西江水道桥主墩大体积混凝土温控方案(DOC).doc

西江水道桥主墩承台施工温控方案设计一、 工程概况西江水道桥主墩承台尺寸为34.5m（横桥向）×24.5m（纵桥向）×6m（高度），顶标高为+4.53m，底标高为-1.47m桩基采纳29根φ2.5m钻孔灌注桩（钢护筒直径2.8m），梅花形布置承台采纳C40混凝土，单个主墩承台设计方量5597.05m³，封底混凝土采纳水下C20混凝土，钻孔桩采纳C30水下混凝土如图1-1主墩承台设计图图1.1 主墩承台构造图主墩承台施工属于大体积承台施工，大体积混凝土浇筑后将产生较高的水化热温升，形成不匀称非稳定温度场，产生非匀称的温度变形，温度变形在下部结构和自身的约束之下将产生较大的温度应力，温度应力往往超过混凝土的抗拉强度，导致混凝土开裂为了避开承台混凝土产生过大应力，确定将主塔承台竖向分为2层完成混凝土浇筑施工，第一层2.5m，其次层3.5m为防止温度裂缝，保证工程质量，必需进行温度限制，并实行合理的温度限制措施温度限制的标准和温控措施的制订则应依据温控计算与温控设计同时，为检验温控标准和温控效果并便于调整温控措施，还需进行温控监测，作出温控监测设计二、 设计依据(一) 《西江水道桥两阶段施工图纸》；(二) 《马路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)；(三) 《马路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）;(四) 《马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；(五) 《大体积混凝土温度应力与温度限制》(朱伯芳 著)；(六) 《西江水道桥主墩承台施工方案》。

三、 设计计算参数混凝土浇筑后的温度与水泥的水化热温升、混凝土的浇筑温度和浇筑进度、外界气温、表面爱护等多种因素有关温度计算结果的精确性除了选择恰当的计算方法以外，还有赖于与上述因素有关的基本条件和材质参数的正确选取温度计算中用到的水泥水化热，混凝土协作比、强度、弹性模量及气温等参数均通过试验及相关规范资料选取3.1 混凝土性能3.1.1 混凝土的协作比组成（1）水泥所用水泥的化学成分及水化热指标应满意有关规定，应避开运用早强、水化热较高和C3A含量较高的水泥；要防止水泥细度过小，早期发热过快，不利于温控当水泥温度大于60℃时，不允许进入水泥储料罐同时应做到先入罐的水泥先用，以保证水泥有足够的降温时间水泥选用P.O42.5水泥，选择这种水泥主要有以下几个方面的考虑：一方面因为塔柱的外观颜色和选用水泥的种类有很大的关系，考虑到保证承台与塔柱的色泽一样，所以选用与塔柱同样的水泥另一方面考虑到水化热的产生不光与水泥种类有关，而且与单位体积水泥用量有关，选用P.O42.5水泥可以大大削减单位水泥用量2）粉煤灰粉煤灰应采纳组分匀称和各项性能稳定的Ⅱ级及Ⅱ级以上优质粉煤灰，而且粉煤灰的烧失量应不大于8％，需水量比应小于100％，以降低用水量，其它各项指标应满意规范要求。

3）化学外加剂为提高混凝土耐久性和削减用水量，改善混凝土和易性，降低绝热温升，承台混凝土应掺加适量的高效缓凝减水剂减水剂的减水率应大于20％，同时还应检查外加剂的稳定性4）骨料工程应用的骨料应没有碱活性并具有较低的热胀系数粗骨料级配为5～25mm级配细骨料为中砂，细度模数为2.8，其它指标应符合有关规范5）混凝土协作比依据以往的阅历和试验数据结果，确定混凝土的协作比见下表： 封底C20混凝土协作比 表3.1-1材料名称水泥粉煤灰砂碎石水减水剂合计材料用量（kg）20011584710361532.522353.52相对用量(%)8.54.936446.50.1100 承台C40混凝土协作比 表3.1-2材料名称水泥粉煤灰砂碎石水减水剂合计材料用量（kg）31012074010651514.092353.52相对用量(%)8.54.936446.50.11003.1.2 混凝土力学性能①封底混凝土：封底混凝土采纳 C20 混凝土，28 天强度为 f28=31.6MPa；查《马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为 Ec=2.55×104MPa；泊松比：u=0.2；密度：ρ=2353.5kg/m3；②承台混凝土：承台混凝土采纳 C40 混凝土，3 天强度为 f3=31MPa，7 天强度为 f7=43.2MPa，28 天强度为 f28=50.0MPa；查《马路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为 Ec=3.25×104MPa；泊松比：u=0.2；密度：ρ=2390.1kg/m3。

3.1.3 混凝土热学性能①导热系数及比热参考《大体积混凝土温度应力与温度限制》第 2.4 节，在 20℃条件下，各原材料的热学性能见3.1-3 原材料热学性能汇总表 表3.1-3材料系数水泥粉煤灰砂碎石水外加剂导热系数λ（kJ/m·h·℃）4.4464.44611.12914.5282.1602.160比热C（kJ/m·℃）0.4560.4560.6990.7494.1874.187依据上表依据重量百分比加权方法得出在 30℃条件下，封底混凝土、承台混凝土的热学性能参数见表 3.1-4 原材料热学性能汇总表 表3.1-4材料名称封底混凝土承台混凝土导热系数2.32.3比热0.250.25②热膨胀系数：а=1×10-5；③绝热温升参考《大体积混凝土温度应力与温度限制》表 2-5-2 中查得一般硅酸盐水泥的水化热系数 Q0=330kJ/kg，依据水泥水化热计算得承台混凝土的绝热温升计算公式如下：θ0=Q0（W+kF）/c/ρ式中：θ0—水泥绝热温升Q0—水泥水化热W—水泥用量k—折减系数，对于粉煤灰取 0.25。

