淺談舟山西堠門大橋承臺(tái)大體積砼的施工及監(jiān)理 論文

1、淺談舟山西堠門大橋承臺(tái)大體積砼的施工及監(jiān)理淺談舟山西堠門大橋承臺(tái)大體積砼的施工及監(jiān)理 論論文文關(guān)鍵字：施工 混凝土 澆筑 體積 控制 溫度 養(yǎng)護(hù) 承臺(tái) 冷卻水管摘要：從大體積混凝土的選材開始，敘述了在承臺(tái)大體積混凝土施工時(shí)，進(jìn)行的仿真計(jì)算、溫度控制、冷卻水管布置、混凝土養(yǎng)護(hù)、施工控制及監(jiān)理。關(guān)鍵詞：大體積混凝土 計(jì)算 溫度 施工 控制 養(yǎng)護(hù) 監(jiān)理1.前言西堠門大橋是舟山大陸連島工程中的第四座大橋，北端連接冊子島，南端連接金塘島，橫跨西堠門水道，為主跨 1650m 的大跨徑懸索橋。其南北承臺(tái)混凝土平面尺寸為 16.822.8m、高 7m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量約 2643m3，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) C30

2、。南北承臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)，承臺(tái)底部為 12 根2.8m 嵌巖樁。大體積混凝土由于水化熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個(gè)階段，在這個(gè)階段中混凝土的體積亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過混凝土的抗裂能力，混凝土就會(huì)開裂。為防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)主要從兩方面著手：一是提高混凝土材料本身的抗裂特性；二是減小外力、溫度、約束等作用在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的效應(yīng)。大體積混凝土施工主要難度在于如何控制水化熱，避免混凝土開裂或造成過大的溫度應(yīng)力。目前采用的通用辦法就是優(yōu)化配合比，調(diào)節(jié)混凝土材料的入模溫度，混凝土內(nèi)部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，合理劃分澆筑高度及澆筑順序

3、，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)等措施。2.混凝土配合比優(yōu)選及原材料選擇為使大體積混凝土具有水化熱低、可泵性好、體積穩(wěn)定性好、抗侵蝕性和抗裂性能優(yōu)良等性能，砼進(jìn)行如下試配：2.1 水泥：選用采用華新 32.5 礦渣硅酸鹽水泥，備選南京雙猴 32.5 礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。2.2 粉煤灰：選用諫壁電廠 I 級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。2.3 外加劑：選用江蘇建科院 JM-2 緩凝高效降水劑，其品質(zhì)檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。2.4 砂子：選用福建閩江砂，其性能檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。2.5 石子：選用鎮(zhèn)海大東方石場石子，其物理、化學(xué)性能

4、檢驗(yàn)指標(biāo)符合規(guī)范要求。2.6 水：自來水。2.7 砼的水膠比為 0.414，經(jīng)過多次試配及監(jiān)理試驗(yàn)室平行試驗(yàn)，確定 C30泵送砼每立方材料用量：水泥 259kg、中砂 759kg、碎石 1069kg、水 153.2kg、粉煤灰 111kg、外加劑 2.22kg；坍落度為 80185mm。3、大體積混凝土溫度應(yīng)力仿真計(jì)算大體積砼施工的關(guān)鍵是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為了驗(yàn)算砼溫差和砼收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是否超過當(dāng)時(shí)承臺(tái)砼的極限抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行了防裂理論計(jì)算：3.1 數(shù)值模型計(jì)算中使用的絕熱溫升、彈性模量、徐變度的數(shù)值模型分別為：3.1.1 絕熱溫升絕熱溫升公式取雙曲線函數(shù)3.1.2 彈性模量3.1.3

5、徐變度3.2 混凝土材料參數(shù)承臺(tái)混凝土彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度、絕熱溫升、線膨脹系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。表 31 混凝土物理熱學(xué)參數(shù)工程部位混凝土標(biāo)號(hào)彈模最終彈模熱脹混凝土絕熱溫增長指數(shù)(104MPa)系數(shù)(10-6/)升()承臺(tái)C300.153.48.4632.0表 32 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度取值表（MPa）齡期(d)7142860C301.212.153.013.43.3 其他計(jì)算條件單個(gè)承臺(tái)混凝土平面尺寸為 16.822.8m，高 7m，分四層澆筑，澆筑厚度分別為 1.5m、1.5m、1.5m、2.5m。承臺(tái)受 12 根2.8m 樁基約束，計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)彈模取 2.4104MPa。計(jì)算時(shí)考慮混凝土表面

