工程仿真技術(shù)控制大體積混凝土溫度裂縫施工工法

1、前言隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長和基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的加大，現(xiàn)代建筑中時(shí)常涉及到大體積混凝土施工,它主要的特點(diǎn)就是體積大，表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快。混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全及建筑物耐久使用年限。如何利用工程仿真技術(shù)，來模擬大體積混凝土的施工操作及混凝土溫度控制工作，避免大體積混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)，成為人們需要迫切解決的問題。為了解決這個(gè)問題，我公司與山東科技大學(xué)等高等院校合作，經(jīng)過多次現(xiàn)場實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成了一套行之有效的充分利用仿真技術(shù)施工大體積混凝土的方法，經(jīng)過加工、提煉形成本工法。目前，該工法已經(jīng)過大量的工程實(shí)踐，效果顯著。經(jīng)科技查新，國內(nèi)未見與本項(xiàng)目所采用的仿真技術(shù)相同的文獻(xiàn)報(bào)道。采用此工法組織施工的臨沂市土地開發(fā)服務(wù)中心綜合樓、臨沂開元·上城國際寫字樓等工程已被省建管局評(píng)為“山東省建筑業(yè)新技術(shù)應(yīng)用示范工程”。2、工法特點(diǎn)2.1模擬工程現(xiàn)場溫度、濕度、施工條件、澆筑順序等實(shí)際情況，仿真度高。2.2在大體積混凝土澆筑之前，提前進(jìn)行仿真模擬，能夠?qū)Υ篌w積混凝土裂縫預(yù)先控制。3、適用范圍本工法適用于所有最小斷面尺寸大于1m的需要進(jìn)行裂縫控制的混凝土構(gòu)件的施工。4、工藝原理4.1該工法提出全新的用計(jì)算機(jī)繪圖軟件創(chuàng)建工程仿真模型，截取測(cè)量數(shù)據(jù)施工大體積混凝土工程的方法，用autoCAD軟件仿真模型替代施工。在仿真模型中輸入環(huán)境溫度、濕度及其它施工條件等數(shù)據(jù)，來創(chuàng)建施工數(shù)據(jù)庫，提取數(shù)據(jù)建立參數(shù)數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行繪圖和計(jì)算，達(dá)到省工省時(shí)的效果。運(yùn)用溫控儀在瞬間完成溫度測(cè)量，將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕た刂茢?shù)據(jù)，采取混凝土內(nèi)部埋設(shè)降溫冷卻水管、表面覆蓋保溫的綜合控溫施工技術(shù)，在仿真模型中調(diào)整控溫措施，在實(shí)際施工過程中達(dá)到控制溫差的目的。4.2在大體積混凝土施工過程中，按照將溫差控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，達(dá)到控制大體積混凝土溫度裂縫的效果。5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)繪制電腦仿真模擬圖設(shè)定模擬施工環(huán)境參數(shù)編寫大體積混凝土施工方案5.1施工工藝流程繪制電腦仿真模擬圖設(shè)定模擬施工環(huán)境參數(shù)編寫大體積混凝土施工方案再次進(jìn)行計(jì)算、校核直至措施符合要求根據(jù)溫差數(shù)據(jù)采取調(diào)整措施根據(jù)參數(shù)計(jì)算出控溫?cái)?shù)據(jù)再次進(jìn)行計(jì)算、校核直至措施符合要求根據(jù)溫差數(shù)據(jù)采取調(diào)整措施根據(jù)參數(shù)計(jì)算出控溫?cái)?shù)據(jù)根據(jù)仿真模型數(shù)據(jù)開始實(shí)際施工規(guī)納、總結(jié)，進(jìn)一步完善工藝與仿真模型進(jìn)行比較根據(jù)仿真模型數(shù)據(jù)開始實(shí)際施工規(guī)納、總結(jié)，進(jìn)一步完善工藝與仿真模型進(jìn)行比較5.2操作要點(diǎn)施工方案及仿真模擬數(shù)據(jù)圖：協(xié)同商品混凝土公司共同商討大體積混凝土配合比的優(yōu)化方案。