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某项目湖区大桥主塔承台设计设计尺寸为44.8×27.8×7m,混凝土方量达到8184m³,大体积混凝土施工具有水化热大的特点,容易导致混凝土开裂的情况,为避免混凝土开裂,更好控制承台施工质量,项目部基于传统的大体积混凝土施工工艺,采用全蓄水温控施工方法。
(1)大体积混凝土配合比优化
在进行承台大体积混凝土温控设计的同时,对不同原材料进行了检测,按不同原材料的组合进行了大量的试配,从原材料供应、混凝土工作性能、混凝土强度指标以及大体积混凝土温控等方面进行反复对比、优化,最终确定承台混凝土设计配合比
(2)降低混凝土入模温度
施工时要求粉料、外加剂、水计量偏差不大于1.0%,粗细集料计量偏差不大于1.5%,混凝土拌合物入模温度不大于26℃。为保证计量精度和出机温度,采取以下措施:
采用中联重科的HZS120型搅拌双楼,国内领先的建筑机械制造商,计量系统精准度世界领先,满足施工需要。
在拌和站设置大功率冷水机一台,对骨料进行冷却降温,并为混凝土拌合生产冰水,确保在大体积混凝土浇筑入模温度控制在26℃以下。
拌和冰水图
配置8个粉料罐,与厂家沟通,要求存放3个月的水泥,并加强对水泥的温度检测。砂石料场采用钢结构顶棚覆盖,防雨防晒,既能降温,又能保证含水量稳定。
混凝土运输采用搅拌运输车,在罐体外部和浇筑现场的砼输送泵管包裹隔热棉,并定时喷淋冷却水。
(3)循环冷却水系统制作及安装
本工法冷却水循环系统由蓄水箱、冷却水、水泵(抽吸循环)、内埋冷却水管(热媒载体,由主管、支管及连接管)组成。
大桥主桥35#墩、36#墩承台分四层浇筑施工,第一层浇筑厚度为1.5m,第二层浇筑厚度为2m,第三层浇筑厚度为1.5m,第四层浇筑厚度为2m,两层之间施工间歇不超过7天,每层分两次浇筑,并在初凝时间范围内浇筑。
冷却管布置形式如下图所示,混凝土内设置Φ50×2.5mm的冷却水管降温,水管的水平间距为1m,每层混凝土布置一层冷却水管,共布置四层。
冷却水管施工图
(4)埋设温控元件
大体积混凝土施工前,应预先进行温度的测点布置。温度监测点的布置,以真实地反映出混凝土块体的里外温差、降温速率及环境温度为原则。一般原则是:要兼顾到混凝土结构层的中心位置、边缘位置及其易透风的位置,也要能测试到混凝土的入模温度、外表面温度、底表面温度和环境温度;同时要提高测量效率,考虑结构的对称性,在对称的位置不布置或少布置温控测点;除在混凝土中埋入传感器监测温度外,还要监测气温、冷却水管的进出口水温、蓄水箱温度、养护水温度以及混凝土表面温度。承台温控元件布设图如下:
承台温控元件埋设位置图
采用是JMT-36C型温度传感器,JMT-36C温度传感器是一种电阻类温度传感器。适用于各种场合的温度监测,适应长期监测和自动化测量。该产品具有高精度、高稳定性,高可靠性,灵敏度可精确到0.1℃,防潮及绝缘等优良性能,可广泛用于石油、化工、能源、交通、铁路、建筑等行业中的温度测量。
(5)全蓄水温控
承台每一层砼浇筑完毕,及时对承台表面进行保湿保温。每层混凝土顶面待混凝土终凝后应进行蓄水养护,蓄水深度根据砼温度实时调整,表面保湿养护至14d,地面以下宜尽早回填;以满足内表温差要求,且拆模时间应选择一天中较高温度的时刻。
承台混凝土施工季节为冬季,环境温度比较低,施工过程中,需要根据混凝土温度场计算和实际监测结果,合理设置表面蓄水层厚度。
在尽量减少混凝土内部温升的前提下,大体积混凝土的养护是一项关键且重要的工作,必须切实做好。养护主要是保持适宜的温度及湿度条件,混凝土的保温措施常常也起保湿的效果,因此兼有两方面的作用。从温度应力的观点出发,保温的目的有两个:其一是减少混凝土表面的热扩散,减少混凝土表面的温度梯度,防止产生表面裂缝:其二是延长散热时间、充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性,使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,防止产生贯穿性裂缝。全蓄水温控的作用是:首先是混凝土的防止冻害作用,再加之刚浇筑不久的混凝土,尚处于凝固硬化阶段,应有适宜的水化速度,适宜的保温条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝;其次混凝土的保温可增加混凝土的早期结构的形成,以尽快达到混凝土的抗冻临界强度,以免混凝土受冻害,尽快地提高混凝土极限拉伸和抗拉强度,并使早期抗拉能力很快上升。
因后续施工作业需要,必须将蓄水排除时,应根据测试信息在确保温度与温度应力不超过控制指标的条件下进行,而且只宜局部进行,完工后及时蓄水。必须在混凝土内外平均温差不大于10℃时,才能撤消蓄水措施。
全蓄水温控图
(6)通水循环温控
在每层冷却水管的每个管路进行单独编号,设置独立的开关、流量计或水表,以便于开关冷却水、调整流量。在混凝土升温阶段,直接通自然温度的江水,通过“外循环”系统尽快带走热量,削减温度峰值;在降温阶段,根据实时降温速率,通过较少冷却水进水流量、或进入“内循环”系统,来控制降温速率,使承台内部缓慢均速降温。
流量计控制流量图
通水策略为:混凝土入模后的升温阶段通江水,流量取1.5m3/h;降温阶段进水流量减半,并进行冷却水循环,以控制降温速率。温控过程中,根据冷却水进水温度、以及承台内部温度场监测情况,对流量或进水温度作相应调整。
承台浇筑后,如因特殊原因,出现冷却水管不能及时通水或中断后再通水的情况,为避免冷却水突然对内部混凝土造成冷击,冷却水与混凝土内部的温差不超过25℃。
一般情况下,在混凝土内部最高温度与当时环境最低气温之间的温差不大于20℃即可停止通冷却水,避免将承台内部温度降得过低,减小后期的温度收缩应力。
(7)仪器监测,实时温控
本项目测温系统选用的是实时测量的测温系统。该系统由长沙金码测控科技股份有限公司生产的JMWT-64型温度采集模块,并用计算机端监测软件实时采集、记录数据。计算机软件通过对数据适配器的控制和收发数据,能控制各个现场数据采集器的运行,并采集各个现场数据采集器的测量数据,然后进行汇总、处理,储存到数据库中,并能动态地实时显示到屏幕图形曲线中,软件可以打印出图形及报表等。
温度采集模块图
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