6、的保溫，按側(cè)面覆蓋一層聚乙烯卷材和一層彩條布、頂部覆蓋兩層麻袋考慮。計(jì)算時(shí)考慮冷卻水管降溫效果。承臺(tái)混凝土共布設(shè)五層冷卻水管，冷卻水管水平間距為 0.9m。取 C30 承臺(tái)混凝土水化熱溫升 32。氣溫資料參考招標(biāo)文件，平均風(fēng)速按 6m/s 考慮。計(jì)算時(shí)考慮徐變對混凝土應(yīng)力的影響。3.4 計(jì)算結(jié)果表 33 承臺(tái)混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算結(jié)果工程部位混凝土標(biāo)號(hào)最高溫度()齡期(d)最大內(nèi)表溫差()承臺(tái)第一層C3041.82-312.5承臺(tái)第二層C3042.02-312.6承臺(tái)第三層C3042.02-312.6承臺(tái)第四層C3042.31-212.6表 34 承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力特征值（MPa）齡期部位7d

7、14d28d60d90d120d承臺(tái)第一層0.831.251.511.912.322.29承臺(tái)第二層0.871.271.551.892.302.26承臺(tái)第三層0.871.261.521.852.302.25承臺(tái)第四層0.971.241.481.792.322.23對比表 32、表 34 可以看出，承臺(tái)分四次澆筑，砼內(nèi)部各齡期主拉應(yīng)力均小于混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，混凝土抗裂安全系數(shù) K1.3，能滿足要求。4.溫控標(biāo)準(zhǔn)混凝土溫度控制的原則是：1）盡量降低混凝土溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時(shí)間；2）降低降溫速率；3）降低混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間的溫差以及控制混凝土表面和氣溫之間溫差。溫度控制的方法

8、和制度需根據(jù)氣溫（季節(jié)）、混凝土內(nèi)部溫度、結(jié)構(gòu)尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件確定。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，控制如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：混凝土夏季最高澆筑溫度30；混凝土最大水化熱溫升：承臺(tái) C30 混凝土29；最大內(nèi)表溫差及相鄰塊溫差：承臺(tái)25；冬季混凝土表面溫度與氣溫之差20，混凝土表面養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之差15；允許混凝土最大降溫速率2.0d。5.施工5.1 混凝土澆筑溫度的控制降低混凝土的澆筑溫度對控制混凝土裂縫非常重要。相同混凝土，入模溫度高的溫升值要比入模溫度低的大許多。混凝土的入模溫度應(yīng)視氣溫而調(diào)整。在炎熱氣候下不應(yīng)超過 30，冬季不應(yīng)低于 5。在混凝土澆筑之前，通過測量水泥、

9、粉煤灰、砂、石、水的溫度，可以估算澆筑溫度。若澆筑溫度不在控制要求內(nèi)，則應(yīng)采取相措施。5.1.1 夏季降低混凝土入倉溫度的措施有：1）水泥使用前應(yīng)充分冷卻，確保施工時(shí)水泥溫度50。2）搭設(shè)遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋骨料。3）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(yīng)合理安排工期，盡量采用夜間澆筑。4）當(dāng)澆筑溫度超過 30，應(yīng)采用拌和水加冰措施。5）當(dāng)氣溫高于入倉溫度時(shí)，應(yīng)加快運(yùn)輸和入倉速度，減少混凝土在運(yùn)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。6）混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應(yīng)對模板及混凝土表面進(jìn)行冷卻

10、，如灑水降溫、避免暴曬等。5.1.2 冬季施工如日平均氣溫低于 5時(shí)，為防止混凝土受凍，可采取拌和水加熱及運(yùn)輸過程的保溫等措施。5.2 控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度各層混凝土澆筑間歇期應(yīng)控制在 57 天左右，最長不得超過 10 天。為降低老混凝土的約束，需做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。如因故間歇期較長，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在充分驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對上層混凝土層厚進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合施工要求，承臺(tái)砼擬分四層澆筑，澆筑厚度分別為 1.5m、1.5m、1.5m、2.5m。為減小基礎(chǔ)約束并考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分層厚度由薄到厚，分層厚度示意圖見圖 51。5.3 冷卻水管的埋設(shè)及控制5.3.1 水管位置根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特