用autoCAD軟件創(chuàng)建電腦仿真模型數(shù)據(jù)圖，根據(jù)方案要求，進(jìn)行立體、分段繪圖。按照仿真技術(shù)的電腦模擬數(shù)據(jù)圖，結(jié)合施工進(jìn)度截取詳細(xì)圖形數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，確定出現(xiàn)場施工的實(shí)際圖形數(shù)據(jù)。（如圖5.2.1）根據(jù)現(xiàn)場的施工條件與施工環(huán)境，設(shè)定混凝土溫度與濕度數(shù)據(jù)，規(guī)定混凝土的內(nèi)外溫差在25℃，表面始終處于濕潤狀態(tài)。通過計(jì)算、反復(fù)調(diào)整驗(yàn)算，在混凝土內(nèi)布置鋼管，采用焊接連接，通過循環(huán)水來降低混凝土內(nèi)的溫度。在底板下層鋼筋安裝完成后開始鋼管安裝，鋼管在水平方向上的間距按計(jì)算要求布置（）。鋼管每隔3米左右設(shè)定位支架，防止產(chǎn)生位移。鋼管在豎向上按要求設(shè)置一定坡度。所有進(jìn)水口出水口均設(shè)置在混凝土筏板的同一側(cè)，每層進(jìn)水口為一組與供水總管相連，作為一個(gè)系統(tǒng)，每一個(gè)進(jìn)水口單獨(dú)設(shè)一個(gè)閥門進(jìn)行水量調(diào)節(jié)。為最大限度的進(jìn)行熱交換，相鄰的兩根降溫管設(shè)置坡度相反，水流方向相反。根據(jù)仿真布置的降溫措施及數(shù)據(jù)，再次對(duì)混凝土的內(nèi)外溫差數(shù)值校核驗(yàn)算，合理的調(diào)整水的流量及流速，使之降到最小溫差值，避免出現(xiàn)溫度裂縫。圖仿真模擬圖圖仿真模擬圖圖5.2.2降溫冷卻水管平面布置圖5.2.4根據(jù)最終確定的仿真模型數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)行實(shí)際的施工操作，施工中可分段分步截取模型數(shù)據(jù)，采取混凝土內(nèi)部通水冷卻降溫，表面覆蓋保溫的施工措施，使整個(gè)施工過程按照仿真模型數(shù)據(jù)施工。5.2.5施工過程中及時(shí)與模型對(duì)比分析，根據(jù)實(shí)際情況合理的調(diào)整措施。以便于整個(gè)施工工藝的規(guī)納總結(jié)，進(jìn)一步完善施工操作工藝。5.3勞動(dòng)力組織表5.3勞動(dòng)力組織一覽表施工人員技術(shù)員測(cè)溫員質(zhì)檢員管道工養(yǎng)護(hù)工混凝土工數(shù)量（人）21110415職責(zé)設(shè)計(jì)計(jì)算、制定實(shí)實(shí)施方案；繪繪制電腦仿真真模擬圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析析；調(diào)節(jié)水流流量檢查鋼管布設(shè)，混混凝土施工養(yǎng)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量具體實(shí)施操作混凝土表面溫度養(yǎng)養(yǎng)護(hù)控制混凝土施工實(shí)施操操作6、材料與設(shè)備6.1材料：商品混凝土，鋼管、水箱、水筏、塑料布、塑料薄膜、棉被等材料。6.2設(shè)備：大體積混凝土溫度測(cè)試儀和集成溫度傳感器、電腦、AutoCAD軟件、水泵、混凝土振搗棒等。7、質(zhì)量控制7.1質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204—2002及相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。養(yǎng)護(hù)溫差：混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與環(huán)境溫度之間的差值均不大于25℃。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14ｄ。7.2質(zhì)量保證措施按照施工方案及電腦模擬數(shù)據(jù)圖對(duì)施工工人進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)施工班組進(jìn)行詳細(xì)明確的交底，對(duì)大體積混凝土施工全過程依據(jù)仿真模型進(jìn)行跟蹤調(diào)整。