宜昌庙嘴长江大桥大体积混凝土温度控制.pdf
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1、68 世 界 桥 梁 2 0 1 4 , 4 2 ( 5 ) 宜 昌庙 嘴长江大桥大体 积混凝 土温度控 制 胡可 宁 。 余毅 ( 1 宜 昌市庙嘴 长 江大桥 建设 指挥部 , 湖 北 宜 昌 4 4 3 0 0 4 ; 2 中铁 大桥 局集 团桥 科院有 限公 司 , 湖北 武 汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要 : 宜 昌庙嘴长江大桥工程桥塔墩承台及锚碇均为大体积混凝 土结 构 , 为防止施工过程 中结构 出现危 害性裂缝 , 对 其进 行温度控制。基于现行 规范和设计要求 , 提出可行的温控控制标准 , 采用 MI DA S水化热模块计算混 凝土 的温度场 和应力场 , 根据计算结
2、果及相关经验制定冷 却水 自循 环控 制系统及 其它混凝 土表 面养护 和内部降 温等措施 , 温控 过程 中布置温度测 点 实时监测 混凝 土内、 外部的温度 , 并与计算值进行对 比。结果表 明 , 混凝土浇 筑体最 高温度值 、 里 表温差 、 降温速 率等温度 控 制指标均满足设计 和规 范要求 , 该桥采用针对性强 、 科学合理 的控制措施 , 有效地 降低了大体积混凝 土 内外温差 , 在 已完 成的 各桥 塔墩 承台及锚碇基 础部 分均未发现 明显裂缝 。 关键词 : 桥 梁工程 ; 承 台; 锚碇 ; 大体 积混凝 土; 温控措施 ; 温度 ; 裂缝 ; 有 限元法 ; 施 工
3、控 制 中图分类号 : U4 4 5 1 ; T V5 4 4 9 1 文献标志码 : A 文章 编号 : 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 6 8 0 5 1 工程概 述 大体积混凝土结构由于施工期间水泥的水化热 反应导致温度变化 , 在受到内、 外部约束时会产生较 大的温 度应 力 , 容 易 引起 混 凝 土 开裂 。裂缝 对 结 构 的承载力、 防水性能 、 耐久性等都会产 生很 大的影 响n 。因此 , 在大体积混凝土施工过程中, 必须准确 预测 、 测试 混凝 土 内部 的 温度分 布规律 , 采 取必要 的 控制措 施 , 以保 证结构 不会
4、 产生 危 害性 裂缝 。 宜 昌庙嘴长江大桥工程全长 3 2 2 9 6 8 1 m, 效 果 图如 图 1 所 示 。其 中大 江桥采 用主跨 8 3 8 m 的钢 板结 合梁 悬 索桥 , 三江 桥采 用 主跨 2 1 0 m 的 中央索 面高低 塔 斜 拉 桥 。 三 江 桥 桥 塔 墩 承 台 长 l 8 4 I 9 2 m、 宽 1 2 4 1 4 2 m、 高 4 5 m。大 江桥桥 塔 墩承台采用哑铃形 , 承台长、 宽均为 I 6 2 1 9 m、 高 5 5 6 m, 左 、 右 幅承 台之 间采 用系 梁连 接 , 系 梁长 I 5 2 - 1 8 m、 宽 8 m、 高
5、 4 4 5 m。其 中大 江桥 点 军侧 D j 1号 承 台 ( 见 图 2 ) 的平 面 尺 寸 为 1 6 2 m 1 6 2 m, 高 度 为 5 5 m, 系梁 尺 寸 为 1 8 m8 m4 m。承 台及 系 梁均 采 用 C 3 5混 凝 土 。承 台 、 系梁 的 混凝土配合比如表 1所示 。D J 1号下游承台与部分 系梁 ( 4 8 m 长 ) 同时 浇 筑 , 施 工 时 间 段 为 6月 份 。 大江桥点军侧锚碇设计采用 重力式嵌岩锚, 结构尺 寸 为 4 6 6 m5 2 m3 3 3 7 m, 基 础采 用 5级 台 阶 ; 西坝侧锚碇采用重力式锚 , 其基础部分
6、为外径 6 0 m 的圆形结构, 高为 2 2 m; 两侧锚碇 主体均采用 C 3 0 混凝 土 。 宜 昌庙 嘴长 江大桥 工程桥 塔墩 的承 台及 锚碇 均 11 5 _ r I 墨 l g l _。l 0l I j 士 8 坦 图 1 宜 昌庙 嘴 长 江 大 桥 效 果 图 卜 _ 一+ 0删 一 4 2 0 3 9 0 1 0 3 8 0 9 0 0 9 0 0 5 q 5 6 0 5 6 0 3 1 O 1 1 0 2 5 0 = = o o o 厂 、 厂 、 厂 、 U,U U 桥塔中心线 I: o O O 图 2 D J I号承台结构 示意 表 1 承 台、 系梁的混凝土配合
