太枣沟特大桥特大体积承台施工技术 22页

“太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术太枣沟特大桥大体积承台施工技术前言本课题太枣沟特大桥施工技术研究的子课题，主要以解决大体积承台施工技术难点为目标。太枣沟特大桥承台施工有两个特点：一是最大体积大，约4300m3；二是主筋最长35.6m、顶层钢筋距离基坑底5米。根据施工过程中出现的问题，课题组作了及时调整和处理，解决了技术难题，完成了大桥承台施工任务。通过对该类施工的总结，为今后类似施工提供经验参考。本报告按以下顺序逐一说明：1、太枣沟特大桥承台施工方案；2、太枣沟特大桥承台温度裂缝防止措施；3、太枣沟特大桥承台混凝土配合比研究；4、太枣沟特大桥承台温度监控技术。1、太枣沟特大桥承台施工方案1.1承台设计概述太枣沟特大桥下部构造设2#、3#、4#三个主墩整体式承台和1#、5#墩两个左右幅分离式承台。1#墩承台为长方体外形，长12m，宽12m,高3.5m,平面积为144m2，体积为504m3，承台顶标高为510.293m,底标高为506.793m。承台和墩身刚性固结，墩身钢筋预埋最大深度为1.5m。2#、3#、4#墩承台顶面呈棱台形，平截面尺寸较大，长35.5m，宽26.5m，承台中部墩身位置处高度为5.0米，边缘高度为4.0米，平面积为940.75m2，体积均约为4300m3。2#墩承台位于太枣沟低洼处，底标高为417.584m，在地面水位以上，3#、4#墩承台位于古滑坡体上，底标高分别为453.96m、468.00m，故均为水上承台浇筑。承台承台和墩身刚性固结，墩身钢筋预埋最大深度为1.5m。2#、3#、4#三个主墩整体式承台钢筋的布置设计上仅限四周和上、下层，对顶层钢筋的安装就位增加Ф25钢筋作为支撑定位钢筋。为增加大体积混凝土承台的安全储备和限制混凝土裂缝，在3#、4#墩承台底层钢筋上沿横、顺桥向按0.80m间距各均布一层12∮j15.24预应力钢筋，共77束。5#墩承台为长方体外形，长11.2m，宽6.9m,高2.0m,平面积为77.28m2，体积为154m3，顶标高为538.49m,底标高为536.49m。承台和墩身刚性固结，墩身钢筋预埋最大深度为1.5m。22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术承台主要工程数量表如下：项目规格1#墩2#墩3#墩4#墩5#墩钢筋（t）93.9297.2298.5298.125.1混凝土（m3）С3010084325.44298.34282.5309.12冷却水管（m）Ф5028025602560256080热敏电阻（个）Cu50R1002015151510预应力筋（t）12∮j15.24————3232——挖土方（m3）26000800085008500663001.2总体施工方案1.2.11#墩承台1#墩承台为分离式承台。由于1#墩经过设计变更，致使设计承台顶标高大部分高出施工平台2.3m。每幅承台分三次浇筑，第一次浇筑1m，采用土模，第二次浇筑1m，第三次浇筑到顶，均采用钢模。先施工左幅承台，待左幅承台浇筑完后浇筑右幅承台。计划于2003年12月1日开始施工，工期45天。混凝土供应采用拌和站集中拌和，混凝土罐车运输，溜槽配串筒入模，人工振捣。在混凝土浇筑出现意外情况下起用2#墩处的备用地泵泵送混凝土,确保连续浇筑。拌和站位于0#台附近，拌和能力为15m3/h。1#墩承台施工正处于初冬季节，为确保混凝土质量，相应采取相关冬季施工措施：给拌和用水加温，确保混凝土的入模温度；给罐车包裹保温套，减少混凝土热量损失；给模板加盖保温棉被和草帘以及给混凝土掺防冻剂，防止混凝土后期受冻。1#墩承台每次混凝土浇筑完成后，及时进行覆盖保温，防止混凝土受冻。待混凝土强度达到2.5Mpa后，即进行结合面处理。1.2.22#墩承台2#墩承台位于地面以下，土质密实，故采用砖模方案（图一），砖模外挂彩条布，减少混凝土水分损失，保证混凝土质量。根据2#墩承台承台结构尺寸和工期要求将承台分两次浇筑，第一次浇筑厚度为3.5m,第二次浇筑厚度为1.5m。第一次浇筑完毕待混凝土强度达到2.5Mpa后，即进行结合面处理。由于混凝土强度不高，采用人工凿毛，凿除表面浮浆。凿毛以露出新鲜混凝土面为准，清理干净后用水湿润并进行覆盖。浇筑第二、三次混凝土时在表面铺一层厚为10～20mm的1:2的水泥砂浆后，再进行第二次浇筑。第二次浇筑混凝土完毕后进行两次图一抹面，防止出现表面裂缝。施工期为5月中旬到6月中旬。22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术1.2.33#、4#墩承台3#、4#墩承台增加了预应力施工，因此承台成型采用钢模，混凝土浇筑限一次整体浇筑成型（图二）。考虑到3#和4#墩承台面积大，拌和能力有限，浇筑速度相对较慢，混凝土对模板的侧压力小，故模板采用内侧支撑，短拉杆一端连接于承台钢筋上固定，模板间采用螺栓连接。3#墩承台施工工期为2004年3月15日到2004年5月31日。4#墩承台施工工期为2004年4月15日到2004年6月30日。2#、3#、4#墩混凝土拌和站位于3#墩和4#墩之间，产量为90m3/h，罐车运送混凝土，2#墩使用溜槽配串筒入模，承台中间部分溜槽达不到的地方采用吊车配合地泵软管布灰，振捣采用人工振捣。图二3#和4#墩离拌和站近，混凝土入模方案直接采用泵送入模，地泵置于拌和站出料口正下方。