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1、温度控制技术在斜拉桥基础施工中的应用实例4 0 3温度控制技术在斜拉桥基础施工中的应用实例戚新龙杨志红( 山东省德州市公路管理局工程处，德州2 5 3 0 0 0 )关键词：桥梁与隧道工程斜拉桥基础天体积混凝土温度控制斜拉桥基础中索塔承台属于典型的大体积混凝土施工项目。在浇筑施工过程中，混凝土所产生的水化热积聚会造成结构内外温差过大，产生温度裂缝，影响混凝土结构的承载力和使用寿命，所以必须应用混凝土稳定控制技术来防止产生过大的I 勾k l - 温差。笔者在德州新河大桥的索塔承台施工过程中采用多种温控技术，整座承台一次浇注完成，抢在汛期之前完成水下工作，避免了河水上涨带来的物质损失和工期损失，且
2、整座承台未发现可观察到的裂缝，取得了良好的效果。现将我们的做法介绍如下：新河大桥为独塔斜拉桥，索塔承台长4 5 m ，宽1 4 5 m ，高4 m ，平面呈哑铃型，C 3 0 混凝土，下面为7 8 根1 5 m 群桩基础，位置处于河道中线，如图1 。I ! ! 墅【4 5 。I ! 塑图1 索塔承台平面圈原设计在1 m 、3 m 高处设两层4 4 0 m m 冷却水管网，采用分层浇筑法施工，要求内外温差不大于2 5 a c ，但水利部门通报近期上游放水，围堰必须及时拆除，分层施工工期不允许，必须一次浇注完成。我们重新制定了加强的温控方案，以确保一次浇筑从质量上不出问题。1 混凝土配合比的确定一
3、般来说，大体积混凝土的浇筑应该采用水化热较低的粉煤灰水泥或矿渣水泥，但因本地并不出产合适的水泥，从外地购人又不经济，因此我们采用中低水化热P 0 4 2 5 号水泥掺人I 级袋装粉煤灰，并加人N O FB 3 泵送剂以改善和易性，经过试验室计算试配确定配合比为：水泥：中砂：碎石：粉煤灰：水：泵送剂= 1 ：2 5 ：3 3 ：o 2 7 ：0 5 ：o 0 1 1 ，每1m 3 混凝土水泥用量为3 3 9 k g ，订购P 0 4 2 5 号水泥水化热为3 6 0k J k g 。2 冷却水循环管网的修改承台本身厚度为4 m , 原设计两层冷却管在l m 和3 m 厚度处，如采用两次浇筑，每次
4、浇2 m ，则拎却管在两层的中部，能有效起到冷却内部水化温度的效果。但采用一次浇筑的工艺后两层冷却管中间的混凝土层达到2 m 厚，显然超出原设计冷却能力。我们决定在中部2 m 厚处增加一层4 0 m m 冷却水管网，全部3 层冷却管网在混凝土浇筑前均压水检验，严防水管有砂眼或焊接不良造成缝隙。在桡筑混凝土时进浆堵塞，冷却水抽取地下低温井水，以更好的达到冷却效果。4 0 4中国公路学会2 0 9 5 年学术年会论文集3 混凝土养生措施为使混凝土内外温差降到最小，在冷却混凝土内部水化温度的同时要做好混凝土外露面的保温工作，在承台侧面模板外用帆布严密覆盖保温。承台顶面浇筑初凝完成后，沿顶面外缘用红砖
5、砌3 0 c m 高的挡水墙，将冷却管循环排m 的温热水灌人，一来保证顶面养生，防止干裂，二则起到很好的保温效果。4 温度监控系统的设置测温探头采用埋入式温阻型传感器。原理为温度的变化引起器件电阻的变化。用手持式温度测量仪连接外露线头即可直接读出测控点温度，全承台共埋设探头5 处2 0 个，每处按不同深度设置4 个。具体位置 如图2 所示。5 温度计算图2 探头布设方案是否可行，必须经过验算。大体积混凝土水化热的计算采用叠加法，即首先不考虑表面散热，仅考虑水泥水化热及预埋冷却管的作用，然后进一步考虑表面散热影响并与前种方法计算的温度叠加，从而得出既有水化热又考虑冷却水管作用和表面散热作用的平均
