[浙江]特大型跨海橋北錨碇大體積混凝土溫度控制施工方案

1、西堠門大橋北錨碇大體積混凝土溫度控制施工 四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司浙江省舟山大陸連島工程西堠門大橋北錨碇大體積混凝土溫度控制施工QC小組工程概況浙江舟山西堠門大橋?yàn)橹骺?650m的大跨徑懸索橋。其北錨碇為重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)錨，尺寸為60m81.7m50.8m。北錨碇分別由錨塊、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、連接部、前錨室、后澆段等部分組成。 錨塊沿橋中軸線被分為對稱兩塊，中間設(shè)2m后澆段，錨塊混凝土與基礎(chǔ)及連接部混凝土間設(shè)2m后澆段。錨碇混凝土總澆筑方量約79426m3，單次最大澆筑方量約2000m3左右，其大體積混凝土施工溫控防裂難度大。首先通過大量試驗(yàn)取得錨碇大體積混凝土物理、熱學(xué)性能參數(shù)，并根據(jù)北錨

2、碇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行大體積混凝土分層、分塊及冷卻水管設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，對北錨碇各部位大體積混凝土進(jìn)行溫度場及仿真應(yīng)力場計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果制定處不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的溫控措施。 仿真計(jì)算溫控措施實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理最終成果信息反饋圖1 溫控實(shí)施流程圖小組概況 四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司浙江省舟山大陸連島工程西堠門大橋北錨碇大體積混凝土溫度控制施工QC小組成立于2005年3月1日。小組成員12人，主要由施工現(xiàn)場管理人員和工人組成。小組基本情況見表一。 表一 QC小組概況小組名稱西堠門大橋北錨碇大體積混凝土溫度控制施工QC小組成立時(shí)間2005年3月1日課題名稱西堠門大橋北錨碇大體積混凝土溫度

3、控制施工小組類型現(xiàn)場型小組登記號(hào)活動(dòng)日期2005.3.12006.2.1小組成員12人QC教育時(shí)間平均教育時(shí)間200小時(shí)活動(dòng)頻率1次/周，出勤率100。循環(huán)次數(shù)28次小組成員簡介序號(hào)姓名性別年齡文化程度職務(wù)組內(nèi)職務(wù)TQC教育時(shí)間TQC考試成績1楊如剛男39大學(xué)項(xiàng)目經(jīng)理組長206優(yōu)良2龍 勇男38大學(xué)項(xiàng)目副經(jīng)理副組長205優(yōu)良3盧 偉男36博士總工程師技術(shù)主管205優(yōu)良4徐國挺男32大學(xué)副總工程師施工管理194優(yōu)良5肖定波男50高中工班長施工管理190優(yōu)良6劉 勇男33大學(xué)質(zhì)檢負(fù)責(zé)人質(zhì)量管理205優(yōu)良7陳云興男36中專質(zhì)檢員質(zhì)量監(jiān)督205優(yōu)良8錢建南男30大學(xué)測量負(fù)責(zé)人測量控制195優(yōu)良9肖安兵

4、男25大學(xué)技術(shù)員現(xiàn)場技術(shù)205優(yōu)良10陳佳利男28大學(xué)機(jī)械負(fù)責(zé)人機(jī)械工程師201優(yōu)良11杜 勇男44高中工長工長197優(yōu)良12趙 宇男33高中班長班長195優(yōu)良選題理由浙江舟山西堠門大橋?yàn)橹骺?650m的大跨徑懸索橋，其北錨碇為重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)錨，尺寸為60m81.7m50.8m，混凝土總澆筑方量約79426m3，單次最大澆筑方量約2000m3左右。錨碇施工分層、分塊多，混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土施工過程經(jīng)歷一年中的高溫度季節(jié)和低溫度季節(jié)，混凝土溫控防裂難度大，必須采取合理的施工工藝和可靠的溫控方案來有效地防止錨碇混凝土有害裂縫的產(chǎn)生。4、活動(dòng)目標(biāo)及可行性分析4.1活動(dòng)目標(biāo)：通過分析和研究，確定要實(shí)

5、現(xiàn)目標(biāo)如下：4.1.1砼澆筑溫度：錨碇混凝土澆筑溫度最低不小于10，最高不大于28。4.1.2混凝土最高溫升：錨體C30混凝土27，散索鞍支墩C40混凝土38。4.1.3最大內(nèi)表溫差及相鄰塊溫差 ：C30錨體混凝土20。4.1.4混凝土養(yǎng)護(hù)水溫：冬季混凝土表面溫度與氣溫之差20時(shí)，混凝土表面養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之差15。4.1.5混凝土降溫速率：混凝土最大降溫速率2.0d。4.2可行性分析：小組成員經(jīng)過討論，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有以下幾個(gè)有利條件：4.2.1北錨碇大體積混凝土溫度控制施工QC小組內(nèi)部成員均有多年橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)全面，并有多次QC活動(dòng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。4.2.2將錨碇大體積混凝土溫控防

