墩台大体积混凝土的施工方案.docx

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墩台大体积混凝土的施工方案

赣龙铁路GL-3标段桥梁工程

墩台大体积砼

施

工

方

案

赣龙铁路GL-3标段一项目部

二0一一年五月十四日

一、工程概况

GL-3标段一项目部承建工程，包括小隘跨夏蓉高速公路特大桥、古城大桥、古城一号中桥、古城二号中桥、竹园特大桥、观音岩中桥、桐子排大桥、花桥大桥、大山坪大桥、麻园里大桥、麻园里中桥、长汀特大桥、汀江大桥、德田特大桥、德溪角大桥、庙乐寺一号大桥、庙乐寺二号大桥、策田特大桥、红土亭大桥、红土亭特大桥、岩子前大桥、中坑大桥、虎坑大桥、牙背特大桥的线下工程以及11座连续梁的施工。

项目工程内共24座桥梁且有11座连续梁，其中小隘跨厦蓉高速公路特大桥、竹园特大桥及牙背特大桥为本项目部控制性重难点工程，小隘特大桥第10—15跨为1-（40+4x72+40）的连续梁，跨越319国道及厦蓉高速公路，3#、23#桥墩处于孤立陡山坡处，15#桥墩位于陡坡半山处为连续梁的边跨，竹园特大桥跨越319国道，总长为2544m，其中有1-（40+80+40）、1-（40+64+40）连续梁，牙背特大桥跨越汀江，总长968m，其中有1-（40+56+40）连续梁。

气象特征：

本项目工程段桥梁地处我国东南部的闽西地区，位于北纬24°50ˊ～26°之间，属于中亚热带季风湿润气候区，夏季盛吹偏南风，冬季盛吹偏北风。

随着冬夏季风环流的转移，形成夏长冬短、春秋对峙、垂直气候明显、干湿季节分明、灾害性天气较多的气候特征。

年平均气温在15°C～19.9°C之间，极端最高温度39.4°C，极端最低温度零下7.4°C，极端气温年温差46.8°C。

年平均降雨量1700mm，最大日降雨量300余mm，年平均雨雪日160余天。

梅雨期为5～6月，年平均梅雨量约600mm，年平均秋雨量约378mm，全年光照充裕，无霜期年平均达260天以上。

二、承台施工方案选择

凝土采用商品混凝土，混凝土输送泵进行混凝土输送.

浇注路线沿长向平行布置，采用“分段定点，一个坡度，分层浇筑，循序渐进，一次到顶”的斜面浇注方法。

顺长方向，由远而近，向后退浇，一次浇筑到位，在保证砼不出现冷缝的条件下，适当放慢浇筑速度，以利于散热。

每个泵口配置2台振动棒，先分别在砼斜面上下两端同时振捣，使砼混合料自然流淌，然后再全面浇捣，并严格控制振捣时间、移动间距和插入深度。

合理布置测温孔，按时进行混凝土的测温工作，做好记录。

三、材料控制

1、材料选用：

选用P.O42.5R矿渣硅酸岩水泥（低水化热），砂、石、粗骨料要求级配良好，含泥量不大于2%，优质粉煤灰，减水剂，泵送剂，防水剂，膨胀剂。

2、优化配合比设计：

通过试验室试配，在保证强度和抗渗性前提下，尽量减少水泥用量，通过掺用适量的高质量的粉煤灰，以进一步降低水化热，提高砼的抗渗性，改善砼的和易性。

3、优选材料，控制混凝土浇筑温度，上料前，石子采用水冲降温，并尽量缩短混凝土的运输时间，合理安排浇筑顺序，及时卸料；在浇筑前，用水冲洗模板降温；泵管用麻布包裹，以防日光暴晒升温。

四、施工措施

保证混凝土浇筑质量。

浇筑采用“一个坡度、层层浇筑、一次到顶”的方针。

根据混凝土泵送时形成的坡度，在上层与下层布置两道振捣点。

第一道布置在混凝土卸料点，主要解决上部振实；第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。

先振捣料口处混凝土，以形成自然流淌坡度，然后全面振捣。

为提高混凝土的极限拉伸强度，防止因混凝土沉落而出现裂缝，减少内部微裂，提高混凝土密实度，还采取二次振捣法。

在振捣棒拨出时混凝土仍能自行闭合而不会在混凝土中留孔洞，这时是施加二次振捣的合适时机。

由于泵送混凝土表面水泥较厚，在浇筑两小时至6小时后，先用长刮尺按标高刮平，然后用木抹反复搓压数遍，使其表面密实，在初凝前用铁板压光。

既能较好地控制混凝土表面龟裂，又能减少混凝土表面水分散发。

五、混凝土的养护

为防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝，应根据当时的施工情况和环境气温，采用了“蓄水法”进行混凝土养护。