6、最高温度。计算平均最高温度T m 值时，可采用以下公式： 耻粤罢+ 坠掣竿些+ 南“。2 丁可+ 瓦万一+ F 1 再+ “式中：L 混凝土内部平均最高温度( ) ；E 混凝土的浇筑温度( ) ；n 混凝土的表面温度( ) ；一冷却水管初期通水水温( ) ；* 冷却水管散热残留比；c 。，为底部不绝缘，上层混凝土接受下层混凝土( 或基底) 传热并向表面散热的残留比； c 。= “孑) = ，( 半0 0 5 3 r ) 为浇筑厚度( m ) ；本承台一次性浇筑厚4 m ；c 。为底部不绝缘，上层混凝土向下层混凝土( 或基底) 传热并向表面散热的残留比；c 。= ，( 孑) = ，、0 0 4
7、- 8 4 r ，、，( 0 舢3 r )r 通过表面及冷却管散热之后的水化热温升。根据实际测量，混凝土浇筑温度r = 2 6 ；冷却管初期通水水温t = 1 4 ；混凝土表面温度采用公式r b = L + r温度控制技术在斜拉桥基础施工中的应用实例4 0 5式中：r 。，施工气温，取2 6 ，r 为混凝土表面高于气温差值，表面不覆盖草袋时为3 5 屯，覆盖草袋时为l o ，取值3 。则以= 2 6 + 3 = 2 9 冷却水管散热残留比按下式计算： z = “亭，s 击)c 。， “7 = 砸尚( m 2 d “2 砸可j 丽“刮式中：口混凝土导温系数，取0 0 8 4m 2 d ；口冷却圆
8、柱体的直径( m ) ，水管在过水的截面上呈方形分布，则：D = 1 1 8 5 s ，S 2本项目确定的冷却管网方案有S 。= s ：= l m ，则有：D = 1 1 8 5 ；S 水管水平间距( m ) ；s ，水管垂直间距( m ) ；d 冷却水管直径；为0 0 4 m ；则有： n = i j ；= o 1 1 4 2 ( m 2 d )r 龄期； 混凝土的导热系数( W m ，K ) ；取值2 3 3w ，m - K ；c 。水的比热( k j k g k ) ；取值4 1 8 7k J J ( g K ；叽冷却水的流量( m 3 ，h ) ；取值0 8n 1 3 h ；凡水的密度
9、( k 矗) ；取值1 0 0 0k g o ；z 每根连续的冷却管的长度( m ) ；取值2 5 0 m 。将各项数据代入式( 2 ) ，则有： * = ，( 亭3 s 毪) = ，( 糌3 a 而臻) = f ( o 吲s 讪6 2 6 )x 值根据不同龄期所确定的参数从水利施工相关图表可查得。c 。按不同龄期确定的参数从从水利施工相关图表可查得。c 。按不同龄期确定的参数从从水利施工相关图表可查得。计算r 。时取最大的r ，( r ) 值。n f ) _ 备【( T h r 凡( r式中：n 混凝土的最终绝热温升；巩= 罟每立方米混凝土水泥用量( k g ，m 3 ) ；= 3 3 9k
10、 g ，m 35c 混凝土比热 k J ( k g 。C ) ；c = 0 9 6k J ( k g 。C ) ；P 混凝土密B 度( k g m s ) ；P = 2 4 0 0k g m 3 ； Q 水泥水化热k J ，k g ；Q = 3 6 0k J ，k g 。将上述数据代人式( 4 ) ，则有： n = 罢= 厕3 3 9x3 6 0 _ 5 2 9 7 ( )( 3 )( 4 )中国公路学会2 0 0 5 年学术年会论文集7 1 m ) 混凝土在龄期为r 时的绝缘温升，计算公式为：r m ) = T h ( 1 一e ”)( 5 )m 与浇筑温度有关的系数；2 6 。C 时取m
11、= 0 3 8 8c 曲5 ) 龄期为r i + 0 5 时的c n 值；z ( ，5 ) 龄期为r i + 0 5 时的x 值。在计算? ，时，r ，值取t ( r ) 最大值，即取在表面及冷却管散热情况下的水化热温升最大值。将龄期r从1 天开始逐天代入式( 3 ) 试算，则结果见表1 。通过表面及冷却管散热之后的水化热温升计算表表1r ( d )456T “。12 55 93 64 34 1 7 54 5 = 1 64 7 8 l巩( ：一1 )1 70 32 55 93 6 4 34 17 54 53 6 一 C d f r 。5J0 ，8 907 907 406 80 9 5O 8 5