F—混合料用量C—混凝土比热ρ—混凝土密度通过计算得到承台混凝土的绝热温升为 41℃，查表得到导热系数为0.7593.1.4 施工条件①依据总体工期的总体支配，承台在 11-3 月份进行施工依据最近几年相关气温统计，在 11-3 月份的平均温度为 24℃，冷却水温依据18℃进行限制②混凝土浇筑温度：浇注时的气温 T ，混泥土温度依据T+6℃进行限制③承台的分两层浇筑：分层厚度分别为2.5m+3.5m④混凝土层间浇筑间歇时间为 10 天3.1.4 边界条件计算承台温度时，取以下三种边界条件：①在封底混凝土底面和周边与钢围堰和土体接触，可取封底混凝土温度等于环境温度；②混凝土表面采纳土工布进行覆盖养护，土工布的厚度为 5mm，其导热系数为0.188kJ/(m·h·℃)，属于第三类边界条件混凝土侧面采纳钢模板进行施工，混凝土表面的放热系数为 18.46kJ/( m2·h· ℃)混凝土上覆盖土工布的等效放热系数为βs=1/(1/β+h/λ)=1/(1/18.46+0.005/0.188)=12.38kJ/(m·h·℃)③混凝土分层浇筑时,上下两层混凝土的结合面实行人工凿毛，并覆盖土工布养护混凝土表面的放热系数为 21.06kJ/( m2·h·℃)。

则上下两层混凝土的结合面土工布的等效放热系数为βs=1/(1/β+h/λ)= 1/(1/21.06+0.005/0.188)=13.50kJ/(m·h·℃)3.1.5 冷却管布置承台施工采纳冷却水管进行内部降温参考主桥设计图纸，承台冷却管采纳导热性好、并有肯定强度的镀锌铁管，规格型号为φ42.4×3.2mm冷却水管布置层距为 1.0m,离底层和顶层的距离均为50cm，整个承台共埋设 6 层冷却图3.1-1 承台混凝土冷却管布置图3.2 混凝土性能(一) 浇筑温度，混凝土入仓并经过平仓振捣后，在上层混凝土覆盖前距混凝土表面10～15cm处的温度为浇筑温度限制浇筑温度对降低混凝土内部最高温度具有重要意义应限制混凝土浇筑温度不大于T+6℃（T为浇筑期旬平均气温）二) 内外温差，混凝土块体内部平均温度与表面温度之差为内外温差为防止混凝土内外温差过大引起表面裂缝，施工中需限制混凝土内外温差小于25℃三) 保温标准，混凝土表面裂缝多发生在浇筑的初期，而初期的气温骤降是引起表面裂缝的主要外因当平均气温在2～3天内连续下降6～9℃时，未满28天龄期的混凝土暴露表面可能产生裂缝因此应实行的保温标准为2～3天内连续下降小于6～9℃。

四) 降温速率，限制降温速率可使混凝土内部温度应力得到刚好释放，对削减温度裂缝具有重要意义混凝土降温速率应限制在不大于 3℃／d3.3采纳midascivil进行水化热分析为了加快建模速度，且能更好的显示内部温度分布状况，采纳1/4承台模型进行有限元水化热分析完成1.5m的封底混凝土后，进行第一层2.5m的浇筑施工图3.3-1 第一层水化热分析1/4模型图3.3-2 第一层浇筑30h后温度分布图3.3-3 第一层浇筑60h后温度分布图3.3-4 第一层浇筑120h后温度分布图3.3-5 第一层浇筑240h后温度分布图3.3-6 第一层浇筑500h后温度分布图3.3-7 第一层浇筑最高温度和最低温度单元的拉应力图表图3.3-8 第一层浇筑最高温度和最低温度图表图3.3-9 第一层浇筑最高温度和最低温度单元拉应力比图表10天后进行其次层3.5m的浇筑施工图3.3-10 其次层水化热分析1/4模型图3.3-11 其次层浇筑30h后温度分布图3.3-12 其次层浇筑60h后温度分布图3.3-13 其次层浇筑120h后温度分布图3.3-14 其次层浇筑240h后温度分布图3.3-15 其次层浇筑500h后温度分布图3.3-16 其次层浇筑最高温度和最低温度单元的拉应力图表图3.3-17 其次层浇筑最高温度和最低温度图表图3.3-18 其次一层浇筑最高温度和最低温度单元拉应力比图表3.4 分析成果表 表3.4-1序号施工工况内部最高温度表面最低温度温差最大拉应力容许拉应力1第一层53.3℃31.5℃21.8℃2.753.52其次层47.2℃27.1℃19.9℃2.703.53.5 结论从上面的计算结果来看，承台混凝土协作比及温控方案可行，承台施工质量有保障，能满意相关规范及设计要求。

四、 温度检测温控点布置：在每层混凝土（2.5m和3.5m高度）内，沿纵、横轴线两个方向设置温度传感器温度传感器沿高度方向设置3层，分别距离承台底面0.4m、1.25或1.5m、3m或3.5m，距承台周边1m纵轴线上设置3层、每层3个，横轴线上设置1层、每层设置9个温度传感器，单个主墩承台共需温度传感器36个。