具体做法是：

因砼内部有大量水份，盖上薄膜，砼升温后，在薄膜与砼表面之间形成一个蒸汽层，避免外界气温的影响。

浸水麻袋使之更加密实，并且使水分不易散发，减少砼在水泥水化过程中的收缩变形，养护15天。

六、测温工作

及时掌握混凝土内部温度与表面温度的变化值，便于调整养护措施，在基础内埋设测温点14组，在砼表面、中心、底部设置测温点，分别测量中心最高温度和表面温度，测温孔采用埋设Φ20薄壁钢管，底口封焊，不使水泥浆流入管内，测温管均露出混凝土表面12厘米，测温管上口用木头密封。

测温从浇筑后12h开始，温升阶段每2h测温一次，降温阶段每4h测温一次，7d后每天一次，共测温14d。

砼温度计算：

（1.5m厚C40砼温度的计算）

（1）砼内部最高温度Tmax：

Tmax＝Tj+（KcWc）/（Kh）+（Fa）/（50）＝75.6℃

式中Tj——砼浇筑温度℃；

Kc——水泥品种标号修正系数；

Wc——每立方砼水泥用量kg/m3；

Kh——结构厚度系数；

Fa——每m3砼粉煤灰掺量kg/m3。

（2）砼结构表面温度T2：

T2＝Tq+（4）/（H2）h′（H-h′）ΔT（t）＝51.6℃

式中Tq——龄期t时大气的温度℃；

H——砼结构的计算厚度（m）；

h′——砼结构的虚厚度（m）；

ΔT（t）——龄期t时砼中心温度与外界气温之差℃。

（3）砼内外温差ΔT：

ΔT＝75.6℃-51.6℃＝24℃＜25℃

从计算上可以看出，理论上采取的两层麻袋和一层薄膜的养护措施可保证砼内外温差小于25℃。

七、墩身施工方案选择

墩身采取布置冷却管的方式，以江东特大桥为例：

1.墩身混凝土的温控计算

1.1混凝土最高水化热温度及3d、7d的水化热绝热温度

墩身混凝土：

C=315Kg/m3;水化热Q=377J/Kg，混凝土比热c=0.96J/KgoC，混凝土密度ρ=2400Kg/m3

墩身混凝土最高水化热绝热升温：

Tmax=CQ/cρ=（315×377）/（0.96×2400）=51.543℃

3d的绝热温升

T（3）=51.543×（1-e-0.3×3）=30.587℃

ΔT（3）=30.587-0=30.587℃

7d的绝热温升

T（7）=51.543×（1-e-0.3×7）=45.231℃

ΔT（3）=45.231-30.587=14.644℃

1.2墩身混凝土各龄期收缩变形值计算

εy（t）=εy0（1-e-0.01t）×M1×M2×……×M10

式中：

εy0为标准状态下的最终收缩变形值；M1为水泥品种修正系数；M2为水泥细度修正系数；M3为骨料修正系数；M4为水灰比修正系数；M5为水泥浆量修正系数；M6为龄期修正系数；M7为环境温度修正系数；M8为水力半径的倒数（cm-1），为构件截面周长（L）与截面面积（A）之比：

r=L/A；M9为操作方法有关的修正系数；M10为与配筋率Ea、Aa、Eb、Ab有关的修正系数，其中Ea、Eb分别为钢筋和混凝土的弹性模量（MPa）,Aa、Ab分别为钢筋和混凝土的截面积（mm2）。

查表得：

M1=1.10，M2=1.0，M3=1.0，M4=1.0，M5=1.2，M6（3d）=1.09，M6（7d）=1，M7=0.7，M8=1.2，M9=1.1，M10=0.95.则有：

M1×M2×M3×M4×M5×M6（3d）×M7×M8×M9×M10=1.1×1.0×1.0×1.0×1.2×1.09×0.7×1.2×1.1×0.95=1.263

M1×M2×M3×M4×M5×M6（7d）×M7×M8×M9×M10=1.1×1.0×1.0×1.0×1.2×1×0.7×1.2×1.1×0.95=1.159

（1）3d的收缩变形值

εy（3）=εy0（1-e-0.01×3）×1.263=3.24×10-4×（1-e-0.01×3）×1.263=0.121×10-4

（2）7d的收缩变形值

εy（3）=εy0（1-e-0.01×3）×1.263=3.24×10-4×（1-e-0.01×7）×1.159=0.254×10-4

1.3墩身混凝土各龄期收缩变形换算成当量温差

（1）3d龄期

Ty（3）=εy（3）/α=（0.121×10-4）/1.0×105=1.21℃

（3）7d龄期

Ty（7）=εy（3）/α=（0.254×10-4）/1.0×105=2.54℃

1.4墩身混凝土各龄期内外温差计算

假设入模温度：

T0=15℃，施工时环境温度：

Th=18.5℃

（1）3d龄期

ΔT=T0+2/3T（3）+Ty（3）-Th=15+2/3×30.587+1.21-18.5=18.1℃

（2）7d龄期

ΔT=T0+2/3T（7）+Ty（7）-Th=15+2/3×45.231+2.54-18.5=29.194℃

由以上计算可知，墩身混凝土内外温差最大为29.194℃，超过我国《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001）中关于大体积混凝土温度内外温差为25℃的规定。