根據(jù)仿真設(shè)定的工程現(xiàn)場溫度、濕度以及施工條件參數(shù)，選擇天氣、澆筑方式、養(yǎng)護(hù)措施等，使之接近仿真的參數(shù)數(shù)據(jù)再進(jìn)行施工。根據(jù)仿真方案模型配備充足的機(jī)械、設(shè)備、養(yǎng)護(hù)材料，確保工程施工需要。保證大體積混凝土溫度測(cè)試儀的正常工作。安排養(yǎng)護(hù)工人進(jìn)行現(xiàn)場檢查養(yǎng)護(hù)，保證混凝土表面濕潤，使之接近仿真施工參數(shù)。測(cè)溫人員、技術(shù)員進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)監(jiān)控及測(cè)量統(tǒng)計(jì)，及時(shí)分析采取調(diào)整措施。8、安全措施8.1認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定、條例，結(jié)合施工單位實(shí)際情況和工程的具體特點(diǎn)，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負(fù)責(zé)人參加的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級(jí)人員職責(zé)，抓好工程安全生產(chǎn)。8.2進(jìn)入工地工人應(yīng)進(jìn)行入場安全教育，建立班前安全活動(dòng)制度，施工操作人員必須配備齊全有效的安全防護(hù)用具。8.3施工現(xiàn)場臨時(shí)用電嚴(yán)格按照《施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。施工現(xiàn)場按照安全施工防護(hù)措施要求進(jìn)行布置，并設(shè)置各種安全標(biāo)識(shí)。8.4加強(qiáng)施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。9、環(huán)保措施成立對(duì)應(yīng)的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機(jī)構(gòu)，在工程施工過程中，嚴(yán)格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)；加強(qiáng)對(duì)施工材料、設(shè)備、棄渣的控制和治理，遵守有關(guān)廢棄物處理的規(guī)章制度，隨時(shí)接受主管部門的監(jiān)督檢查。10、效益分析運(yùn)用工程仿真技術(shù)模擬現(xiàn)場溫度、濕度、施工條件等施工參數(shù)，對(duì)實(shí)體施工操作進(jìn)行指導(dǎo)。由原始的對(duì)工程質(zhì)量過程控制變成了事前控制，成功的完成了大體積混凝土的施工、測(cè)溫、養(yǎng)護(hù)等工作，保證了大體積混凝土的施工質(zhì)量，得到了建設(shè)監(jiān)理單位的高度認(rèn)可，取得了較好的社會(huì)效益。11、應(yīng)用實(shí)例該工法在我公司已得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)將應(yīng)用情況介紹如下：11.1臨沂開元·上城國際寫字樓工程，建筑面積95819㎡，地下二層，地上二十七層，建筑高度98.6m?；A(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，強(qiáng)度等級(jí)C55，筏板厚度大部分為3m，局部達(dá)6.5m。施工過程中，根據(jù)大體積混凝土具體施工情況，繪制電腦仿真模擬圖，分別采用了兩層、三層、四層鋼管對(duì)混凝土進(jìn)行降溫和表面保溫措施。經(jīng)測(cè)量混凝土內(nèi)外實(shí)際溫差控制在21℃，接近模擬溫度，經(jīng)全面檢查大體積混凝土無溫度裂縫，完全達(dá)到預(yù)控目標(biāo)。11.2天元商務(wù)大廈工程位于臨沂市北城新區(qū)，建筑面積103700㎡，地下二層，地上二十一層，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，厚度2.5m。采用工程仿真技術(shù)，模擬現(xiàn)場實(shí)際情況，多次調(diào)整各施工數(shù)據(jù)來指導(dǎo)施工，經(jīng)測(cè)量混凝土內(nèi)外實(shí)際溫差控制在17℃，經(jīng)全面檢查大體積混凝土無溫度裂縫，效果良好。11