内容发布更新时间 : 2024/10/2 16:26:15星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

S322桃花潭至甘棠公路改建工程

太平湖大桥承台施工温控验算报告

太平湖大桥施工监控项目组

二零一一年三月 S322桃花潭至甘棠公路改建工程太平湖大桥承台施工温控验算报告

一、项目概况

S322桃花潭至甘棠公路改建工程(以下简称本项目)位于宣州市泾县及黄山区甘棠镇境内，起点接泾县至沙溪公路，终点位于甘棠镇接S103。路线全长25.6603公里。

本桥为 (66+2x120+66) 变截面预应力混凝土连续刚构，上部结构采用挂篮悬臂浇筑施工。主跨跨中箱梁高度为3.0m，按2.0次抛物线变化至7.0m(至距主墩中心4m处主梁高度)。主桥箱梁在墩顶0#块处设置两道厚度为1.6m的横隔板，横隔板上设人孔，边跨端部设置厚度为1.4m的端横梁，其余部位均不设横隔板。箱梁顶板设2.0%的双向横坡，底板保持水平，采用纵、竖向预应力体系。

主桥下部结构2＃桥墩采用双肢薄壁预应力混凝土桥墩，钻孔灌注桩基础。桥墩横桥向宽4.5m，单肢纵桥向厚1.6m。桥墩内设JL32mm预应力精轧螺纹钢筋，其下的承台为圆形承台，直径12.0m，厚度3.5m，承台下设7根直径2.0m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。1、3＃桥墩采用箱形薄壁桥墩，钻孔灌注桩基础。桥墩横桥向宽4.5m，纵桥宽4.0m。其下的承台为矩形承台，长宽均为7.6m，厚度3.5m，承台下设4根直径2.0m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。

主墩拟采用滑模施工，1#、2#、3#墩高分别为24m、26m、25m。由于每个主墩承台为大体积混凝土，为解决水化热问题，采用分层浇筑，并建议设置循环水冷却。

二、施工温控的必要性

大体积混凝土浇筑量大，温度应力的变化是产生混凝土开裂的主要原因。混凝土浇筑后，由于水泥在水化凝结过程中，要散发大量的水化热，使混凝土温度升高，体积膨胀，直至达到最高温度，以后，随着水化热量的减少和混凝土内部热量向外部介质的散发，混凝土温度将由最高温度降至一个稳定温度或准稳定温度场。水泥的水化热大部分集中在混凝土浇筑后3～5天内产生，此时混凝土的变形模量小，还处于塑性阶段。混凝土吸收内部水泥的水化热，体积膨胀，在承台底部受桩基础约束，将出现较小的压应力。由于混凝土是热的不良导体，由最高温度降至稳定温度需要很长的时间。在这段时间内，混凝土的变形模量得到很大的增长。下部承台混凝土由于降温收缩，受基础约束，将会产生很大的拉应力。如果这个拉应力超过同龄期混凝土的极限抗拉强度，就会出现基础贯穿裂缝。在未受约束部位，如果混凝土的最高温度与外部介质的温差过大，内部温度较高的混凝土膨胀受外部温度较低混凝土的约束，在混凝土的表层将产生拉应力。同时如果这个拉应力超过同龄期混凝土的极限抗拉强度，混凝土将出现表面裂缝。如果养护不当，表面裂缝可能会进一步发展成深层裂缝。所以，

太平湖大桥施工监控项目组

- 1 -

S322桃花潭至甘棠公路改建工程太平湖大桥承台施工温控验算报告

在承台大体积混凝土施工过程中和施工完毕后15天内，对混凝土内外温度进行监控和温度应力控制是必要的。

三、计算依据和参数

混凝土浇筑后的温度与水泥的水化热温升、混凝土的浇筑温度和浇筑进度、外界气温、表面保护等多种因素有关。温度计算结果的准确性除了选择恰当的计算方法以 外，还有赖于与上述因素有关的基本条件和材质参数的正确选取。软件分析计算结果的准确性除了建立与实际相辅的模型外，还有赖于与上述因素 有关的基本条件和材质参数的正确选取。

3.1 混凝土性能

3.1.1 混凝土的配合比组成

（1）水泥

所用水泥的化学成分及水化热指标应满足有关规定，应避免使用早强、水化热较 高和C含量较高的水泥；要防止水泥细度过小，早期发热过快，不利于温控。当水泥温度大于60℃时，不允许进入水泥储料罐。同时应做到先入罐的水泥先用，以保证水泥有足够的降温时间。

