索塔大体积混凝土温控方案

索塔承台大体积混凝土温控方案
目录
1概述 (1)
2.温度应力仿真计算 (1)
2.1气象资料 (1)
2.2设计资料 (1)
2.3承台仿真计算 (2)
2.4下塔柱实心段仿真计算 (6)
3.温控标准 (8)
4.现场温度控制措施 (9)
4.1混凝土配制 (9)
4.2混凝土浇筑温度的控制 (9)
4.3冷却水管的埋设及控制 (10)
4.4内外温差控制 (11)
4.5施工控制 (11)
5.现场监控 (12)
5.1监测仪器及元件 (13)
5.2现场监测 (13)
5.3现场监测异常的应对措施 (15)
1概述
XX大桥B标段索塔大体积混凝土包括承台及系梁、下塔柱实心段。

索塔承台为哑铃型，其平面尺寸为54.25m×21.4m，承台厚度为8.0m，其中系梁部分平面尺寸为11.45m×10.0m，混凝土标号为C40，拟分三次浇筑成型，浇筑高度分别为3.0m+2.5m+2.5m。

下塔柱实心段为圆台形，平面尺寸为7.5m×7.5m，高为3.0m，混凝土标号为C55，拟采用一次浇筑成型。

为防止构件产生裂缝而影响桥梁使用寿命，需对大体积混凝土结构进行合理的温控设计与控制，以保证混凝土使用寿命和运行安全。

XX公司对该承台大体积混凝土进行了温控方案设计，应用《大体积混凝土施工期温度场及仿真应力场分析程序包》计算了索塔承台和下塔柱实心段混凝土的内部温度场及仿真应力场，并根据计算结果制定了控制有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。

2.温度应力仿真计算
2.1气象资料
桥址地处云南腾冲地区，该地属热带季风气候，年平均气温14.8℃，极端最高气温30.5℃，极端最低气温-4.2℃，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。

1996~2012年间各月份气候统计资料见图2-1。

图2-1 腾冲地区气候统计图
2.2设计资料
索塔承台混凝土设计强度等级为C40，塔柱设计强度等级为C55。

其中C40混凝土配合比设计见表2-1。

表2-1 C40承台混凝土配合比（kg/m 3）
C40承台、 C55塔柱混凝土劈裂抗拉强度参考值按经验取值，见表2-2；物理热学参数根据配合比进行计算并参考经验值，见表2-3。

表2-2 C40承台、 C55塔柱混凝土劈裂抗拉强度参考值(MPa)
表2-3 C40承台、 C55塔柱混凝土物理热学参数
计算时考虑徐变对混凝土应力的影响，混凝土的徐变取值按经验数值模型，如下式所示：
)1)(70.11()1)(20.91(),()(005.045.02)(30.045.01τττττ-------++-+=t t e C e C t C
式中：C 1＝0.23/E 2，C 2＝0.52/E 2，E 2为最终弹模。

2.3承台仿真计算
2.3.1模型参数
★ 索塔承台为哑铃型，其平面尺寸为54.25m×21.4m ，承台厚度为8.0m ，其中系梁部
分平面尺寸为11.45m×10.0m ，混凝土拟分三次浇筑成型，浇筑高度分别为3m+2.5m+2.5m ，系梁部分设后浇带。

根据结构对称性，取索塔承台混凝土1/4（单次浇筑1/2）进行温度应力计算，计算模型网格剖分图见图2-2。

★ 承台C40混凝土受C30封底混凝土及16根桩基约束。

★参考气候资料，风速按≥4.0m/s考虑。

★采用钢模板施工，其侧面等效表面放热系数为1840.0 kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散热系数为1973.5 kJ/(m2·d·℃)。

★计算时考虑冷却水管的降温效果，冷却水管布置见设计文件。

★温度及温度应力计算从混凝土浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。

图2-2 索塔承台1/4（单次浇筑1/2）网格剖分图(附带封底混凝土约束)
2.3.2计算结果
索塔承台混凝土浇筑温度设定为不大于28℃。

在以上设定条件下，索塔承台第一层内部最高温度计算值为68.8℃，第二层内部最高温度计算值为67.2℃，第三层内部最高温度计算值为67.2℃，温峰出现时间约为浇筑后第2~3天。

