎上，根據(jù)本工程的實際情況，制定如下溫控標準： 、混凝土入模溫度30； 、混凝土內表溫差20； 、控制混凝土在澆筑溫度的基礎上，C30砼最大水化熱溫升32； 、混凝土最大降溫速率2.0/d。4混凝土溫控措施4.1合理選材、優(yōu)化混凝土配合比，降低混凝土內部水化熱溫升合理選擇混凝土原材料，選擇級配良好的砂、石料、性能優(yōu)良的緩凝高效減水劑，控制水灰比，降低水泥用量，是控制混凝土10、內部水化熱溫升的重要環(huán)節(jié)。混凝土原材料選擇及質量控制遵循以下原則： 、 水泥：選用低水化熱和含堿量低的水泥，避免使用早強水泥和高C3A含量的水泥。水泥應分批檢驗，質量應穩(wěn)定，如果存放期超過3個月應重新檢驗。、 粉煤灰：應適當增加粉煤灰摻量，以推遲水化熱溫峰的出現(xiàn)，降低混凝土絕熱溫升。粉煤灰入場后應分批檢驗，質量應符合用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1596-91）的規(guī)定。、 細骨料：采用中粗砂。細度模數(shù)大于2.5，砂含泥量必須小于2%，并無泥團，砂入場后分批檢驗，其質量應符合普通混凝土用砂質量標準。、 粗骨料：石子級配必須優(yōu)良，來源穩(wěn)定。入場后分批檢驗，嚴格控制其含泥量不超過1.0%，如果達不11、到要求，石子必須用水沖洗合格后才能使用，其它指標必須符合規(guī)范要求。、 外加劑：采用緩凝高效減水劑，以最大限度降低水泥用量，推遲水化熱溫峰的出現(xiàn)。外加劑入場后應分批堆放，分批檢驗，如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時報告。外加劑在使用前盡量配成溶液，拌和均勻后方可使用，配制由專人負責，做好配制記錄；外加劑的減水率應大于20，其緩凝成分禁止使用糖類化合物。4.2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，必須加強混凝土施工每一個環(huán)節(jié)的控制，要求施工現(xiàn)場配合溫控人員從混凝土的拌合、運輸、澆筑、振搗到養(yǎng)護、保溫整個過程實行有效監(jiān)控。砼施工必須嚴格按照公路橋涵施工技術規(guī)范（JTJ04112、-2000）進行，并應特別注意以下方面：、混凝土配料拌制前，各種衡器應進行專業(yè)計量標定，稱料誤差應符合規(guī)范要求；及時檢測粗、細集料的含水率，隨時調整材料用量及水用量，確保配合比嚴格，混凝土均勻；、要求混凝土卸料高度低，堆積高度低，有多個漏斗下料，杜絕混凝土離析；、混凝土按規(guī)定厚度、順序和方向分層布料，振搗密實，不宜漏振或過振，分層布料厚度不宜超過0.3m，連貫澆筑到頂；、澆筑完畢后，在頂面混凝土終凝前，必須進行二次抹面以減少沉縮裂縫的發(fā)生；、根據(jù)倉面面積和澆筑能力以及溫控要求控制混凝土緩凝時間，應不低于20h。4.3承臺施工溫控措施4.3.1混凝土澆筑溫度控制嚴格控制澆筑溫度不超過溫控標準上限13、值。混凝土出攪拌機，經(jīng)運輸、平倉、振搗過程后，距離表面5-10cm處的溫度為混凝土澆筑溫度。、水泥使用前應充分冷卻，確保施工時水泥溫度50。、選用搭設遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋骨料等措施以降低骨料溫度。、避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附近的局部氣溫不超過40。為此，應合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。、當氣溫高于入倉溫度時，應加快運輸和入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升，混凝土輸送管外用草袋遮陽，并經(jīng)常灑水。、夏季施工期間，宜考慮加冰降低拌和水溫度，以期降低混凝土出機溫度。4.3.2混凝土冷卻水管布置及要求（一）冷卻水管布置根據(jù)混凝土一次性澆14、筑和內部溫度分布特征，在承臺內擬布設3層冷卻水管，其水平間距為1.0m，布置見附圖1；每根冷卻水管長度不超過180m，上下層水管交錯布置。冷卻水管進水口應集中布置，以利于統(tǒng)一管理。（二）冷卻水管使用及其控制要求、冷卻水管使用前應進行壓水試驗，防止管道漏水、阻水；、混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后即開始通水，通水時間根據(jù)現(xiàn)場測溫確定。采用直徑為32mm的冷卻水管，升溫期通水流量應大于30L/min，確保管內水流速在0.65m/s以上，以形成紊流；降溫時段，可通過水閥控制減緩通水，使流速減半，水流平緩，以層流狀態(tài)冷卻混凝土。、冷卻水管停止使用后，應按照相關規(guī)范要求采用水泥漿灌漿封閉。