借用冷却水管和顶层钢筋的定位钢筋架，在非作业面区及时挂设防晒网或彩条布防晒。1.2.45#墩承台5#墩承台为分离式承台，先施工左幅承台，待左幅承台浇筑完后浇筑右幅承台。考虑到5#墩土体的不稳定性，经过设计变更卸载部分土体，开挖到承台顶（施工平台）后，采用土模施工，一次浇筑成型。2005年3月6日开始施工，工期15天。强制式混凝土拌和站位于K39+892.81天桥附近，拌和速率为15m3/h，混凝土罐车沿5#墩施工便道运送混凝土到5#墩施工平台处，使用溜槽配串筒入模，吊车配吊斗辅助布料，人工振捣，运距约260m。1.2.5技术标准及方案规范指出：结构物尺寸大于0.5米的混凝土施工均属于大体积混凝土施工，因此，太枣沟特大桥1#、2#、3#、4#、5#墩承台均属大体积混凝土承台，施工混凝土时除满足强度等级、抗渗要求外，关键要严格控制混凝土在硬化过程中水化热引起的内外温差，防止因温度应力而造成混凝土产生裂缝。施工中在混凝土内布置冷却水管以降低混凝土内温度；采取保温养生，减小混凝土内外温差；优化混凝土配合比，采用双掺技术，尽量减小水泥用量，降低水化热；采用低温原材料并在气温低时浇筑；降低初始温度，以减少混凝土的开裂。1.3总体布置图22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术1.4进度计划1.5工艺流程1.5.11#墩承台施工工艺流程图（图三）1.5.22#墩承台施工工艺流程图（图四）1.5.33#、4#墩承台施工工艺流程图（图五）1.5.45#墩承台施工工艺流程图（图六）图三22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术2#墩施工准备基坑开挖凿桩头、砌内模桩基检测基坑底面处理钢筋加工底层钢筋绑扎冷却水管安装、定位筋架设、测温元件定位侧面钢筋绑扎浇筑第一次混凝土通水冷却，保温保湿混凝土硬化监测混凝土内外温度结合面处理上层冷却水管安装等钢筋加工定位钢筋、墩身钢筋、预埋件及顶层钢筋安装浇筑第二次混凝土混凝土硬化图四3#、4#墩施工准备基坑开挖凿桩头、支钢模桩基检测22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术基坑底面处理钢筋加工底层钢筋绑扎、预应力筋安装冷却水管安装、定位钢筋架设、测温元件定位侧面钢筋绑扎钢筋加工定位钢筋、墩身钢筋、预埋件及顶层钢筋安装浇筑混凝土通水冷却，保温保湿混凝土硬化监测混凝土内外温度图五5#墩施工准备基坑开挖凿桩头桩基检测基坑底面、侧面处理钢筋加工底层钢筋绑扎冷却水管安装、定位钢筋架设、测温元件定位侧面钢筋绑扎钢筋加工定位钢筋、墩身钢筋、预埋件及顶层钢筋安装浇筑混凝土通水冷却，保温保湿混凝土硬化监测混凝土内外温度图六22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术1.6施工工艺要点和标准：1.6.1施工准备人员准备：经理部在墩承台混凝土浇筑前开了动员大会，并对人员作了充分的部署，经理部成立了以经理、总工为首，对管理人员、技术人员、机械人员（混凝土搅拌运输车司机6人、装载机司机2人，混凝土泵司机2人）作了充分的分工，作到12h轮班值班，不打疲劳战。从拌和站操作手（4人）、粉煤灰添加（12人）、外加剂添加（2人），前台混凝土振捣布料（30人），2班轮流作业，值班人员从管理人员、技术人员到工人全部登记在表，保证人员按时到位。材料准备：水泥罐全部储备满（共380t），经理部已和威顿水泥厂协调好，开盘后保证水泥的供应。砂、碎石场地已备足。各种施工用小型机具如振动棒（50振捣器10台，振捣棒10根，70振捣器5台，振捣棒10根，平板振动器2台）、脚手架、电焊机5台全部准备充分，留足备用设备。用电：经理部拥有2台400kw变压器，另有一台200kw发电机，一台220kw发电机作为备用电源。机械：4台混凝土罐车，2台50ZL装载机，2台拌和站（合计90m3/h），1台HBT60混凝土地泵，1台40t履带吊。配合比：按照设计准备好配合比，调试好拌和站计量系统。1.6.2基坑开挖基坑开挖和弃土均采用挖掘机、装载机配翻斗车。2#墩承台采用砖模施工，因此开挖尺寸要比设计大0.25m，3#、4#墩承台的预应力施工决定了承台基坑开挖要比设计尺寸宽约1.5m。1.6.3凿桩头、桩基检测基坑开挖到位后，用空压机和风镐破除桩头，注意，不得损坏检测管，混凝土残缺的桩头用砌砖模至设计标高，等待承台施工时一起浇筑。按规范规定的检测方式和频率进行检测：钻芯3%，小应变检测85%，超声波检测100%。1.6.4基底对挖掘机开挖后的基底进行人工整平至承台底设计标高以下5cm，然后铺设5cm碎石或矿渣并整平，最后沿横桥向每2米铺设承台等宽顺桥向枕梁（地梁）。1.6.5钢筋加工及底层钢筋安装承台横、纵向钢筋尺寸较大，均在岸上（施工平台上）分段对焊接长，分段长为10～14m，再用吊车分批吊进坑底，进行冷挤压搭接，然后按设计直接放置在枕梁上进行绑扎。1.6.6冷却水循环系统安装、定位钢筋架设、测温元件定位定位架立钢筋为冷却水管和顶层钢筋及热敏电阻安装所共用，按间距2.0*2.0*1.5米布置到承台顶。冷却水循环系统由水泵、蓄水箱、进水管、冷却管、排水管组成。水泵用于从水源处抽水至蓄水箱，蓄水箱容积10m3，与进水管相连，分别给各条冷却水22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术管路供水，蓄水箱设于承台附近的高处，高出承台顶面约3.0米。