12、07 70 5 5T ，( 。) ( )1 47 21 38 82 41 71 45 41 l4 386 7由表1 可以看0n 的极值为r 等于3 d 时的2 4 1 7 ，则T ，= 2 4 1 7 。C ；r = 3 d ；相应z 值为x = 0 7 2 ；c 。=00 7 ；C 。= 0 7 2 。将各项已知数代入式( 1 ) 得：r。=i!=!12：!i警+!=!：；jj二：!学+二；+29100 70100 707 2100 7072=493 ( )14 一一x 7 2。一一。一可知内外最大温差为L 一巩= 4 9 3 一2 9 = 2 0 3 2 5 6 C ，完全满足设计要求，说
13、明采取的温控措施从理论上是可行的。6 施工过程鉴于理论计算证明基于次浇筑采取的温控措施可行，我们随即展开施工，使用两台F Y l 0 0 0 型混凝土搅拌站( 标示产量4 5 0 h ) ，D S 0 、I ) 6 0 混凝土输送泵各一台，昼夜不间断施工，每层冷却水管网均在混凝土覆盖前通水降温，使用潜水泵供水，不间断通水1 5 d ，每2 h 监测一次测控点温度，直到整个承台完全冷却。整个承台浇筑过程持续8 2 h ，一次浇注成功，内外温差控制良好，未发现温度裂缝发生；赢得了时间，抢在洪峰到来之前完成施工；拆除了围堰，避免了经济与工期两方面的重大损失。7 测控温度与计算值的比较分析承台浇筑于8
14、 月1 日至8 月4 日完成，实测混凝土内部最高温度出现于8 月6 目凌晨，最高值为5 2 2 E ，内部平均最高温度为5 0 6 ，对应混凝土表面温度3 2 5 ，混凝土内外极限温差为1 9 7 ，平均温差1 8 1 。其中，内部平均最高温度与表面温度均略高于计算值，而温差小于计算值，分析其原因为承台四周有篷布遮挡，表面温度取值小了一点，但误差不大，且数据规律基本上与计算结果显示的温度变化规律相吻合，如浇筑后第2 、3 两天混凝土内部温度持续较高，而从第4 天开始，混凝土温度走低趋势较为明显。从理论计算和实际观测数据均显示，承台混凝土的内外温差小于设计极限，这也说明方案采取的温控措施得力，主
15、要是控制了水泥用量，减少水化热，并增加了一层冷却管网，而且冷却水温度控制较低，综合效果较好，从而保证了河心承台次快速挠筑取得了良好的质量水平。8 结语从新河大桥索塔承台的温控技术应用实例来看，温控技术施工工艺重点措施包括四个主要方面：首先要做好优化混凝土配合比设计，掺加粉煤灰降低水泥用量，选用低水化热水泥及其他措施，目的是从根本上减少水化热的产生；再就是采用科学施工工艺，利用片冰拌和、冷却管通水、表面做好保温措施等手段来吸收带温度控制技术在辩拉桥基础施工中的应用实例走水化热量、减少混凝土内外温差，减小温度应力，避免混凝土开裂；三是根据施工工艺进行细心准确的计算，关键是认真分析施工组织设计和工地实际情况，取值要准确；最后就是设置好温度监控系统，及时进行数据检测，与计算数据对比分析，发现问题技术采取措施。做好这四个方面的工作，大体积混凝土的温度控制就不难掌握。参考文献1 陈明宪斜拉桥建造技术人民交通出版社，2 0 0 3 年1 2 月2 孙大权公路3 7 - 程施工方法与实倒人民交通出版社，2 0 0 3 年1 月作者简介戚新龙山东省德州市公路管理局工程处高级工程师，电话：0 5 3 4 2 6 2 3 3 9 8传真：0 5 3 4 2 6 2 2 0 1 8 电子信箱：q i - x l r i