11、征，承臺(tái)混凝土 2m 以下布設(shè)一層冷卻水管，2m以上布設(shè)兩層冷卻水管，共布設(shè)五層冷卻水管。冷卻水管均為402mm 的電焊鋼管，其水平間距為 0.9m，每根冷卻水管最大長度為 150200m，冷卻水管進(jìn)出水口集中布置，以利于統(tǒng)一管理。5.3.2、冷卻水管使用及其控制1）冷卻水采用自來水，不得采用海水；2）冷卻水管使用前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水；3）為確保大體積混凝土內(nèi)部通水冷卻效果，冷卻水通水流量應(yīng)達(dá)到 3240L/min，且應(yīng)控制冷卻水流向，使冷卻水從砼高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域；4）為確保大體積混凝土內(nèi)部冷卻均勻，冷卻水管進(jìn)出水溫差小于 5。5）混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開始通水，各層

12、混凝土峰值過后，降溫速率超過 2d 時(shí)停止通水。為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，采取二次通水冷卻，通水時(shí)間根據(jù)測溫結(jié)果確定。6）控制進(jìn)出水溫度，夏季進(jìn)水溫度不宜超過 25，可選取地下水或水庫深層水；冬季不應(yīng)低于 10，可與冷卻水出水混合提高溫度。為保證冷卻水的初期降溫效果，項(xiàng)目部應(yīng)與溫控單位協(xié)調(diào)配合，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)化冷卻水管的管路布置，合理選擇水泵，并配備檢修人員，以保證冷卻系統(tǒng)正常工作。5.4 內(nèi)表溫差控制對于大體積混凝土，由于水化放熱會(huì)使溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過低，在升溫的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)散熱，如模板灑水降溫等。當(dāng)混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。混凝土在

13、降溫階段如氣溫較低或突遇寒潮，內(nèi)表溫差大于 25或氣溫低于混凝土表面溫度超過 20，必須對大體積混凝土進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。做法如下：混凝土側(cè)面采用吊掛麻袋（土工布）外包一層彩條布保溫。必要時(shí)塔設(shè)保溫棚，用碘鎢燈照射混凝土表面并灑熱水養(yǎng)護(hù)?；炷恋牟鹉r(shí)間不僅要考慮混凝土強(qiáng)度，還要考慮混凝土的溫度和內(nèi)外溫差，以免突然接觸空氣時(shí)降溫過快而開裂。冬季應(yīng)延長拆模時(shí)間不少于一周，且拆模時(shí)間應(yīng)選擇一天中溫度較高時(shí)段。拆模后應(yīng)及時(shí)覆蓋保溫。5.5 混凝土養(yǎng)護(hù)混凝土養(yǎng)護(hù)包括濕度和溫度兩個(gè)方面。結(jié)構(gòu)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(hù)過程中的溫度和濕度養(yǎng)護(hù)。因?yàn)樗嘀挥兴揭欢ǔ潭炔拍苄纬捎欣诨炷?/p>

14、土強(qiáng)度和耐久性的微結(jié)構(gòu)。目前工程界普遍存在的問題是濕養(yǎng)護(hù)不足，對混凝土質(zhì)量影響很大。濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)視混凝土材料的不同組成和具體環(huán)境條件而定。對于低水膠比又摻用摻和料的混凝土，潮濕養(yǎng)護(hù)尤其重要。不同混凝土養(yǎng)護(hù)的最低期限見表 5-1。本工程可采用冷卻水管出水養(yǎng)護(hù)，既能達(dá)到保溫、保濕養(yǎng)護(hù)的效果，又可以減少水資源的浪費(fèi)。夏季或氣溫較高時(shí)，混凝土表面應(yīng)加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)，在條件允許的情況下盡可能采用表面蓄水，防止混凝土出現(xiàn)干縮裂縫。當(dāng)氣溫急劇下降或氣溫低于 5時(shí)，應(yīng)灑熱水養(yǎng)護(hù)或采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)。濕養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，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(nèi)表溫差及氣溫與混凝土表面的溫

15、差在控制范圍內(nèi)。表 51 不同混凝土溫養(yǎng)護(hù)的最低期限混凝土類型水膠比大氣濕度（50RH75%）無風(fēng)，無陽光直射大氣濕度干燥（RH30%）0.45514 天521 天1010 天1014 天207 天207 天0.45510 天514 天107 天1010 天205 天207 天膠凝材料主要為硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥0.45510 天514 天107 天1010 天205 天207 天0.4557 天510 天105 天107 天203 天205 天注：當(dāng)有實(shí)測混凝土表面溫度數(shù)據(jù)時(shí)，表中氣溫用實(shí)測表面溫度代替。5.6 施工控制為確保大體積混凝土施工質(zhì)量，提高混凝土的均勻性和抗裂能力，必須加強(qiáng)對每一