水泵流量为10m3/h。冷却水管采用GB50mm钢管。1#墩承台设2层，2#、3#、4#墩承台设4层，5#墩承台设1层，水平间距2米，底层距承台底1.0米，顶层距承台顶1.0米，布置见（图七）。仔细检查焊接接头，观察每个焊接接头是否连续，有无砂眼、断焊现象，然后作通水试验，有漏水处补焊。安装完毕后检查支撑是否牢固，防止施工过程中焊点断裂。浇筑之前，出水管、进水管、水泵、阀门、蓄水箱应安装就位根据施工需要埋设热敏电阻，埋设时将热敏电阻探头裸露，将尾线接出承台。1#墩承台设2层测温点，每层共设5个热敏电阻，层高分别为1.0、2.0米；2#、3#、4#墩承台设3层测温点，每层共设10个热敏电阻，层高分别为1.5、2.5、4.0米；5#墩承台设1图七层测温点，每层共设5个热敏电阻，层高为1.0米，平面位置对应于墩身底部四角和中心。1.6.7侧面钢筋绑扎侧面竖向钢筋的安装借助定位钢筋，底部与水平筋焊接，然后分段绑扎水平钢筋。1.6.8墩身钢筋、预埋件及顶层钢筋安装墩身预埋筋、塔吊底座、电梯底座、沉降观测钢筋的定位预埋工作须在混凝土浇筑前完成。顶层钢筋安装借助已搭设的定位钢筋支架进行。1.6.9浇筑混凝土，通水冷却，监测混凝土内外温度，保温保湿等。以2#墩承台为例。溜槽布置：在2#墩承台上游（右幅）平台上均匀布置3条位置固定的30m长溜槽，下游（左幅）布置2条位置固定的12m长溜槽，在承台大桩一侧平台上安放一些小溜槽，溜槽下连接串筒，保证混凝土落高小于200cm。小溜槽移动依靠人工配合吊车平移。根据溜槽长短和卸落混凝土需要，每个溜槽底设2～3个落灰口，落灰口水平间隔4.45米。为防止混凝土以灰口落下时离析，须在落灰口下挂串筒。落灰口的盖平时是关闭的，在此口落灰时才打开，并阻塞混凝土向下流动的去路。溜槽布置见（图八）浇筑中顺序：2#墩混凝土浇筑从上游开始，3个长30m的溜槽放灰，从上游往下图八游推进，紧接着下游和大桩号侧使用短溜槽22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术轮流放灰，确保混凝土按“一个坡度，层层浇筑，一次到顶”这种阶梯式浇筑，即第一层浇筑推进一定距离时，轮回一圈后，退回起点浇筑第二层。具体见（图九）3#和4#墩混凝土浇筑直接用地泵输送混凝土，泵管前端的软管布灰，亦按照“一个坡度，层层浇筑，一次图八到顶”分层浇筑的方式进行。1#、5#墩承台面积较小，但拌和站拌和能力较小，布灰方式亦按照“一个坡度，层层浇筑，一次到顶”斜面分层浇筑的方式进行。混凝土坍落度控制在170mm，尤其在第一层混凝土浇筑时保证坍落度在170mm；浇筑前先洒水润湿基坑底部矿渣，尽量避免矿渣吸收混凝土中的水分而影响承台混凝土质量。在第一层覆盖底层钢筋的混凝土浇筑时，振捣棒跟随混凝土进行振捣，再用平板振动器进行振捣，保证底层钢筋下混凝土填塞饱满，不出现露筋现象。图九操作振捣棒时，应当快插慢拔，振捣上层混凝土时应当插入下层混凝土10cm。振捣时间一般为15s～20s，且混凝土表面不再显著下沉，不再出现明显气泡，表面泛出灰浆为度。振捣时应当间隔有效振捣直径，有序的振捣所有工作面内混凝土，不能跳振，更不能漏振。在振捣时，注意测温用热敏电阻位置，保证该电阻完好。3#和4#墩承台振捣底层混凝土时，注意不要触及波纹管，防止振漏波纹管而进浆堵管，影响张拉和成型后的受力。第二次浇筑混凝土完毕后进行二次抹面，防止出现表面裂缝。混凝土的放落应当有序，保证在能充分振捣情况下，适当放灰，严禁一次在同一落灰点堆积过高的混凝土。防止振捣不实。当混凝土初凝之后，开始进行通水降温。由专人值班，每隔4小时测量并记录进出水的温度和流量，检测混凝土内外温差，根据预计的内外温差和实际条件调整保温和冷却措施，控制混凝土内外温差不超过25℃，冷却水持续7天。22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术当混凝土浇筑到顶时，插入连接短钢筋。及时地进行洒水覆盖，保证混凝土在最佳的条件下养生。养生时间至少为14天2#墩承台第一层3.5m高混凝土浇筑完成后，等待强度达到2.5MPa时，进行施工缝处理，即表面凿毛，以露出新鲜混凝土面为准。压浆完成后，及时对基坑进行分层回填，回填至承台顶面并覆盖承台，利于承台的保温和养生。1.7工料机计划1.8季节性措施1.8.11#墩承台施工正处于初冬季节，为确保混凝土质量，采取如下相关冬季施工措施：1、给拌和用水加温，确保混凝土的入模温度；2、给罐车包裹保温套，减少混凝土热量损失；3、给模板加盖保温棉被和草帘以及给混凝土掺防冻剂，防止混凝土后期受冻。1.8.22#、3#、4#、5#墩承台施工均处于夏季，为防止混凝土开裂和水分损失，均挂设防晒网，优选低温材料（或人工降温、保温），控制混凝土浇筑温度。缩短混凝土运输滞留时间，挂防晒网，减少混凝土水分散发，减缓混凝土凝固速度，降低混凝土硬化温度。1.9质量保证措施项目建立项目经理、总工为首的质保体系，内部监理对现场质量进行巡视抽检，汇总质量情况，分析质量问题，然后上报总工、项目经理和上级主管部门。现场生产班组设兼职质检员进行自检；在工序交接时，实行交接检验；工区设专职检查员，对各工序工程质量进行逐项检查、评定，合格后填写检查记录，报监理签认。