索塔承台内部最高温度包络图见图2-3，温度应力场分布见图2-4，应力计算结果见表2-4。

图2-3 索塔承台最高温度包络图（单位：℃）
A1：承台第一层混凝土3天应力场B1：承台第一层混凝土7天应力场
C1：承台第一层混凝土28天应力场D1：承台第一层混凝土温度稳定后应力场
A2：承台第二层混凝土3天应力场B2：承台第二层混凝土7天应力场
C2：承台第二层混凝土28天应力场D2：承台第二层混凝土温度稳定后应力场
A3：承台第三层混凝土3天应力场B3：承台第三层混凝土7天应力场
C3：承台第三层混凝土28天应力场D3：承台第三层混凝土温度稳定后应力场
图2-4 索塔承台应力场分布图（单位：0.01MPa）
表2-4 索塔承台温度应力场结果
龄期3d 7d 28d 半年第一层温度应力（MPa） 1.22 1.47 2.52 2.45 第二层温度应力（MPa） 1.17 1.37 2.05 2.03 第三层温度应力（MPa） 1.11 1.23 1.42 1.41 最小安全系数 1.48 1.90 1.55 1.71
从图2-3可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，应优化中间部位水管布置、加强内部通冷却水，注意表面保温。

由图2-4和表2-4可以看出，受浇筑层较厚且封底混凝土约束较大影响，承台第一层早期(3d)应力发展较快，集中于上表面外围；7d后有部分应力向承台内部转移并快速发展至稳定水平。

承台第二层、第三层早期(3d)应力较大，集中于上表面及侧面；7d后表面应力部分向承台内部转移，内部应力有一定发展，但后期应力整体水平不高。

根据温度应力计算结果，对不同部位、不同龄期、不同抗开裂能力的混凝土采取不同的温控要求。

承台各龄期最小抗裂安全系数为1.48，安全系数较高(≥1.4)，抗开裂能力较强，需根据工况采取普通温控措施，严格控制内表温差，做好表面保温保湿养护工作，以避免索塔承台混凝土出现干缩裂缝及有害温度裂缝。

2.4下塔柱实心段仿真计算
2.4.1模型参数
★下塔柱实心段为圆台形，平面尺寸为7.5m×7.5m，高为3.0m，拟一次浇筑成型。

根据结构对称性，取下塔柱实心段混凝土1/4进行温度应力计算，计算模型网格剖分图见图2-5。

★下塔柱实心段C55混凝土受承台C40混凝土约束。

★参考气候资料，风速按≥4.0m/s考虑。

★采用钢模板施工，其侧面等效表面放热系数为1840.0 kJ/(m2·d·℃)，混凝土上表面散热系数为1973.5 kJ/(m2·d·℃)。

★计算时考虑冷却水管的降温效果，冷却水管布置见设计文件。

★温度及温度应力计算从混凝土浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。

图2-5 下塔柱实心段1/4网格剖分图(附带承台混凝土约束)
2.4.2计算结果
下塔柱实心段浇筑温度设定为不大于28℃。

在以上设定条件下，下塔柱实心段内部最高温度计算值为72.5℃，温峰出现时间约为浇筑后第2~3天。

下塔柱实心段内部最高温度包络图见图2-6，温度应力场分布见图2-7，应力计算结果见表2-5。

图2-6 下塔柱实心段最高温度包络图（单位：℃）
A：3天应力场B：7天应力场
C：28天应力场D：温度稳定后应力场
图2-7 下塔柱实心段应力场分布图（单位：0.01MPa）
表2-5 下塔柱实心段温度应力场结果
从图2-6可以看出混凝土内部温度较高、散热较慢，应优化中间部位水管布置、做好内部通冷却水，同时注意表面保温。

由图2-7和表2-5可看出，下塔柱实心段早期(3d)温度应力主要集中于表面，7d后最大应力出现部位向实心段内部转移，表面拉应力逐渐减小，内部拉应力逐渐发展增大，并向塔柱实心段底部发展，在塔柱与承台交界处存在应力集中。