4.3.3內表溫15、差控制對于大體積混凝土，由于水化放熱會使溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過低，在升溫的一段時間內應加強散熱，如加大通水流量、降低通水溫度等。當混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。為防止氣溫較低或突遇寒潮氣溫驟降，除側面利用外模保溫外，上表面可采用塑料薄膜加土工布保溫保濕，條件允許可蓄水養(yǎng)護，蓄水深度大于30cm。混凝土保溫充分、時間足夠長，讓混凝土慢慢冷卻，拉應力會在砼徐變作用下部分松馳，直到溫差達到允許范圍，可有效控制裂縫的產(chǎn)生。4.3.4養(yǎng)護混凝土養(yǎng)護包括濕度和溫度兩個方面。結構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于施工養(yǎng)護過程中的溫度和濕度養(yǎng)護。因為水泥只有水化到一定程度才能形16、成有利于混凝土強度和耐久性的微結構。目前工程界普遍存在的問題是濕養(yǎng)護不足，對混凝土質量影響很大。濕養(yǎng)護時間應視混凝土材料的不同組成和具體環(huán)境條件而定。特別是低水膠比又摻有大量礦物摻和料的混凝土，為減少早期自收縮，保證表層混凝土有密實的微結構，充分的潮濕養(yǎng)護過程尤其重要。濕養(yǎng)護的同時，還要控制混凝土的溫度變化。根據(jù)季節(jié)不同采取保溫和散熱的綜合措施，保證混凝土內表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內。暴露于大氣中的新澆混凝土表面應及時進行水養(yǎng)護。承臺混凝土上表面因沒有模板保護，應覆蓋塑料薄膜和土工布保濕，人工直接灑水易造成混凝土表面干濕循環(huán)，產(chǎn)生干縮裂縫。承臺澆筑拆模后宜盡早回填覆蓋，既有利于17、結構物表面形成穩(wěn)定的溫度場，減少受環(huán)境氣候的影響，又有利于結構物表面的養(yǎng)護。5混凝土溫控施工現(xiàn)場監(jiān)測5.1 混凝土溫度監(jiān)測根據(jù)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(xiàn)異常情況及時采取有效措施，擬在承臺布設2層共20個溫度測點，測點布置示意圖見附圖1。在監(jiān)測混凝土溫度變化的同時，監(jiān)測氣溫、冷卻水管進出口水溫、混凝土澆筑溫度，為施工提供信息。5.2 現(xiàn)場測試要求各項測試項目在混凝土澆筑后立即進行，連續(xù)不斷。混凝土的溫度測試，峰值出現(xiàn)以前每2h監(jiān)測一次，峰值出現(xiàn)后每4h監(jiān)測一次，持續(xù)5天，然后轉入每天測2次，直到溫度變化基本穩(wěn)定。5.3 測試所用儀器溫度檢測儀器選擇依據(jù)18、使用可靠和經(jīng)濟的原則，采用專門開發(fā)JGY100型智能化數(shù)字多回路溫度巡檢儀，溫度傳感器為PN結溫度傳感器。JGY100型智能化溫度巡檢儀可自動、手動巡回檢測多點溫度，并具有數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)掉電保護、歷史記錄查詢、實時顯示和數(shù)據(jù)報表處理等功能。該儀器測量結果可直接用計算機采集，人機界面友好，并且測溫反應靈敏、迅速，測量準確，主要性能指標： 、測溫范圍：-50+150； 、工作誤差：1； 、分辨率：0.1； 、巡檢點數(shù)：64點； 、顯示方式：LCD（240128）； 、功耗：15W； 、外形尺寸：230130220； 、重量：1.5kg。溫度傳感器的主要技術性能： 、測溫范圍：-50150； 、工作19、誤差：0.5； 、分辨率：0.1； 、平均靈敏度：-2.1mv/。附錄1：混凝土的出機溫度和澆筑溫度1混凝土的出機溫度T0式中：、分別為砂石的含水量，以計；、分別為每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰計入水泥中）；、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(shù)，其數(shù)值如下：1） 混凝土裝、卸和轉運，每次0.032；2） 混凝土運輸時A, 為運輸時間以分鐘計，A參照下表；3） 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(shù)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長方形吊斗0.30.0022長方形吊斗1.60.0013園柱形1.60.0009泵送0.0018附圖1：冷卻水管和測點布置示意圖