6、裂施工列為質(zhì)量管理體系特殊施工過程，并全面貫徹實(shí)施。4.2.3項(xiàng)目部對錨碇大體積混凝土施工溫度控制高度重視，加大了施工投入，加強(qiáng)了技術(shù)保障，項(xiàng)目各部門及全體員工能給予很好的配合。抑制錨碇大體積混凝土有害溫度裂縫的出現(xiàn)，是全項(xiàng)目部共同關(guān)注的事情。4.2.4項(xiàng)目部全體職工積極參與活動(dòng)，有強(qiáng)烈的競爭意識(shí)，能夠認(rèn)識(shí)到只有出優(yōu)質(zhì)工程，企業(yè)才能發(fā)展壯大。5、現(xiàn)狀調(diào)查 浙江舟山西堠門大橋?yàn)橹骺?650m的大跨徑懸索橋，其北錨碇為重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)錨，尺寸為60m81.7m50.8m，混凝土總澆筑方量約79426m3，具有混凝土強(qiáng)度等級(jí)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、澆注方量大等特點(diǎn)。根據(jù)以往懸索橋錨碇及其他大體積混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，

7、錨碇混凝土不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些溫度裂縫。如何有效地防止錨碇混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，必須對錨碇大體積砼特性進(jìn)行充分研究，并通過大量試驗(yàn)取得其物理、熱學(xué)性能參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行北錨碇大體積砼溫度場及仿真應(yīng)力場計(jì)算，制定合理的溫控標(biāo)準(zhǔn)和采取可靠的施工工藝來指導(dǎo)北錨碇大體積砼施工。 6、活動(dòng)情況6.1因果分析：引起大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因主要有溫度變化和混凝土收縮。6.1.1溫度變化引起的裂縫：混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。引起溫度變化主要因素有： A、日照：錨塊側(cè)面受太陽曝

8、曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。B、驟然降溫：突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致錨碇外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度，出現(xiàn)裂縫。C、水化熱：施工過程中，大體積混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。D、養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。6.1.2收縮引起的裂縫：A、塑性收縮：混凝土澆筑后45小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱

9、為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大，可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。B、縮水收縮（干縮）：混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。 6.2要因確認(rèn) 大體積混凝土因水化熱作用早期溫度上升，后期溫度下降，混凝土的體積亦隨之伸縮，如果其伸縮受到約束，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在澆筑混凝土早期階段，混凝土彈性模量較小，體積膨脹在結(jié)構(gòu)表

10、面所產(chǎn)生的應(yīng)力較??；而到了后期階段，表面混凝土隨外部環(huán)境溫度產(chǎn)生收縮，此時(shí)彈性模量已經(jīng)逐漸增大，受內(nèi)部混凝土的約束產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生裂縫。6.3制定對策：針對以上導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的原因，我們制定了相應(yīng)的溫控措施。6.3.1盡量降低混凝土的溫升、延緩最高溫度出現(xiàn)時(shí)間；6.3.2降低混凝土降溫速率；6.3.3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的差值；6.3.4加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)。6.3.5實(shí)行溫度監(jiān)測，在混凝土中埋入一定數(shù)量的溫度傳感器，測量混凝土不同部位溫度變化過程。當(dāng)溫控措施效果不佳，達(dá)不到溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可及時(shí)采取補(bǔ)

11、救措施；當(dāng)混凝土溫度遠(yuǎn)低于溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可減少溫控措施，避免浪費(fèi)。6.3.6實(shí)行應(yīng)力監(jiān)測，即在混凝土內(nèi)埋入應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)，測量混凝土的應(yīng)變，通過混凝土的應(yīng)變測值可進(jìn)一步計(jì)算溫度應(yīng)力，從而判斷混凝土的應(yīng)力狀態(tài)和抗裂能力，預(yù)測產(chǎn)生裂縫的可能性，以便及時(shí)采取防護(hù)措施。6.4對策實(shí)施6.4.1優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，注意混凝土原材料選擇。A、原材料選擇(1)水泥：錨碇C30砼及C40砼分別采用華新金貓32.5及42.5礦渣硅酸鹽水泥。該類型水泥具有水化熱低、后期強(qiáng)度增長高的特點(diǎn)，有利于大體積混凝土溫度控制。(2)粉煤灰：諫壁電廠級(jí)粉煤灰。與二級(jí)粉煤灰相比，混凝土單位用水量要少10kg/m3左右，可大大

12、節(jié)約膠凝材料用量，降低混凝土水泥水化熱。(3)黃砂：福建閩江砂，細(xì)度模量2.6左右。(4)碎石：沈家門大東方建材公司碎石，粒徑5-31.5mm。該碎石堅(jiān)固耐久、級(jí)配合格、粒形良好。(5)外加劑：南京建科院JM-2緩凝高效減水劑。該減水劑減水率高，約為 20左右，能有效降低每方混凝土水泥用量，從而降低混凝土的水化熱溫升；緩凝劑能延緩水泥水化熱溫峰出現(xiàn)的時(shí)間，對控制混凝土早期裂縫有重要意義。B、混凝土配合比 (見表二) 表二 北錨碇混凝土施工配合比部 位配合比每方砼用材料量（kg/m3）水泥粉煤灰砂石水外加劑C30抗?jié)B1:1.99:2.92:0.43259111736.31080.4159.12.