成立以项目总工为技术总指挥，内部监理为技术总负责，生产副经理为现场总指挥的质量生产临时协调小组：1、现场技术员负责对混凝土施工和温度监控进行现场监督和记录，并负责对现场混凝土质量的反馈和汇报；2、试验室负责随时根据砂石料含水率和前台反馈的信息进行配合比调整并给拌和站操作员进行书面交底和通知；3、对混凝土工逐一进行岗前现场培训；4、现场和后台以及一切相关部门均实行12小时一换岗——两班倒，防止疲劳战。1.10安全保证措施建立以项目经理为首、下设专职安全员、工区工长为兼职安全员执行规章制度、遵守操作规程的安全管理体系。1、吊车作业时常设一名专业起重工指挥；2、前台常设一名现场指挥员指挥罐车运行；3、2#、3#、4#墩承台高达5米，所有现场施工人员均佩戴安全帽、穿防滑鞋，防止定位钢筋架和冷却水管碰头伤人或从上滑跌伤人；4、预应力张拉过程中，严禁前方站人；22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术5、张拉完成后，严禁踩踏钢绞线，应立即封锚；6、压浆过程中，出气孔和出浆孔附近不得站人；7、冷挤压前，仔细检查油管完整性，有破损之处立即更换；8、钢筋焊接时，焊工必须戴防护镜或遮挡板；9、在施工现场周围配备、架立并维护一切必要而合适的标志牌，为工人和公众提供安全和方便；10、机械在危险地段作业时，必须设明显的安全警示标志，并应设专人站在操作手能看清的地方指挥，驾机人员只能接受指挥人员发出的规定信号；11、挖掘机作业时，发动机启后铲斗内、臂杆、履带和机棚上严禁站人，严禁铲斗从运土车的驾驶室顶上越过，向运土车辆卸土时，应降低铲斗高度，防止偏移或砸坏车厢，铲斗运转范围内严禁站人；12、装载机作业时，起步前应将铲斗提升到离地面0.5m左右，作业时应使用低档。用高速档行使时，不得进行升降和翻转铲斗，严禁铲斗载人；13、自卸汽车作业时，发动机启动后应检查启翻装置，确保良好；严禁在驾驶室外进行操作，翻斗内严禁载人；当装载机高度超过车厢拦板时，应平稳行使，不得猛力加速，也不得紧急制动。14、现场接电必须为专门的电工操作，严禁非电工操作。电线架设必须合理，不得杂乱交错布置。电工必须遵循电工操作规程作业。1.11文明施工和环境保证措施1、弃土和破桩头的废渣必须运到指定弃土场，不得乱弃；2、冷却用水必须引导到自然河沟中，不得乱排乱放；3、施工便道应经常洒水，防止扬尘污染农田庄稼和果树；4、浇筑完毕剩余的混凝土不得乱弃；5、冲洗拌和站和罐车的废水排放到施工场地和施工便道内；2、太枣沟特大桥承台温度裂缝防止措施2.1裂缝产生机理混凝土在施工中，由水泥水化过程中产生的热量、气温和地基温度变化所引起的混凝土的温度变形要受到两种类型的约束，一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。    其次，湿度变化引起的混凝土内部各单元体之间相互约束，产生的应力为干缩应力。因为湿度传导速率远小于热度传导速率(约为1/1600)，所以，它主要在混凝土表面附近。当混凝土浇筑体边界无约束时(如顶部)，在早期水化热温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压。当拉应力超过混凝土22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时(如已浇混凝土后浇混凝土)，在浇筑体中央断面产生内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就产生贯穿裂缝。2.2裂缝控制技术控制大体积承台混凝土结构裂缝的原理就是降低混凝土的水化热温升，减小混凝土的外约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸；另外，改善混凝土表面的散热条件、防止承台产生过大的不均匀沉降，也是控制承台产生裂缝的重要手段。基于承台产生裂缝的机理，针对性地采用了以下施工技术和措施：(1) 优化混凝土级配，减小水灰比，采用掺粉煤灰和减水剂的“双掺”技术。控制原材料，降低混凝土水化热峰值，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度及极限拉伸；(2)在混凝土中埋设冷却管，在混凝土升温阶段通水带走混凝土水化热热量，降低混凝土最高温升值，减少混凝土内外温差梯度；(3)尽可能降低混凝土入模温度：砂石料上设置遮阳棚，使用300m深机井水作为拌和用水； (4)  混凝土采用斜面分层浇筑，加强振捣，层与层之间采取“二次”振捣法，提高混凝土密实度，提高混凝土极限抗拉强度，  减少内部微裂，防止因混凝土沉落出现裂缝；(5)掺加缓凝剂，延缓混凝土水化热产生峰值的时间，及时散发大量早期水化热；(6)尽可能减少层与层混凝土浇筑时间差，减少新老混凝土之间的收缩差； (7) 承台顶铺设保水织物，改善混凝土表面热交换条件，减少混凝土表面与大气温差，延迟拆模时间，减小混凝土降温速率；(8) 改善基础底部的约束边界条件，基底采用碎石层底模，减少基底对混凝土底部的约束作用；(9) 混凝土浇筑完成后，及时搭设防晒网，防止日光暴晒，采用保湿保温养护，及时补充水分，减少混凝土面水分散失 。通过对5个墩承台混凝土外观质量的检查，基本上没有发现大的质量问题，仅仅在某些局部地方和边角处出现一些细小龟裂。施工过程中发现有混凝土覆盖不及时而出现的局部浅开裂通过高标号砂浆填补后再浇筑混凝土而得到改善。由于混凝土沉陷出现的裂缝通过“二次”振捣得到处理。覆盖保湿措施不妥之处出现的开裂通过凿毛得到修补。