高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术

２０１１年４月　高速铁路技术　Ｎｏ．２，Ｖｏ１．２　Ａｐｒ．２０１１　第２卷第２期　ＨＩＧＨ　ＳＰＥＥＤ　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　文章编号：１６７４—８２４７（２０１　１）Ｏ２—００５５—０４　高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术　刘传鹏　（中铁十四局集团有限公司，　济南２５００００）　摘要：如何控制混凝土水化热导致的结构物内外温差，防止出现温度应力引起的温度裂缝是大体积承台混　凝土施工的关键技术难题。结合广深港铁路客运专线沙湾水道特大桥，详细阐述了大体积混凝土温度控制　理论计算、施工控制技术及温控结果，为解决高速铁道承台大体积混凝土施工难题积累新的技术资料。　关键词：高速铁路；大体积混凝土；承台；施工　中图分类号：ＴＵ７５５．６　７　文献标识码：Ｂ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　ＬＩＵ　Ｃｈｕａｎ－ｐｅｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｈｉｓｉｊｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｎａｎ　２５００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ａｎｄ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｈｅａｔ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｌａｗｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｓ　ａ　ｔｈｏｒｎｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｂｅａｒ—　ｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗｏｒｋｓ．Ｔａｋｉｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ—Ｓｈｅｎｚｈｅｎ—Ｈｏｎｇｋｏｎｇ　ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｄｅｄｉｃａｔｅｄ　ｌｉｎｅ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　＿　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｕｚｚｌｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ・・ｓｃａｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｐｌａｔ－－　ｆｏｒｍ　ｏｎ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ；ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ；ｂｅａｒｒｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　１　工程概况　广深港铁路客运专线ＺＨ一１标沙湾水道特大桥５　号～９号墩跨紫坭河设计为（１０４＋２×１６８＋１１２）ｍ连　续刚构，１２号～１号井墩跨沙湾水道设计为（１ｌ２＋２　×１６８＋１０４）ｍ连续刚构。