13、59C30錨塊砼1:2.03:2.91:0.41259111751.11076.7151.72.22C40支墩砼1:1.68:2.68:0.38307.5102.5688.81098.8155.82.87 注：C30抗?jié)B錨塊砼配合比在C30錨塊砼的基礎(chǔ)上外摻1.5的亞鈣。 6.4.2進(jìn)行分層、分塊施工（北錨碇混凝土分層示意圖見圖2） 圖2 北錨碇混凝土分層示意圖6.4.3在混凝土澆注前埋置冷卻水管，利用通入的冷水帶走混凝土內(nèi)部的部分熱量，從而降低混凝土內(nèi)部的最高溫度。（錨碇冷卻水管布置見圖3）圖3 錨碇冷卻水管布置圖6.4.4夏季當(dāng)澆筑溫度超過30，采用拌和水加冰、骨料灑水降溫等措施，冬季當(dāng)日

14、均氣溫低于5時(shí)，采取拌和水加熱、運(yùn)輸過程保溫等措施，嚴(yán)格控制混凝土的入倉溫度。 6.4.5加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。夏季或氣溫較高時(shí)，混凝土表面采用蓄水養(yǎng)護(hù)；當(dāng)氣溫急劇下降或冬季氣溫低于5時(shí)，采用塑料薄膜外覆蓋麻袋養(yǎng)護(hù)。6.4.6加強(qiáng)混凝土內(nèi)表溫差控制。錨碇混凝土拆模后，在混凝土側(cè)面采用一層聚乙烯卷材外包一層彩條布保溫，混凝土上表面覆蓋兩層麻袋進(jìn)行保溫。6.4.7控制混凝土澆筑間歇期、分層厚度。各層混凝土澆筑間歇期控制在57天左右，最長不超過10天，做到薄層、短間歇、連續(xù)施工。6.4.8溫度傳感器在每層混凝土接近中心線上布置，該區(qū)域能夠代表整個(gè)混凝土斷面的最高溫度分布。平面內(nèi)表面區(qū)域溫度梯度較大，測點(diǎn)布

15、置較密；而中心區(qū)域混凝土溫度梯度較小，測點(diǎn)布置減少。北錨碇共布設(shè)256個(gè)溫度測點(diǎn)。其中散索鞍支墩基礎(chǔ)和連接部布設(shè)5層測點(diǎn)，共25個(gè)；錨塊混凝土中布設(shè)26層測點(diǎn)，共231個(gè)。（散索鞍支墩基礎(chǔ)及連接部溫度測點(diǎn)布置示意圖見圖4，錨塊溫度測點(diǎn)布置示意圖見圖5）圖4 散索鞍支墩基礎(chǔ)及連接部溫度測點(diǎn)布置示意圖圖5 錨塊溫度測點(diǎn)布置示意圖6.4.9應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)主要布設(shè)在可能產(chǎn)生最大拉應(yīng)力的部位。在錨體第一層布設(shè)5個(gè)應(yīng)變計(jì)和2個(gè)無應(yīng)力計(jì)、第十一層布設(shè)5個(gè)應(yīng)變計(jì)和3個(gè)無應(yīng)力計(jì)，北錨碇共布設(shè)15個(gè)應(yīng)力測點(diǎn)。應(yīng)力測點(diǎn)沿水平方向布置，檢測順橋方向和橫橋方向的應(yīng)力分量X、Y。應(yīng)力測點(diǎn)布設(shè)示意圖見圖6。圖6 錨塊應(yīng)力測點(diǎn)布設(shè)示意圖6.5效果檢查：通過采取嚴(yán)格的溫控措施，混凝土最高溫度、內(nèi)表溫差以及最大溫度應(yīng)力均控制在預(yù)控范圍內(nèi)，整個(gè)錨碇大體積混凝土未出現(xiàn)一條有害溫度裂縫，保證了混凝土施工質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期的效果。7、產(chǎn)生的效益7.1社會(huì)效益：在此次活動(dòng)中，安全優(yōu)質(zhì)的施工得到了良好的口碑，為企業(yè)樹立了良好的形象，提高了企業(yè)的知名度。7.2技術(shù)效益：通過此次活動(dòng)，增加了大體積混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)，提高了技術(shù)員和技術(shù)工人的技術(shù)水平。7.3其他效益：提高了整個(gè)項(xiàng)目的整體管理水平，增加了企業(yè)的競爭能力，為公司的滾動(dòng)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。8、鞏固措施在懸索橋錨碇大體積混凝土施工中，要重點(diǎn)把握大體積混