通过该5个墩承台大体积混凝土的施工，既检验了我们的技术水平，更加检验了我们的施工组织管理能力，其间出现的一些质量问题反映出我们组织管理能力的不足，充22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术分说明了大体积混凝土的施工受到多种因素的影响，除了要有较好的温控措施外，还应对施工进行严密组织，严格管理，提高混凝土的施工质量。3、太枣沟特大桥承台混凝土配合比研究3.1 混凝土配合比优化3.1.1概述混凝土的配合比设计研究是大体积承台混凝土控制裂缝的关键技术之一。设计要求混凝土强度等级为C30，根据承台的施工要求混凝土具备流动性好、缓凝、低水化热等特点，针对混凝土的设计要求和特性，以基准配合比为基础，按等稠度、等强度等级的原则，采取“超量取代法”进行粉煤灰混凝土配合比设计，对混凝土的强度、抗渗、水化热、收缩值、极限拉伸、弹性模量、重度以及和易性、坍落度等指标进行反复、严格的比较和论证。3.1.2参考配合比为了解国内大体积承台施工配合比研究和应用情况，分析比较了几个工程项目的承台配合比。1、天津塘沽海河大桥主塔承台大体积混凝土为C30级，单个承台混凝土8022m3,使用525号水泥，粗骨料为5～20mm碎石，砂率38%，坍落度150±30mm，配合比如下:水泥：中砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰=（337678110619011.3289）1：2.01：3.28：0.56：0.03：0.262、重庆白果渡嘉陵江大桥主桥承台大体积混凝土为C30级，单个承台混凝土8022m3,使用F.O32.5级水泥，粗骨料为5～31.5mm碎石，砂率37%，坍落度150±30mm，配合比如下:水泥：中砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰=（36967711481763.6650）1：1.835：3.111：0.48：0.01：0.1363、湛江海湾大桥大体积混凝土水泥：中砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰=（3207111066163-140）1：2.015：3.571：0.45：-：0.233.1.3配合比选择（一）原材料：威顿普硅32.5级水泥，英山5~31.5mm碎石，灞桥河中砂，河津电厂粉煤灰根据规程计算、试验.混凝土试验强度为38.2Mpa,水灰比为0.48,砂率为39%,其水泥用量为371㎏/m3,外加减水剂的掺量为0.95%,其为掺加粉煤灰基准配合比定为:22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术CA:SA:GO:W:UNF-MB=371:730:1141:178:3.525.依据设计规程在用水量不变的情况下,水灰比上下调整0.05,那么其他两个配合比的水灰比分别为：(1)0.53、(2)0.43;按上述计算方法分别计算出超量替代应用粉煤灰,其配合比为:C:S:G:F:W:UNF-MB=269:686:11663:80:178:3.192C:S:G:F:W:UNF-MB=331:682:1115:100:178:3.933为了便于分析,利用正交实验方法进行试验,找出适用配合比.制定因素级位表:在试验中影响试验结果的主要因素很多,主要从水泥用量、砂率水胶比，粉煤灰掺量这四个因素考察比较。因素A-水泥用量第一位级A1=269㎏,第二位级A2=297㎏，第三位级A3=331㎏因素B-砂率%第一位级B1=37;第二位级B2=38;第三位级B3=39;因素C-粉煤灰掺量第一位级C1=80㎏;第二位级C2=89㎏;第三位级C3=100㎏;因素D-水胶比第一位级D1=0.53;第二位级D2=0.48;第三位级D3=0.43实验环境模拟实际现场施工温度为26～30℃，配合比制作验证主要以混凝土抗压强度和混凝土的工作可行性来评定。如果单从混凝土抗压强度来比较，表中看出第3试验号混凝土抗压强度最高，应选择3号配合比应用；然而此配合比水灰比较小，而且坍落度较低，初凝时间较短，会造成泵送困难，而且通过计算说明此水泥用量大、水灰热较大，故此配合比不适合于大体积混凝土。从混凝土的工作性、抗压强度、结构施工浇筑时水化热、节约水泥浆降低成本等综合方面来考虑，表中第8号混凝土为优质配合比。列表：编号水泥用量砂率粉煤灰掺量水胶比混凝土强度坍落度初凝时间1ABCDR7R28(mm)(min)21269137310020.4820.431.11476h15min3229713718010.5326.138.51676h23min4333113728930.4334.841.51447h15min5126923828910.5324.436.71689h332min6229723831030.4330.938.31557h40min7333123818020.4836.239.11728h13min8126933918030.4327.237.91667h25min9229733928920.4826.539.41708h38min10333133931010.5332.639.817910h15min（二）原材料:威顿矿渣32.5水泥，英山碎石，灞桥河中砂，河津电厂粉煤灰----C3022 