根据温度应力计算结果，对不同部位、不同龄期、不同抗开裂能力的混凝土采取不同的温控要求：○1下塔柱实心段3d最小抗裂安全系数仅为1.33，安全系数较低(＜1.4)，抗开裂能力不足，早龄期需采取较严格的温控措施，保持冷却水的正常、大流量运转，加强其上表面及侧面的保温保湿养护，必要时可采取一定的防裂附加措施；○2后期安全系数较高(≥1.4)，抗开裂能力较强，但塔柱与承台交界处出现应力集中，需做好该部位的表面保温保湿养护工作，，严格控制内表温差。

另可缩短承台与塔柱浇筑间隔期，以降低塔柱实心段底部约束，避免索塔混凝土出现有害温度裂缝。

3.温控标准
混凝土温度控制的原则是：
1) 控制混凝土浇筑温度；
2) 尽量降低混凝土的温升、延缓最高温度出现时间；
3) 控制温峰过后混凝土的降温速率；
4) 降低混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面温度和气温之间的差值。

温度控制的方法和制度需根据气温、混凝土配合比、结构尺寸、约束情况等具体条件确定。

根据本工程的实际情况，对混凝土浇筑温度、内部最高温度、最大内表温差、冷却水进出水口温差、降温速率等制定温控标准，见表3-1。

表3-1 各构件温控标准
4.现场温度控制措施
在混凝土施工中，将从混凝土的原材料选择、配比设计以及混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护等全过程进行控制，具体措施如下：
4.1混凝土配制
为使大体积混凝土具有良好的抗裂性能、体积稳定性和抗渗性，混凝土配制按如下原则配制：
◆采用低水化热的胶凝材料体系
大体积混凝土配制采用适中水胶比，大掺量矿物掺合料（单掺粉煤灰或复掺粉煤灰和矿粉）的技术路线，尽量降低水泥用量。

优选组分均匀、各项性能指标稳定的粉煤灰，注重需水量比、细度和烧失量等关键指标。

◆选用优质聚羧酸类缓凝高性能减水剂
缓凝高性能聚羧酸减水剂，兼顾减水、引气和缓凝效果，可以延缓水化热的峰值并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

◆掺加优质引气剂
控制混凝土含气量在3~4%左右，可改善混凝土和易性、均质性，提高混凝土变形性能和抗开裂性能力。

塔柱混凝土含气量可适当降低。

◆选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料
优质骨料体积稳定性好、用水量小，可减小混凝土的收缩变形。

粗集料含泥量不超过
0.5%，细集料含泥量不超过2%。

◆使用低流动性混凝土
在满足施工的前提下，尽可能使用坍落度相对较低的混凝土，有利于减少混凝土用水量，降低温升、减少干缩，提高抗开裂性能。

4.2混凝土浇筑温度的控制
控制混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。

相同混凝土，入模温度高的温升
值要比入模温度低的大许多。

本桥施工对大体积混凝土浇筑温度的要求为不低于5℃且不高于28℃。

浇筑温度主要受原材料温度、气温等影响。

在混凝土浇筑之前，可通过测量水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石、水的温度，考虑环境温度来估算浇筑温度。

因砂、石、水的温度均受气温影响，在胶材温度一定的情况下混凝土浇筑温度主要取决于环境温度，因此选择合适的时间进行混凝土浇筑比较重要。

桥址所在地气候温和，发生混凝土冻害的可能性较小，浇筑温度下限较易控制。

高温时期（如夏季）若浇筑温度超出控制要求，则应采取相措施通过热工计算和降低各原材料温度来降低浇筑温度。

降低混凝土入仓温度的措施建议如下：
1) 水泥温度控制低于60℃。

避免使用刚出厂的新鲜水泥，应放置充分冷却后使用，储罐外可采用喷淋降温；
2) 控制骨料温度低于30℃。

粗细骨料堆场应搭设遮阳棚，堆高并从底层取料；粗骨料可在保证工作性的前提下喷淋降温，或采用风冷、液氮冷却等措施给骨料强制降温；
3) 拌和水温控制低于15℃。

采用深层江水拌合，必要时加冰或制冷机冷却拌和水，但应避免混凝土中有未融化的冰块；
4) 使用超缓凝减水剂，尽量推迟水化热温峰；
5) 利用温度较低时段施工。

避免在温度超过30℃的条件下浇筑混凝土；
6) 减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。

夏季施工时应加快运输和浇筑速度，在混凝土输送容器、管道外用帆布遮阳并经常洒水降温；
7) 避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过40℃，仓面降温可采取喷雾或洒水措施。