16、環(huán)節(jié)的施工控制，混凝土施工嚴(yán)格按照公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ04189）執(zhí)行，并特別注意以下方面：1、混凝土拌至配料前，各種衡器清計(jì)量部門進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定，稱料誤差符合規(guī)范要求，嚴(yán)格按確定的配合比拌制。2、混凝土按規(guī)定厚度、順序和方向分層澆筑，在下層混凝土初凝前澆筑完上層混凝土，混凝土分層布料厚度不超過 30cm。3、 嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行各層間和各塊間水平和垂直施工縫處理，沿側(cè)面混凝土表面布設(shè)防裂金屬網(wǎng)，防止表面裂縫的產(chǎn)生。5.7 現(xiàn)場監(jiān)控通過大量的工作對大體積混凝土的施工過程溫度控制將取到實(shí)質(zhì)的成果，但是現(xiàn)場監(jiān)控仍然是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為檢驗(yàn)施工質(zhì)量和溫控效果，掌握溫控信息，以便及時(shí)調(diào)整和改

17、進(jìn)溫控措施，做到信息化施工，需對混凝土進(jìn)行溫度及應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。因?yàn)榇篌w積混凝土的溫度、應(yīng)力發(fā)展及防裂是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，外界溫度、濕度、施工條件、原材料變化等都會(huì)引起溫度、應(yīng)力的變化，只有通過溫控及應(yīng)力監(jiān)測，才能更準(zhǔn)確地了解結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與抗裂安全狀況?，F(xiàn)場監(jiān)控主要包括溫度和應(yīng)力監(jiān)控。6.監(jiān)理針對大體積混凝土施工，監(jiān)理應(yīng)首先仔細(xì)審查施工組織設(shè)計(jì)、施工方案和溫控方案，檢查澆筑的施工方案和施工程序是否可行，檢驗(yàn)和審查工程材料、設(shè)備的質(zhì)量，杜絕質(zhì)量事故的隱患，保證大體積混凝土的順利澆筑。6.1 針對大體積混凝土所需的材料、設(shè)備進(jìn)行檢查由于大體積混凝土中材料用量大，監(jiān)理必須要求施工單位保證水泥、砂、石、

18、水、粉煤灰、外加劑等均滿足數(shù)量和質(zhì)量雙重要求，在有試驗(yàn)報(bào)告和質(zhì)保證書的前提下，再審核混凝土的配合比是否正確。由于在海島上施工，還必須保證淡水的供應(yīng)。針對大體積混凝土的施工時(shí)間長，加上地理位置在一個(gè)海島上，為保證施工連續(xù)進(jìn)行，防止因設(shè)備故障而中途停止大體積混凝土澆筑，必須要求配備備用設(shè)備。而且，在開始施工前，還要求施工單位對主要設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，校核各種計(jì)量器具，并提供計(jì)量部門的計(jì)量合格證。6.2 在大體積混凝土施工前全面檢查為保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，在大體積混凝土施工前，必須全面檢查澆筑部位的鋼筋及其接頭、模板、冷卻水管的型號(hào)、位置等是否與圖紙相符。對于預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件要逐一核對，防止少埋或錯(cuò)埋現(xiàn)象。對于鋼筋接頭，由于采用了機(jī)械連接和焊接多種形式，因此，在每層澆筑前監(jiān)理都要抽檢，合格后方能進(jìn)行澆筑。針對大體積混凝土厚度高，模板有橫向接縫。為保證質(zhì)量，模板接縫處必須保證不漏漿，內(nèi)部光滑無明顯接縫。對冷卻水管還要進(jìn)行壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻水。6.3 在大體積混凝土施工時(shí)應(yīng)全過程旁站監(jiān)理對于大體積混凝土施工過程中，現(xiàn)場監(jiān)理工程師必須全天候的、24 小時(shí)跟班旁站監(jiān)理，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。試驗(yàn)監(jiān)理工程師必須親自在混凝土攪拌站現(xiàn)場監(jiān)督，檢查生產(chǎn)配合比是否正確，測定砼坍落度是否穩(wěn)定，并查看混凝土出料溫度記錄情況，試件抽取、制作是否符合要求，并抽檢取樣。如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問