若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种行之有效的方法。

2.冷却管的布置及混凝土的降温计算

C35，C40混凝土的配合比均为0.39，水泥用量相差11Kg，对于计算水化热影响较小，在计算中均采用C40混凝土参数进行计算。

并以此进行布置冷却管。

2.1水的特性参数：

水的比热：

c水=4.2×103J/Kg℃;水的密度ρ水=1.0×103Kg/m3;冷却管直径：

D=3cm

2.2墩身混凝土冷却管的布置形式

见附图。

2.3墩身混凝土体积（除去冷却管）

V=300m3

3.4墩身混凝土由于冷却管的作用的降温计算

T=

式中：

—冷却管中水的流量

t—冷却管通水时间

—水的密度

ΔT水—进出水口的温差

C水—水的比热

V砼—混凝土的体积

ρ砼—混凝土的密度

c砼—混凝土的比热

（1）3d龄期

冷却管通水时间：

持续通水（按t=1d计算），假设出水管和进水管的温差：

ΔT=5℃则要满足混凝土内外温差小于25℃则水的流量Q水满足以下：

T=

=

=729.2Q水

（2）7d龄期

冷却管通水时间：

持续通水（按t=2d计算），假设出水管和进水管的温差：

ΔT=5℃则要满足混凝土内外温差小于25℃则水的流量Q水满足以下：

T=

=

=1458.3Q水

2.5预埋冷却管后各龄期墩身混凝土内外温差值：

（1）3d龄期

ΔT=18.1-729.2Q水/2<25℃（安全系数为2.0）

Q水>-0.00189即要满足混凝土内外温差小于25℃，每小时的水流量应大于-0.00189立方米

（2）7d龄期

ΔT=29.194-1458.3Q水/2<25℃（安全系数为2.0）

Q水>0.00575m3即要满足混凝土内外温差小于25℃，每小时的水流量应大于0.00575立方米

注意：

墩身混凝土冷却管布置之后，要严格观察入水口和出水口的水温差，根据水温差及时调整泵水速度。

水温差大时，提高水速；水温差小时，降低水速。

通过冷却排水带走混凝土内部的热量。

九、防止混凝土裂缝产生措施

1、为了降低砼的温度应力，要求控制其温度的变化。

从防止出现温度变形裂缝的前提出发，温度控制的主要任务是：

①降低混凝土内部最高温升，减小总降温差；

②提高混凝土表面温度，降低混凝土内部温差，减小温度梯度；

③延缓混凝土的降温速率，充分发挥混凝土徐变特性。

2、根据上述三要素，我们采取的具体措施如下：

①选用强度等级为42.5的中低热矿渣水泥；

②通过优化砼级配，尽量减少大体积混凝土水泥用量，减少水化热的产生；

③掺加缓凝剂，延缓砼水化热的峰值出现时间；

④降低砼的浇筑温度；

⑤混凝土采用蓄热保温，严格控制砼内外温差；

⑥加强砼搅拌，确保拌和均匀，使筏板内部温度均匀；

⑦砼振捣需在浇筑后初凝前作二次复振，排除砼因秘水形成的水分和空隙，提高握裹力，增强砼抗裂性；

⑧加强砼的保温养护，达到砼表面保温保湿作用。

以蓄热法进行大体积混凝土的养护方法，用塑料薄膜与麻袋作为保温材料，其中塑料薄膜除了保温作用外，对砼还具有明显的保湿效果，只要覆盖时幅与幅间搭接严密，薄膜与砼表面可以长时间的保持湿润状态，这对砼的养护极为有利。

在整个底板砼保温养护期间，不用花费人工及自来水每天浇水。

而依靠砼的泌水足以保持砼表面处的湿润，既减少了砼表面干缩裂缝，又避免了因浇冷水而降低砼表面的温度，而使砼内外温差的增加。

布置冷却管，通过冷却水降低内外温差。

3、为了防止混凝土开裂，提高混凝土本身的抗拉性能也是极其重要的一个方面。

提高混凝土抗裂性能应着重从提高混凝土抗拉强度入手，在优化配合比的情况下改善施工工艺提高施工质量、加强养护，为了制定合理的温度控制方案，对混凝土的温度变化进行科学预测必不可少；为了及时掌握混凝土温度变化的实际状况并随时加以必要的控制，同步进行混凝土温度监测是关键。

科学的预测与准确的监控相结合，使整个温度控制取得成功的切实保证。

4、及时反馈监测信息，根据温度监测情况，及时根据多点监测结果对不同部位随时调整保温层厚度，使温差控制在规范规定的25℃之内。

附图如下：