4.3冷却水管的埋设及控制
4.3.1水管材质及加工工艺
冷却水管采用Φ40×2.5mm的电焊钢管制作。

水管之间通过丝扣连接或是黑色橡胶套管紧密连接，弯管部分采用冷弯工艺加工。

4.3.2水管布置
水管间距按设计文件，奇数层水管与偶数层水管纵横布置。

4.3.2水管使用及控制
◆采用深层江水做冷却水。

◆需准备2台15kw水泵，并至少留有一台备用泵。

◆可采用分水器将各层各套水管从水箱集中分出，分水器设置相应数量的独立水阀以控制各套水管冷却水流量；需设置一定数量的减压阀以控制后期通水速率。

◆混凝土浇筑前确保进行不短于半个小时的加压通水试验，查看水流量大小是否合适，发现管道漏水、阻水现象要及时修补至可正常工作。

◆冷却水管采用丝扣连接，连接部位须绑扎止水带；或使用黑橡胶套管连接，两边用四道铁丝错位绑扎，确保不漏水。

冷却水管必须使用铁丝（非扎丝）绑扎固定在钢筋上，减小混凝土下落对冷却水管的冲击；施工时注意对冷却水管的保护，应避免混凝土直接落到冷却水管上，严禁工人踩踏冷却水管。

◆承台、塔柱混凝土通水要求见下表。

表4-2 承台、塔柱混凝土通水要求
◆待冷却水管停止循环水冷却并养生完成后，先用空压机将水管内残余水压出并吹干冷却水管，然后用压浆机向水管压注水泥浆，以封闭管路。

4.4内外温差控制
对于大体积混凝土，由于水化放热会使温度持续升高，在升温的一段时间内应加强内部散热，如加大通水流量、降低通水温度等。

当混凝土处于降温阶段则要表面保温覆盖以减小降温速率。

具体保温养护措施见 4.5.3。

混凝土保温充分、时间足够长，让混凝土慢慢冷却，直到温差达到允许范围，温度应力会在混凝土内部分松驰，可有效控制有害裂缝的产生。

4.5施工控制
影响混凝土开裂的原因很复杂，往往不是单一因素造成的。

混凝土施工的各个环节对
于控制早期裂缝、减小后期开裂倾向、实现设计的混凝土结构耐久性是至关重要的。

4.5.1控制混凝土浇筑间歇期
索塔承台混凝土浇筑间歇期控制在7天左右，不超过10天；下塔柱实心段与承台混凝土浇筑间歇期控制在10天左右，不超过14天。

4.5.2浇筑和振捣
混凝土按规定厚度、顺序和方向浇筑，分层布料厚度不超过30cm。

正确进行混凝土拌和物的振捣，振动棒垂直插入，快插慢拔，振捣深度超过每层的接触面10~20cm，保证下层在初凝前再进行一次振捣。

振捣时插点均匀，成行或交错式前进，以免过振或漏振，避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。

4.5.3养护
混凝土养护包括湿度和温度两个方面，结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护，因为水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构。

为保证养护质量，对混凝土表面进行潮湿养护。

为防止承台表面混凝土因失水造成的干缩裂缝，承台模板侧壁外包裹一层湿土工布进行保温保湿；承台上表面没有模板保护，永久暴露面待混凝土初凝后可采用洒水并覆盖塑料薄膜进行保温保湿，分层面待混凝土初凝后可采取铺设湿麻袋保湿，也可采用蓄水养护。