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术承台混凝土配合比记录表试验编号配合比(混凝土各原材料用量㎏)坍落度(mm)抗压强度(Mpa)试验说明表水泥:砂:碎石:水:煤灰:外加剂R7G-1278:647:1136:191:104:2.78(瑞美UNF-MB)17025.6基准配比ⅠG-2254:640:1114:191:96:2.78(瑞美UNF-MB)水胶比0.55未做实验,在G-1基础上水胶比上调0.05,因此未做.G-3306:626:1115:191:114:3.06(瑞美UNF-MB)18028.4水胶比下调0.05G-4227:710:1192:179:68:2.27(义恒NYH)19024.9基准配比Ⅱ,实际用水量168㎏,水胶比为0.57G-5259:652:1150:191:110:2.59(义恒NYH)计算时应在基准比Ⅱ基础上调水灰比0.05,计算值较大,因此未做.G-6271:679:1161:179:82:2.71(义恒NYH)18031.6基准配比Ⅱ下调水胶比0.05,实际用水量162㎏,实际水胶比0.46.G-7227:710:1192:179:68:1.82(瑞美FDN)19227.8实际用水量159㎏,水胶比为0.54.G-8271:679:1161:68:2.168(瑞美FDN)19531.8实际用水量162㎏,水胶比为0.46.G-9227:710:1192:179:68:1.82(珠海)17026.9实际用水量153㎏,水胶比为0.52.G-10271:679:1161:179:82:2.168(珠海)17033.0实际用水量166㎏,水胶比为0.47G-11227:710:1192:68:1.362(瑞美氨基酸)18024.2实际用水量174㎏,水胶比为0.59.G-12271:679:1161:179:82:1.626(瑞美氨基酸)17033.3实际用水量162㎏,水胶比为0.46G-13232:707:1160:184:87:2.0(义恒NYH)17523.7基准配比Ⅲ,实际用水量179㎏,水胶比为0.56G-14239:682:1171:189:88:2.15(义恒NYH)17521.9实际用水量173㎏,水胶比为0.53G-15249:692:1144:189:88:2.15(义恒NYH)18522.3实际用水量185㎏,水胶比为0.54G-16258:689:1138:189:91:2.219(义恒NYH)19022.9实际用水量173㎏,水胶比为0.5522 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术G-17232:707:1160:184:87:1.76(瑞美FDN)19021.6实际用水量172㎏,水胶比为0.54(如外加剂量>0.8%,易离析,跑浆)G-18239:682:1171:189:88:1.82(瑞美FDN)19019.8实际用水量177㎏,水胶比为0.54(如外加剂量>0.8%,易离析,跑浆)G-19249:692:1144:189:93:1.89(瑞美FDN)18523.8实际用水量171㎏,水胶比为0.50G-20258:689:1138:189:91:1.96(瑞美FDN)19013.7实际用水量178㎏,水胶比为0.51水胶比为0.51G-21232:707:1160:184:87:2.32(瑞美UNF-MB)17522.1实际用水量172㎏水胶比为0.54G-22239:682:1160:189:88:2.39(瑞美UNF-MB)17024.8实际用水量170㎏水胶比为0.52G-23249:692:1144:189:93:2.49(瑞美UNF-MB)18025.3实际用水量171㎏水胶比为0.50G-24258:689:1138:189:91:2.58(瑞美UNF-MB)17528.4实际用水量178㎏水胶比为0.51G-25267:678:1131:189:100:2.3(义恒NYH)17024.9实际用水量183㎏水胶比为0.50G-26277:689:1105:189:104:2.38(义恒NYH)18024.6实际用水量179㎏水胶比为0.47G-27287:682:1098:189:107:2.47(义恒NYH)19026.8实际用水量185㎏水胶比为0.47G-28298:675:1090:89:100:2.56(义恒NYH)19025.6实际用水量188㎏水胶比为0.46G-29267:678:1137:189:100:2.03(瑞美FDN)19026.4实际用水量176㎏水胶比为0.48G-30277:689:1105:189:104:2.11(瑞美FDN)18026.0实际用水量179㎏水胶比为0.47G-31287:682:1098:189:107:2.18(瑞美FDN)19028.1实际用水量185㎏水胶比为0.48G-32298:675:1090:189:110:2.26(瑞美FDN)19028.0实际用水量184㎏水胶比为0.45G-33267:678:1131:189:100:2.67(瑞美UNF-MB)19024.4实际用水量161㎏水胶比为0.44G-34277:689:1105:189:104:2.77(瑞美UNF-MB)17025.2实际用水量187㎏水胶比为0.49G-35287:682:1098:189:107:2.87(瑞美UNF-MB)18524.1实际用水量189㎏水胶比为0.48G-36298:675:1090:189:110:2.98(瑞美UNF-MB)18027.0实际用水量188㎏水胶比为0.4622 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术考虑到矿渣硅酸盐水泥水化热低，对防止裂缝产生有利，最终选择以下配合比作为施工配合比：水泥：山西新绛威顿P.S32.5；碎石:陕西韩城英山5～31.5mm连续级配碎石，饱水抗压强度60MPa左右，针片状含量3～6%左右，压碎值为5～7%左右，含泥量0.5%～0.8%之间；砂：陕西西安霸河中砂，细度模数（MX）2.3～3.0，含泥量为0.8%～1.5%之间；水：可饮用井水；外加剂：陕西西安瑞美UNF-MB型高效缓凝减水剂；粉煤灰：陕西韩城电厂Ⅱ级粉煤灰，减水率17～20%。