线路采用无砟轨道，设计　时速３５０　ｋｍ。其中６号、７号、１４号主墩基础均采用　１２根直径为２５０　ｃＩｎ钻孑Ｌ桩，承台设计为低桩承台，尺　寸为２３．５　ｍ　ｘ　１７　Ｉｌｌ×５　ｍ，混凝土量为１　９９７．５　ｍ　。　降低温度梯度，是保证大体积混凝土不产生裂缝的根　本。水管冷却是控制大体积混凝土温度的重要方法，　即在混凝土内埋设金属管，通水冷却。承台一次浇注　完成，混凝土浇注后相应龄期水化热产生的平均内部　温度Ｑ　：　Ｑ　＝＝［８　ｎ　ｓ　ｉｎ／￣／ｍ／１　、／，ｚ——１］ｅ—ｎ１ｘ——　ｆ、／，７／，ｚｃ。ｓｚ／ｎ　＿ｃｍ２￣２／４１２　主桥承台属大体积混凝土施工。　２大体积混凝土温度控制理论计算　２．１　混凝土浇注后相应龄期水化热产生的平均内部　温度　Ｑ。　＝ＷＯ。／ｃｐ　（１）　式中：　——每方水泥用量；　０。——最终水化热；　ｃ——混凝土质量热量；　ｐ——混凝土的密度；　由于水泥的水化热作用，混凝土浇筑后要经历升　温期、降温期和温度稳定期３个阶段，控制温差，尽量　收稿日期：２０１１　４３２—１５　混凝土板厚度；　ｍ——水泥的水化热散发系数。　作者简介：刘传鹏（１９７６一），男，工程师。　计算得到Ｑ　的范围为２５．８～２９．６６￣（２，浇筑第１１　ｄ后即开始降温，最大温升３．２７￣Ｃ／ｄ，在浇筑完成后前　第２期　刘传鹏：高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术　２０１１年４月　５　ｄ温升较大。实际上现场施工时的气温和混凝土浇　注时的入模温度有一差值，混凝土绝热温升在不断产　温差变化是保证不产生裂缝的根本。一般规定将非均　生的同时也在不断的向外散热，这两种因素用傅里叶　准数Ｆ０、相应龄期表面散热系数Ｅ２和底部混凝土残　留系数Ｅ１进行修正，修正后温升范围为１．１８６～　８．７９４￣Ｃ／ｄ，浇筑８　ｄ后即开始降温，最大温升　８．７９４ｃＣＩ／ｄ，在浇筑完成后前第２～４　ｄ温升较大。　２．２温度应力验算　温度应力计算中，首先需算出总降温差，若以水化　匀温差应控制在２５￣Ｃ内。施工中主要从降低水泥水　化热、降低混凝土人模温度、降低混凝土内部温度——　通水散热、保持混凝土表面温度、严格控制拆模时间等　方面做好混凝土温度控制工作，尽量降低混凝土内部　温度的升降速率，确保内外温差控制在２５￣Ｃ以内。　３．１　采用降温管降低混凝土内部温度　采用４，５０镀锌管材，经过计算单根管水流流量按　３　ｎｌ　／ｈ控制。混凝土内部温度和水温差控制求在　２０℃～２５ｑＣ之间。按承台温度应力场特征，水平布置　散热管，主墩承台各设４层，每层设ｌ５道测温管，上下　层距底面和表面均为１．０　ｍ；采用６２５．４的钢管，散热　热最高温升与基础最终稳定温度之差作为总降温差，　计算偏于安全。由于承台施工在１２０～１８０　ｄ内，环境　温度均处于上升阶段，此差值较以水化热最高温升与　基础最终稳定温度之差值小３～５℃。自浇注后８　ｄ混　凝土内部绝热温升最高为２４．２８℃，３０　ｄ后内部绝热　温升最高为１３．５５℃，则中心部位３０　ｄ内总降温差为　２４．２８—１３．５５℃＝１０．６３ｑＣ。　管进出水口均露出承台侧面２０　ｏｍ；同一层散热管的　进水口连接在一根总管上，各设阀门，用１台２５—１２０　型离心式水泵，单根管水流流量按３　ｉｎ　／ｈ控制，出水　口汇于同一水箱内；为便于控制温度，分别设３个６　ｍ　的水箱供水；在降热过程中，若通过测温管实测混凝土　（１）承台混凝土３０　ｄ内当量温差。任意时间收缩　Ｓ（ｔ）＝３．２４×１０一　Ｘ　Ｍ１　Ｘ　Ｍ２　Ｘ　Ｍ３——　×（１一ｅ一　０．０１ｔ），式中：　。、　、　、　为混凝土材料组成对于　混凝土极限收缩与徐变的修正参数分别取１．