养护用水使用冷却水管出水，保证淡水及有一定的温度，蓄水深度大于30cm。

下塔柱实心段外侧包裹湿土工布进行保温保湿，暴露面可初凝凿毛后铺设一层湿土工布进行保湿。

养护时间根据温度监测结果进行确定，混凝土内表温差小于25℃方可拆模。

下塔柱实心段需尽量延长带模养护的时间，拆模时间不早于14d，且拆模后的下塔柱实心段侧面需立即喷洒水并包裹土工布或塑料薄膜养护至少7d。

5.现场监控
为检验施工质量和温控效果，掌握温控信息，以便及时调整和改进温控措施，做到信息化施工，需对混凝土进行实时温度监测，检验不同时期的温度特性和温控标准。

当温控措施效果不佳、达不到温控标准时，可及时采取补救措施；当混凝土温度远低于温控标准限值时，则可减少温控措施，避免浪费。

温控实施流程图见图5-1。

图5-1 温控实施流程图
5.1监测仪器及元件
5.1.1监测元件
温度传感器主要性能指标要求：○1测温范围：-10℃~+100℃；○225℃环境下测试误差不超过0.3℃。

测试仪器要求能够连续工作15d以上，能够自动存储数据，最好不依赖交流电源。

5.1.2监测元件的埋设
温度测点布置原则：
1) 根据结构对称性的特点，选取结构的1/4块布置测点。

2) 根据温度场的分布规律，对高度方向的温度测点间距作适当调整。

3) 充分考虑温控指标的测评。

温度测点布设包括表面温度测点(在构件中心部位短边长边中心线表面以下5cm布置)，内部测温点(布置在构件中心处)。

温度测点布置见附图1。

5.2现场监测
5.2.1现场监测内容及要求
对大体积混凝土进行温度计算，是从理论上掌握大体积混凝土内部温度发展变化情况和温度应力的发展变化情况，实际施工中将会存在一定的差异，需要对施工过程进行监测，并将监测结果随时与理论计算及其结果进行比较、分析，及时调整参数取值、修正计算模型并采取相应的温控措施，只有这样才能保证计算、分析结果的准确性及可靠性，并依据计算、分析结果完善温控措施，确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度，避免出现温度裂缝。

温度监测主要内容包括：
a. 混凝土温度场测量；
b. 环境体系温度测量。

5.2.1.1温度场测量
承台的温度场是指在现场各种环境因素的影响下，已浇筑承台各部位混凝土的实际温度及温度分布。

为全面监测混凝土浇筑、养护过程中温度场的变化情况，温度测点的布置应具有代表性，做到既突出重点又兼顾全局，在满足温控要求的前提下以尽可能少的测点获得所需的温度资料。

5.2.1.2环境体系温度测量
环境体系温度测量包括气温、冷却水温度。

在检测混凝土温度变化的同时，还应监测气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等。

温度监测过程中要求如下：
1) 浇筑块温度场测量：浇筑块混凝土浇筑过程中，每2h测量一次温度；浇筑块混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段第一周，每4h测量一次，一周后每天选取气温典型变化时段进行测量，每天测量2~4次。

2) 大气温度测量：与混凝土温度同步观测。

3) 通水冷却过程温度测量与浇筑块温度场测量过程同步进行。

4) 特殊情况下，如寒潮期间，适当加密测量次数。

5)混凝土全部浇筑完毕后，根据温度场及应力场的预测计算结果，结合与监测结果的对比分析，确定终止测量时间。

5.2.2温控监测流程
在混凝土浇筑前完成传感器的选购及铺设工作，并将屏蔽信号线连接到测试棚，各项测试工作在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。

温控监测流程图见图5-2。

图5-2 温控监测流程
5.3现场监测异常的应对措施
如果现场监测温度超出温控标准，可采取下列应对措施：
★浇筑温度过高：可以加冰或冰水预冷拌合水，避免使用温度过高的胶材。

★冷却水进水温度过高：建议通水冷却过程中每小时测量一次冷却水的进水温度，确保进水口水温满足要求。

如果进水水温过高，建议通过换低温水，以求达到混凝土内部降温的效果。

★最高温度偏高：可以采取加大冷却水通水流量、降低冷却水温度的措施，但注意冷却水温度控制在比混凝土中心温度低15~25℃之间。

★内外温差偏高：可以加大通水流量、降低进水温度以加强内部降温，使用冷却出水进行蓄水养护以减少混凝土表面热量散失，做到外保内散。

索塔大体积混凝土温控方案附图1：索塔承台测点图。