7、比 k g m。 收 稿 日期 : 2 0 1 4 0 5 2 9 作者简介 : 胡可宁( 1 9 6 2) , 男 , 高级工程师 , 1 9 8 3年毕业 于富春江职大水工建筑专业 ( E ma i l : 6 9 4 2 0 3 0 3 5 q q c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 宜 昌庙 嘴长 江大桥大体积混凝土温度控制 胡可宁 , 余毅 6 9 为 大体 积混 凝 土结 构 , 为 防止 施 工 过 程 中结 构 出 现 危 害性 裂缝 , 需 对大 体积 混凝 土结 构进 行 温度 控制 。 本文 以宜 昌庙嘴长江大桥大江桥点军侧
8、D J 1号 下 游 承 台为 例 , 介 绍对 其进 行 温度 控制 的相 关 内容 。 2温 度控 制 的标 准 根 据 公路 桥 涵 施 工 技术 规 范 ( J T G T F 5 O 一 2 O l 1 ) 6 1 3 节 的规定 , 结合现场的实际情况 , 主要温 度控 制指 标 2 如下 。 ( 1 )进 、 出水 口 的温 差 宜 小 于 或 等 于 1 0 , 且 水 温 与 内部混 凝 土的 温差 宜不 大于 2 0 。 ( 2 )混凝土里表温差 ( 不含混凝土收缩 的当量 温度 ) 不 宜大 于 2 5 。 ( 3 )混 凝 土 浇 筑 体 的 降 温 速 率 不 宜 大
9、 于 2 0 d 。 , ( 4 )混凝土浇筑体的表面与大气温差不宜大于 2 O 。 ( 5 )混 凝土 浇筑 体最 高 温度 值不 宜 大 于 7 5 , 根据 设计 要 求锚碇 最 高温 度值 不 宜大 于 6 O 。 ( 6 )根 据 承 台施 工 时 的 实 际 情 况 ( 时 间 、 气 温 等) 建议混凝土人模温度控制在 2 5以下 , 最大不 宜超 过 2 8 。 3温度 控 制计 算 在 大 体 积混 凝 土 开 始施 工 前 , 根 据 现 场 调查 的 混凝土配合 比、 混凝 土强度 、 施工方法 、 约束边界条 件 等参数 , 采 用 大 型通 用 计 算 软 件 MI
10、D AS C i v i l 水 化 热分 析模 块建 立有 限元 仿 真模 型 ( 见 图 3 ) 进行 模 拟 计算 , 得 出温 度场 和应 力场 的初 步结 果 , 并 根据计 算 结果 , 预先 制 定合 理 、 适 当的大 体积 混凝 土表 面养 护 和 内部 降温 措施 。在 大 体 积 混凝 土施 工 、 养 护 过 程 中 , 将 实 测环 境温度 函数 ( 温度 ) 及 管冷 函数 ( 冷 却 水 的流 量 、 温度 、 对 流 系 数 ) 、 保 温 层 对 流 函数 ( 等效 放 热 系数 ) 代 入 计算 模 型 , 根据 MI D AS程 序 推 荐 热 源 函数
11、参 数 ( 混 凝 土 绝 热 温 升 、 导 温 系 数 ) 进 行 试 算 调整热源函数参数使计算各测点温度峰值出 现时间大体与实测峰值 出现时间相近, 对大体积混 凝 土 内部温 度场 的变 化 趋 势 进 行 预测 , 根 据 需 要 随 时 调整 大体 积 混凝 土 养 护 措 施 , 严 格 控 制 表 面 混凝 土的温度梯度 、 内部混凝土的内外温差和降温速率 , 防 止大 体积 混凝 土产 生 有害 裂缝 3 。 初步计算由施工相应月份的历史气温资料选取 温 控计 算环 境 温度及 人 模温 度 ( 见表 2 ) 。 水 泥水 化放 热模 拟 采用 的热 源 函数如 下 : 图
12、 3 I ) J 1号下游承台计算模型 表 2 环 境 温 度及 入模 温 度 参数 F( )一 Q ( 1一 e ) 式 中, Q 为水 泥水化热绝热 温升 ; m 为导 温系数 。 这些参数按 MI DA S程序根据人模温度而提供的经 验参 数取 值 , 如表 3所示 。 表 3 混凝土水化热性 能参数 计算 模 型 中同 时建 立 承 台 、 系 梁 以及 垫 层 混 凝 土模 型 , 垫 层 混凝 土底 部 温 度 按 2 8地 层 温度 考 虑。保温层对流函数( 等效放热系数) 根据 大体积 混凝 土施 工规 范及 条文 说 明 ( G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ) 附
13、 录 C 公式计算, 模型中按 1 5 k J ( m h) 代入 。 4温 度控 制措 施 4 1 严 格控 制入模 温 度 在混凝 土配合 比及传热边界条件一定的情况 下 , 混凝 土入 模 温度越 高 , 其 所 能达 到的最 高温 度也 就越 高 , 与此 相应 的温 度变 形和 温度应 力也 就越 大 。 此外, 入模温度越高 , 混凝 土水化反应速率越快 , 绝 大 部分 水化 热将 在 混凝 土 浇 筑 初期 释 放 , 对 温 控 很 不 利 。因此 应 严 格 按 照 公 路 桥 涵 施 工 技 术 规 范 ( J T G T F 5 0 2 0 l 1 ) 的要 求 , 混