１，１．１３，　１．０，１．０，则收缩当量温差Ｔ　＝ｓ（　）／　，　为混凝土　线胀系数，分别计算３０　ｄ、２７　ｄ、２４　ｄ、２１　ｄ、１８　ｄ、１５　ｄ、　内部温度与测量进水口水温差别大于２５℃时，应调整　水温，若水温比混凝土内部温度低的多，则加热进水。　散热管采用耐腐蚀的镀锌钢管，与钢筋一起绑扎。在　使用前要求通水进行密闭性试验，防止管道在焊接接　头位置处漏水或阻塞。通水散热后对散热管作压浆　处理。　＿　ｄ，（９２　）ｄ总温，６　ｄ，差３　ｄ弓　／（１一　为提供可靠的数据控制｝昆凝土内外温差，考虑承　）］∑［１一Ｉ／（ｃｏｓｈ＃ｌ／２）］Ｅ　（ｔ）ＡＴ￣　（ｔ，　），卢＝　ｆｃＪＨＥ（ｔ），计算得到３０　ｄ混凝土总应力为　０．９　ＭＰａ，安全系数为１．７／０．９＝１．８９，由此得出在　台平面对称性，在承台平面１／４位置及对角线上布置　温度应变片，用温度显示仪采集数据，测点布置与编号　如图１所示。采集的数据主要包括不同施工时段的人　模温度、每个温度应变片处混凝土不同龄期温度、草袋　内温度、外界气温、散热管进出水温度。综合考虑混凝　土的入模温度、混凝土水化热的发展变化规律、养护条　件、通水散热等因素，确定混凝土的温控标准为：混凝　土的内表温差不超过２５℃，拆模时内外温差小于　２５℃，最大降温速率要小于２．Ｏ￣Ｃ／ｄ。　３０　ｄ内随着温度变化产生的温度应力不会导致开裂。　３大体积混凝土温度施工控制技术　水泥水化热产生较大的温度变化及收缩作用，是　导致大体积混凝土出现裂缝的主要原因，合理的控制　：４６５＼＼．　●　４８０　。　ｏ　。　。　ｏ　。　ｒ　●　．／４８０　’０　０　ｏ　１　２７５　＼　●　０　●　●　ｏ　。　０　Ｘ．１．　Ｘ一　ｏ　ｏ　。　测温管　。　。●　—　。　ｒ　●　●　。　ｏＸ一３・　。　Ｘ一５・。　。　０　－　●　●。　●　●　应变计＿Ｘ．４．　｛　１０（　冷却水管￣５０　ｍｉｌｌ，ｇ＝３　ｍ／　Ｏ０１５Ｏ×ｌＯ　（ｂ）平面布置　图１　主墩测点布置与编号图（单位：ｒｌｌｍ）　第２期　刘传鹏：高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术　３．２通过混凝土配合比设计降低水泥水化热　析现象，避免钢筋的污染；因承台的面积较大，表面收　光需要的时间较长，将混凝土的结束时间控制在下午　１６：００以后，以免表面的的水分散发较快，产生收缩裂　水泥选用山东铝业公司Ｐ．０３２．５Ｒ低碱普硅水　泥，水泥中严格控制铝酸三钙含量小于６％，碱含量小　于０．６％。骨料选用连续级配石子，细骨料选用中砂，　施工中严格控制粗细骨料的含泥量小于１．５％，以提　高混凝土的均匀性，增加抗裂能力。混凝土中掺人复　纹；混凝土浇筑前用一层毛毡外加两层草袋将侧面模　板覆盖，降低混凝土的内外温差，并在最后一层混凝土　终凝前即用一层毛毡外加两层草袋覆盖，在草袋表面　洒水保湿，使表面覆盖层始终处于湿润状态，但不使草　袋处于饱水状态，以免失去保温作用；根据测量的混凝　合多功能超细粉（Ａ粉），以保证混凝土的自密实，且　不产生泌水和离析。经过多次试配，混凝土采用配合　比如表１所示，性能要求如表２所示。混凝土掺入了　１．９％的ＮＯＦ一２Ａ型高效缓凝减水剂，延长了混凝土　缓凝时间，改善混凝土的和易性，同时减少了拌和用水　量，降低了水灰比，降低了水化热，起到了明显降低水　化热的作用，还推迟了浇筑最高温度峰值出现的时间。　表１　Ｃ３０混凝土配合比表ｆ每ｍ　用量）　水泥　超细粉　砂子　碎石　水　ＮＯＦ～２Ａ缓凝　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　减水剂（ｋｇ）　２９１　９７　７５５　ｌ　ｌ３２　１５５　７．