（2）粉煤灰

粉煤灰应采用组分均匀和各项性能稳定的Ⅱ级及Ⅱ级以上优质粉煤灰，而且粉煤灰的烧失量应不大于8％，需水量比应小于100％，以降低用水量，其它各项指标应满足规范要求。

（3）化学外加剂

为提高混凝土耐久性和减少用水量，改善混凝土和易性，降低绝热温升，承台混凝土应掺加适量的高效缓凝减水剂。减水剂的减水率应大于20％，同时还应检查外加 剂的稳定性。

（4）骨料

工程应用的骨料应没有碱活性并具有较低的热胀系数。粗骨料级配为5～25mm级 配。细骨料为中砂，其它指标应符合有关规范。

太平湖大桥施工监控项目组

- 2 -

S322桃花潭至甘棠公路改建工程太平湖大桥承台施工温控验算报告

3.1.2 混凝土力学性能

（1）封底混凝土：封底混凝土采用 C20 混凝土，28 天强度为 f28=31.6MPa；查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为Ec=2.55×104MPa；泊松比：u=0.2；密度：?=2350kg/m3；

（2）承台混凝土：承台混凝土采用 C30 混凝土，28 天强度为 f28=40.3MPa；查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》知弹性模量为 Ec=3.0×104MPa；泊松比：u=0.2；密度：?=2370kg/m3。

3.1.3 混凝土热学性能

（1）导热系数及比热

参考《大体积混凝土温度应力与温度控制》第 2.4 节，在 20℃条件下，各原材料的热学性能见表 2.1。

表 2.1 原材料热学性能汇总表 材料名称 水泥 粉煤灰 4.446 0.456 砂 11.129 0.699 碎石 14.528 0.749 水 2.16 4.187 外加剂 2.16 4.187 导热系数?（kJ/(m·h·℃)） 4.446 比热 c （kJ/(kg·℃)） 0.456

根据上表按照重量百分比加权方法得出在 21℃条件下，封底混凝土、承台混凝土的热学性能参数见表 2.2

表 2.2 混凝土热学性能汇总表

材料名称 导热系数?（kJ/(m·h·℃)） 比热 c （kJ/(kg·℃)） 封底混凝土 11.14 0.92 承台混凝土 10.89 0.92

（2）热膨胀系数：а=1×10-5 （3）绝热温升

参考《大体积混凝土温度应力与温度控制》表 2-5-2 中查得普通硅酸盐水泥的水化热系数 Q0=330kJ/kg，根据水泥水化热计算得承台混凝土的绝热温升计算公式如下：

?0=Q0（W+kF）/c/? 式中，?0—水泥绝热温升， Q0—水泥水化热， W—水泥用量，

k—折减系数，对于粉煤灰取 0.25， F—混合料用量，

太平湖大桥施工监控项目组

- 3 -

S322桃花潭至甘棠公路改建工程太平湖大桥承台施工温控验算报告

C—混凝土比热， ?—混凝土密度，

利用上式计算出承台混凝土绝热温升为 47.2℃。

3.2 施工条件

根据总体工期的总体安排，3#承台在1月份进行施工，在1月份的平均温度为 -3℃。

混凝土浇筑温度：按比浇注时的气温 T 高 4℃进行控制，即 T+4，模型中取值1℃。

承台采取二次性浇注，浇注高度为3.5m。

3.3 边界条件

计算承台温度时，取以下边界条件：

考虑到如果将承台底桩基的支撑条件使用弹簧模拟，则无法模拟承台底传递桩基承台热量的过程，故采用封底混凝土模拟底部传热过程，其厚取为 0.5m，标号 C20 混凝土，赋予相应的比热和热传导率，这样才能正确反应承台混凝土的水化热传播过程。取封底混凝土底面和周边温度等于环境温度。

3.4 计算要点

承台混凝土的体积变形，主要来自混凝土的水化热温升，混凝土在硬化过程中使混凝土块温度升高，又在环境温度作用下逐渐下降，直至达到稳定。由于混凝土导温系数小，又受边界条件的影响，相对于初始温度，在大体积混凝土内部各点的温度不同，存在整体降温及非线性温度场，既受外部约束又有内部约束，因而产生温度应力。这个温度应力一旦超出同龄期混凝土的抗拉强度，将导致温度裂缝。

为了更清楚地了解承台混凝土水化热对结构产生的影响，本报告进行了3#承台在设置循环水冷却和未设置循环水冷却环境下混凝土水化热产生的温度和应力对比分析。

（1）计算模型

太平湖大桥施工监控项目组

- 4 -