C30混凝土配合比(kg/m3)水泥：中砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰=（32468211571813.2476）1：2.015：3.571：0.45：0.01：0.23流动性要求：落度控制在15～17cm之间。缓凝要求：按缓凝时间10小时控制。强度要求：R7≥20MPa、R28≥30MPa、R60≥37MPa。3.2、温度收缩应力与抗裂安全度计算（以p.o32.5水泥为例）3.3小结“双掺”技术使混凝土的性能得到改善，和易性大大改善，流动性好，且坍落度损失小，易于浇筑，模板易充实；混凝土初凝时间与不掺粉煤灰混凝土普遍推迟2h～3h，混凝土早期强度虽然不如掺粉煤灰的，但后期强度比较高，从自检混凝土抗压强度来看，没有发现混凝土强度不合格的，强度有保证，故内在外在质量都可以得到保证，而且节约水泥，经济效益显著。4、太枣沟特大桥承台温度监控技术4.1水化热温度监控技术路线1、收集资料,包括设计要求、施工规范要求、工程数量、浇筑分层方法、施工环境、气温、机械设备能力、混凝土原材料的指标、人员组织、工期等；2、进行混凝土水化热计算，比较不同水泥用量的温度变化，明确配合比设计时的水泥用量限值；3、根据水泥限量，通过试验确定混凝土配合比；4、混凝土入模温度控制措施，对原材料温度、混凝土拌和、运输、降温、温度的过程测量提出要求；5、在混凝土中埋设温度传感器，适时量测温度，发现异常及时调整养护条件。4.2温度监控方案22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术4.2.1概况1、施工要求根据设计要求：“在2、3、4号墩承台施工时由于混凝土平截面积过大，，采取合理有效的方法（如：1用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料等方法减少水泥用量；2采用水化热低的水泥；3减少浇筑层厚度，加快混凝土散热等），降低混凝土的水化热。”《公路桥涵施工规范》也有类似的规定。工期要求不超过30天。2、工程数量每个承台平面尺寸为26.5m×35.5m，厚度4~5m，顶部4米以上呈正4棱台形。每个承台的混凝土体积为4300m3。3、浇筑方法2号墩分2次浇筑，第一次浇筑厚度3.5米，第二次浇筑厚度1.5米；3、4号墩一次性浇筑。4、施工环境、气温2号墩位于太枣沟底部，3、4号墩位于太枣沟底部阶地上2、3、4号墩高差分别为30米和15米。拌和站位于3号墩阶地上，沿便道计算距离2号墩400米，距离3、4号墩为150米、250米。2号墩承台3面有施工平台，吊车、运输车辆可到达，另一面为上陡坡坡面；3号墩4面平台，运输车辆可到达；4号墩有2面平台吊车和运输车辆可到达。属于大陆季风气候区，承台施工的5月份，月平均最高气温为16℃，月平均最低气温为14℃，最大风速为18米/秒。4.3混凝土入模温度的监控4.3.1原材料温度检测1、砂石料的温度：使用温度计测量。将料堆表面30厘米挖开，把温度计插入砂石料中测量温度。每次测3点，取平均值作为温度值。石料温度测量精度不高，但可以满足使用要求。2、水的温度：使用温度计测量。直接量测储水箱内的水温。3、水泥的温度：使用温度计测量。由于使用散装水泥，水泥进场卸料前，测量水泥在车内的温度，储存时散热慢，可以作为水泥温度的主要依据。使用时量测出料口水泥温度作校核。水泥温度难以测准确，但水泥在混凝土中所占比例小，水泥温度在30℃~40℃以内时，对混凝土温度和拌和的坍落度影响不大。施工中遇到过水泥温度达到70℃的情况，对混凝土拌和质量影响大，混凝土温度高、坍落度损失快。4.3.2混凝土入模温度检测1、测量混凝土出盘温度，用温度计测；2、测量混凝土注入仓内后的温度，用温度计测；4.3.3混凝土温度控制1、砂石料：按照混凝土温度限值，采用覆盖的方法减小日光照射，降低砂石料表面22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术温度。料堆内部温度比较恒定，加之调控难度大，故不做处理，仅检测温度数据。2、水：对混凝土温度影响大，为尽量降低，在混凝土拌和前从井内抽水，井深150米，水温温度在15℃以下。4.3.4温度检测组织1、原材料温度由现场试验人员负责测量，并提供预期的混凝土温度值；2、现场混凝土温度由现场施工技术员负责测量，反馈给试验员。4.4承台混凝土温度监控4.4.1测温器材传感器：Cu50型热敏电阻，R0=50±0.05Ω，R100/R0=1.428±0.002，测量范围:-50℃~+100℃，偏差：±(0.30+6.0×10-3t)。电表：DT9208S数字式电表，测量电阻精度0.01Ω。