３７２　表２混凝土主要－眭能指标表　坍落度　初凝时间　终凝ｕ，ｉｌ＇开］　７　ｄ抗压强　２８　ｄ抗压　５６　ｄ导电　（ｅｍ）　（ｈ）　（ｈ）　度（ＭＰａ）　强度（ＭＰａ）　量（Ｃ）　１４～１８　１６　２０　３１．５　４１．６　６４５．７　３．３材料预降温　了解每天、周、旬的气象资料，将承台施工避开阴　雨、大风等恶劣天气，选择一天气温度较低的时问开始　施工，利用冰水混合物搅拌？昆凝土，降低混凝土的人模　温度，在浇筑过程中，根据现场实际情况采取控制水温　（加冰块、吹风散热等）、加快水循环、覆盖集料、模板　防晒等措施进行混凝土温度控制。　３．４混凝土施工　为避免施工缝造成混凝土腐蚀介质的侵入和处理　钢筋接头工程量，利于钢筋施工质量控制；提高混凝土　耐久性，提高因桩基约束对混凝土造成不利影响的抵　抗力，降低因混凝土收缩徐变出现裂缝的几率，混凝土　的浇筑采用泵送一次性浇筑施工。施工中采用２台布　料杆分２个区进行，保证混凝土均匀人模到位。每区　按一定的厚度、顺序和方向分层进行浇筑，每层的浇筑　厚度不大于５０　１３１３１，相邻两区的交界处注意振捣，防止　出现漏振。混凝土的浇筑顺序为自墩身预留钢筋位置　向外浇筑，浇筑时要防止承台边部浮浆太多，造成表面　收缩裂缝；不断调整水灰比，尽量使混凝土的坍落度均　匀一致，保证其和易性；在模板的一侧设置了预留孔，　随时将泌水及浮浆排出，提高混凝土的密实性；采用不　同长度直径为２００　ｍｍ的钢管作为导管将混凝土送入　模板内部，保证混凝土下落高度小于１．５　ｒｎ，不产生离　土内部温度与外界气温的差值来决定拆模时间，若两　者温差大于２５￣Ｃ，则不能拆模，继续通水散热；直至外　界气温与混凝土内部温差小于２５℃时才可拆模。　４大体积混凝土施工的温控结果　混凝土温度采集内容主要包括混凝土人模温度，　每个温度应变片处的混凝土内部温度，草袋内温度，草　袋外温度（即外界气温），散热管及散热筒进出水温　度。根据测量收集的数据对混凝土总体温度变化过程　分析得到：混凝土人模１２　ｈ内升温迅速，温升接近　２５￣Ｃ，３　ｄ后内部最高温度达到６２℃的峰值（与理论计　算的基本相符），随后温度开始下降，下降梯度为　至拆模，：　共通水散热　。１８梯ｄ　拆模时外界气温　，２４注％　口　承啊　台中心处最高温度为４５．２８￣Ｃ，距离承台外边缘０．５　ｍ　处的测点的平均温度为３１．０１℃，拆模时满足内外温　差小于２５￣Ｃ要求。温度沿高度方向上，在承台中心偏　下位置温度最高，沿此点向两边逐渐降低，在距离顶面　１　ｍ范围内温度梯度最大，底面由于封底混凝土的保　温效果好，温度下降较慢。沿水平方向，从承台中心到　边缘，温度逐渐下降，典型测试结果如图２和图３所　示。草袋保温效果测试结果如表３所示，冷却水管的　降温效果如表４所示，一层毛毡和两层草袋起到了良　好的保温效果，保温一般在８￣Ｃ左右，减少了内表温　差；进出水温的差值平均在５．８　，取得了较好的降温　效果。　图２　同一竖直面上不同高度温度场的分布图　第２期　刘传鹏：高速铁路桥梁承台大体积混凝土施工控制关键技术　２０１１年４月　５　结语　该大承台大体积混凝土，一次浇筑施工厚度达　５　ｍ，混凝土多达１　９９７．５　ｍ　，施工中采取“内降外保”　温控技术，降低混凝土拌和料的入模温度，降低水泥水　化热，对承台混凝土外表面进行蓄热保温，以减少混凝　土表面的散热，从而减小混凝土表面和中心的温差，很　好地解决了大体积混凝土的一次性浇注温控问题。通　过３个大体积承台的施工，收集了大量的温控数据，基　图３承台对角线第３层各点时间一温度曲线图　本掌握了大体积混凝土内部温度分布和变化规律。所　有混凝土一次浇注成功，承台大体积混凝土外观质量　良好，外美内实，完工后２年没有发现任何温度裂缝，　表３　草袋保温效果测试结果表　日期　０５一ｌ２　０５—１３　０５—１４　０５—１５　０５—１７　测量时间　草袋内空气温度　草袋外温度　ｒ℃１　（ｏＣ）　２１：４０　８：３０　４：４０　６：００　３：１５　温差　（ｏＣ）　８．