14、 凝 土 的 入模 温度 不 宜 高 于 2 8 。 主要 采取 的措 施_ 7 。 。 有 : 控 制 原 材 料温 度 , 如对 砂 、 石 等原 材 料 采 取 防 晒储 存 措 施 , 将水泥人场温度控制在 6 0以下 ; 拌和用水采用 从 长江 较深 处抽 取 的新 鲜 流 动 水 ; 在 混凝 土拌 和 之前进行试配, 如不能满足入模温度要求 , 应采取加 冰 拌 和 、 对 骨料 预冷等 措施 ; 对 混凝 土搅 拌及 运输 设备采取遮阳、 降温措施 ; 混凝土开盘时间避开高 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 世 界 桥 梁 2 0 1 4
15、, 4 2 ( 5 ) 温时段 。 4 2 混 凝 土表 面的保 温 、 保 湿养护 大 体积 混凝 土 的裂 缝主 要 由温度应 力和 干缩应 力产生 , 对混凝土表面进行保温、 保湿养护可以减小 混凝土的内外温差 , 防止表面裂缝 、 外界气温骤降引 起 的危 害结 构安全 的裂 缝 以及 减小 干缩 变形 。主要 采 取 的措施 叫 有 : 混 凝 土浇 筑 完成 后 在 与 空气 接触的顶面及侧面铺 1层塑料 薄膜 , 以防止水分的 蒸 发 和热量 的散失 , 然后 再采 用麻 袋或 土工布 覆盖 ; 在采取保温、 保湿措施后 , 混凝土表面温度应保证 混凝土 内部最高温度与表面温度之
16、差不超过规范限 值 ; 混 凝 土 的 强 度 发 展 与 环 境 的 温 、 湿 度 密 切 相 关 , 大体积混凝土浇筑后的养护时间不得小于 1 4 d 。 4 3 采用管冷降温措施 “ 内降外保” 是大体积混凝土实施温度控制的基 本原则 , 其 目的是降低混凝土内部最高温度 , 减小基 础 温差 和 内外温差 , 同 时也 可 根 据施 工 需 要 灵 活地 将 混凝 土温度 降低 至指 定 的温度 。 宜昌庙嘴长江大桥大体积混凝土“ 内降” 温控采 取 了预先 在混 凝土 内部 布置 冷却水 管 、 分流 阀及冷 、 热蓄水箱等组成的冷却水 自循环控制系统。冷却管 采 用 5 O钢管
17、, 层 间距 和水 平 间距均 为 1 r n , 距 结构 边缘 0 5 O 9 m。冷却水循环系统布置示意如图 4 所 示 。 冷 水箱 图 4冷 却 水 循 环 系 统 布 置 示 意 ( 1 )冷却水 自循环系统的工作机理 。在大体 积混 凝 土施工 区 附近 设 置水 箱 ( 冷 ) , 先 用 水 泵 将 长 江水抽至该水箱内, 在 自然条件下待水箱 内水温升 高 ; 用水泵将水抽至进 口分流器 , 通过分流器将水 通入混凝土内各分支冷却管内; 冷却水在混凝 土 内循环 , 水温升高 , 并 由出水 口流出; 通过 出口分 流器 , 将 出水 口流 出的水 引入 现场 蓄水箱 (
18、热 ) 内 ; 根据温控指令利用冷水箱内的冷水调节热水箱内水 的温度 , 再 通过 水 泵 引入进 口分 流器 , 进行 反 复 循环 。 ( 2 )冷 却水 自循 环系统 的特点 。 通 过分 流器 上水 阀可控 制流 量 的大小 ; 通过 冷 、 热 水箱 不 同温 度水的混合可控制进水 口水温; 通过改变进出 口 分流器 的水 流 方 向可 控 制 混 凝 土 内部 水 循 环 的方 向; 在混凝土达到最高温度后的降温阶段 , 可通过 进水 口水 温及流 量 的 调节 使 降 温 速度 平 缓 且稳 定 ; 冷却 水在 系统 内不 断地 自循环 , 除调节 温度 时 , 不 需要额 外
19、的补水 , 水 的需求 量小 , 节能环 保 。 4 4必要 的构 造措施 根据水化热模拟计算 的结果 , 对表面拉应力较 大部位 布设 了防裂 钢丝 网 , 从 而 有 效地 将 可 能 出现 的宽 度 和深度 比较大 的裂缝 变为 宽度 和深度 较小 的 微细裂 纹 , 减小 裂缝 的危害性 。 5温 度监 测 温度监测内容包括现场大气环境温度 、 冷却水 进 出 口水 温 以及 大体 积混凝 土里 表温 度场 分布 。大 江桥 点 军 侧 D I号 下 游 侧 承 台及 系梁 温 控 过 程 中 共布 置 了 4 4个 温度测 点 , 其 中混 凝土 内部 测点 5层 3 7个 、 冷
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