温度计：常用温度计（0℃~100℃）。使用前，将热敏电阻与温度计比对，确定在0℃~+100℃内不同的温度区间，热敏电阻测温与温度计是否一致，如果不一致，应按实测值进行修正，方能正确测温。测温误差应控制0.5℃以内。比对方法：将温度为20℃的水中放入温度计和热敏电阻，缓慢加热，测量温度计读数分别为20℃、25℃、30℃、35℃………100℃时的电阻值，根据公式计算温度值，与温度计测得的实测值比较。比对结果：温度与阻值为线性变化，温度计算公式：T=(R-50.55)/0.215。4.4.2测温方法在混凝土中埋入热敏电阻，定时用电表测量电阻，测算温度，初期测温每隔4小时1次，后期每天一次。用玻璃温度计测混凝土表面温度，将温度计插入覆盖层与混凝土之间，贴住混凝土面，读数记录温度。4.4.3测温点的建立22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术共设5处测温点，每处设3个传感器，埋置深度分别为1.0、2.5、4.0米。埋设时将测头裸露，固定在定位钢筋上的设计高度上，用胶带将导线缠牢，沿着定位筋引出承台顶面，并固定在1米高处，便于测量操作。4.4.4冷却水循环砼终凝后，即开始通冷却水，由专人值班，测量并记录进出水的温度和流量，冷却水不间断持续4~5天。4.4.5监控砼终凝后，即开始检测砼内外温差，并根据预计的内外温差和实际条件调整保温和冷却措施。当混凝土内外温度差大于25℃时，增加覆盖层厚度。由专人负责，并准确记录，及时根据监测数据调整温控措施，并将检测结果报监理工程师。4.4.6温度监控组织1、安排专人负责测量温度。测量员应熟悉测量方法，能正确填写记录表格。2、分3班负责测量，按规定的时间测量；3、内容包括：各个电阻的温度、混凝土顶面覆盖条件及温度、冷却水管的进出口水温、气温。4、由现场施工技术员负责管理测量记录，如果有异常，应及时采取措施并汇报。4.5水化热温度预测和承台混凝土抗裂性计算4.5.1温度预测根据配合比水泥水化热产生热量的规律，原材料及砼比热和预计的环境条件，计算砼在不同时间的绝热和散热温升，选择合适的覆盖保温措施，控制砼内外温差不超过25℃。4.5.2抗裂计算作为大体积混凝土结构，应考虑混凝土在养护期间可能产生的最大收缩应力和露天养护期（15d）可能产生的温度收缩应力及抗裂安全度。拟用p.o32.5水泥，实际强度高。水泥用量为297㎏/m3，水灰比为0.48，各龄期混凝土弹性模量Ec=3.0*104Mpa,徐变影响松弛系数S(t)=0.3,一般地基混凝土外约束系数R(t)=0.32,混凝土泊松系数V=0.15,混凝土质量密度ρ=2420㎏/m3.混凝土施工期为5月，入模温度假定为21℃，当地平均气温为16℃，养护期间当月气温为15℃。计算可能产生的最大收缩应力和露天养护期间（15d）可能产生的温度收缩应力及抗裂安全度过程如下：按水泥实际强度，则Q取377J/㎏,C=0.96J/㎏*℃,ρ=2420㎏/m3,m取0.3，混凝土15d水化热绝对温度及最大的水化热绝对温度为：T(t)=mcQ/Cρ*(1-e-mt)则：T(15)=297*377*(1-2.718-0.3*15)/0.96*2420=48.1℃Tmax=225*350*(1-2.718-∞)/0.96*2420=48.2℃查知：M1=1.0,M2=1.35,M3=1.0,M4=1.375,M5=0.93,M6=0.7,M7=1.0,22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术M8=1.0,M9=1.0，M10=0.95则混凝土的收缩变形值为：∑y(t)=∑Oy(1-e-0.1t)*M1*M2*M3*M4*M5*M6*M7*M8*M9*M10∑y(15)=3.24*10-4*(1-2.718-0.15)*1.35*1.375*0.93*0.7*0.95*1.0*1.0*1.0*1.0*1.0=0.4954*10-4混凝土15d收缩当量温差为：Ty(t)=∑y(t)/aTy(15)=0.4954*10-4/1*10-5=4.954℃=5℃混凝土15d的弹性模量：E15=Ec(1-e-0.09t)=3.00*10-4*(1-2.718-0.09*15)=2.22*104混凝土最大综合温度差为（考虑冷却水管降温2℃）：T=To+2/3*T(t)-Th=21+2/3*48.2-2+5-16=40.1℃混凝土最大降温收缩应力为:б=E(t)*a*△(t)*S(t)*R/(1-V)=0.22*104*1*10-5*39.1*0.3*0.32/(1-0.15)=1.0Mpa1.15(安全系数)故满足要求.露天养护期间混凝土产生的降温收缩应力为:(t)=21+2/3*48.2-2+5-15=41.1℃б(15)=2.22*104*1*10-5*41.1*0.3*0.32/(1-0.15)=1.02б(15)<1.75Mpa=1.31Mpa满足要求.上述计算条件为露天环境，由于2号墩施工时为砖模，3、4号墩为钢模加覆盖层，保温件条较好，在表面采取覆盖保温养护措施，保温养护控制混凝土表面温度在30℃时，则比上述计算更加安全。施工控制条件：水泥用量296kg/m3，水泥水化热量小于337J/kg，混凝土入模温度为20℃以下，通冷却水降温，覆盖保温温度30℃以上。4.6检测结果2号墩：最高温度59℃。22 “太枣沟特大桥施工技术”研究子课题之二————大体积承台施工技术22