０　７．５　７．８　８．３　７．５　２５．Ｏ　３１．５　３２．８　３３．６　２４．５　１７．Ｏ　２４．０　２５．０　２５．３　１７．０　表明该大体积混凝土施工是成功的，可供同类工程施　工参考。　参考文献：　［１］段寅，向正林．大体积混凝土水管冷却热流耦合算法与等效算法　对比分析［Ｊ］．武汉大学学报（工学版），２０１０（６）：７０３—７０７．　表４散热管进出水温温度测量结果表　日期　０５—１４　［２］　黎生南．桥墩承台大体积混凝土抗裂计算与温度控制［Ｊ］．武汉理　工大学学报，２００９（２４）：６３—６５．　６．８　５．６　６．０　６．４　５．２　５．４　５．２　时间　７：ｌＯ　ｌ０：ｌ０　１７：１０　８：００　进水温度（℃）　出水温度（ｏＣ）　差值（℃）　３０．８　３１．１　３３．１　３１．０　３２　４　３２．８　３５．５　３７．６　３６．７　３９．１　３６．４　３７．６　３８．２　４０．７　［３］万惠文，谢春磊，徐文冰，等．大体积高强混凝土承台的温度控制　与监测分析［Ｊ］．混凝土，２００８（９）：１０４—１０７．　［４］　王海林．七里河大桥主墩承台大体积混凝土的施工控制［Ｊ］．交通　标准化，２００６（９）：２１—２６．　［５］　王军亮，袁春光，刁波．浅论大体积混凝土施工要点［Ｊ］．山东交通　科技，２００１（４）：３２—３６．　０５—１５　１０：４５　１４：１５　１７：３０　（上接第３０页）　３．３施工注意事项　（１）基层处理时一定要注意对混凝土表面的清洁　和裂纹缺陷的修补。若基层表面的浮浆、粉尘、油污、　杂物等没有清理干净，会造成涂层与基层粘结不牢，严　重时甚至会出现大面积的脱落。基层表面有缝隙、空　（５）底涂、腻子、聚脲和脂肪族面层等都是Ａ、Ｂ组　分材料，作业时一定要严格控制材料配比并混合均匀，　避免因比例不当造成产品质量不满足技术要求。　（６）聚脲喷涂作业时应严格保证基层温度应高于　露点温度３　ｏＣ以上，防止形成层间水膜，导致脱层或者　鼓包。　洞时，应认真用灌注砂浆或修补腻子等进行修补，如果　在缺陷存在的情况下施工，裂纹、空洞会在应力集中的　４　结语　作为防水、防腐、抗磨等保护性涂层，聚脲防水层　的工程质量主要决定于２个方面：一是涂料自身是否　正常反应成膜；二是涂料与基层的粘合力。大部分情　况下，影响工程质量的主要原因是后者，即与基层粘结　不牢，局部鼓包、发黏、分层或大面积脱落等，选择合适　的修补腻子、底涂材料，熟练的作业工人和成熟的施工　工艺都十分重要。在施工过程中必须加强对原材料和　施工过程的检验控制，确保防水层施工质量。　情况下扩大，造成涂膜的扩张，严重时将涂膜拉断，直　接失去防水作用。　（２）抛丸时要严格控制粗糙度。粗糙度过小会导　致粘结力不够，而粗糙度过大会带来大量的底涂和修　复工作量，也不利于粘结强度。　（３）加强对底涂材料、修补腻子的质量检测，各种　材料应具有良好的相容性，可以相互渗透。底涂材料　必须确保能渗入梁面基层，增强与基层的粘结性能。　（４）底涂、腻子施工要加强过程控制，达到实干状　态后再进行下道工序，防止出现鼓包等质量缺陷。若　参考文献：　［１］科技基［２００９］１１７号，客运专线铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防　水层暂行技术条件［ｓ］．　［２］ＧＢ／Ｔ　２３４４６／２００９，喷涂了聚脲防水涂料［ｓ］．　施工完毕后发现有针眼、鼓包等缺陷，应及时修补，符　合要求后才能进行下道工序，防止喷涂聚脲后造成质　量缺陷。　［３］京沪高速（工）［２００９］１５２号，京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂　聚脲防水层暂行技术条件［Ｓ］．