（港湾）沪蓉西四渡河大桥承台及塔座大体积砼

沪蓉西四渡河大桥承台及塔座大体积砼

温 控 方 案

一工程概况

沪蓉西四渡河大桥主1号、主2号墩承台哑铃型结构，承台平面尺寸未50.028m×16.4m，承台与系梁等高，高度均为6.0m，混凝土设计标号为C40，混凝土方量为3227.5m3。承台基础为18根Ф2.8m的钢管桩，钢管桩混凝土设计标号为C30。主1号、主2号墩塔座为上小下大的圆柱形混凝土结构，主1号墩塔座顶面尺寸为11.05m×5.7m,底面尺寸为13.058m×8.6m，混凝土方量为555.8m3；主2号墩塔座顶面尺寸为11.16m×5.7m,底面尺寸为13.16m×8.6m，混凝土方量为562.2m3。塔座高度均为3.0m混凝土设计标号为C50。承台和塔座施工时采用木模板。

承台和塔座均属大体积混凝土结构，大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的水化热，浇筑后初期混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形，此时混凝土弹性模量很小，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的压应力很小，但在日后温度逐渐降低混凝土收缩变形时，弹性模量比较大降温引起受基础的变形会产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，对混凝土结构产生不同程度的危害。此外，在混凝土内部温度较高时，外部环境文的较低或气温骤降期间，内外温差过大在混凝土表面野会产生较大的拉应力而出现表面裂缝。

沪蓉西四渡河大桥处于山与山之间，风速较大，昼夜温差较高，气候条件不利于施工，这就给施工带来了较大难度。受路桥华南沪蓉西十六合同段项目经理部的委托，武汉港湾工程设计研究院对主1号、主2号墩承台和塔座大体积混凝土进行了仿真计算。计算了大体积混凝土内部温度场及仿真应力场，根据计算结果制定了主塔承台不出现有害温度裂缝的温控标准，并以制定了相应的温控措施。温控计算采用大型有限元程序《大体积混凝土施工温度场与仿真应力场分析程序包》进行。

在大体积混凝土仿真分析中，温度是基本作用荷载。混凝土内部温度变化是一个热传递问题，用有限元法求解有下面几个优点:①容易适应不规则边界；②在温度剃度大的地方，可局部加密网格；③容易与计算应力的有限单元法程序配

套，将温度场、应力和徐变变形三者在一个统一的程序中计算。仿真应力计算中需考虑混凝土温度徐变自重自生体积变形和干缩变形等的作用。《大体积混凝土施工温度场与仿真应力场分析程序包》主要特点为：

1）该程序用于结构施工期累积温度场及仿真应力场的计算。

2）可以考虑混凝土分层浇筑方式、入仓温度、浇筑层厚度、施工期间歇、

混凝土及基础弹模的变化、外界水温及气候的变形、混凝土的自生体积变形及徐变影响等复杂因素，能够模拟实际的施工运行过程。 3）提供三种单元类型：8－20变节点六面体等参元，6－15变节点五面体等

参元和8节点六面体等参元。

4）具有多种求解器，可以选用直接解法或代法求解大型线性方程组，具有

速度快、储存量小的特点，可利用微机进行大型混凝土结构的仿真分析。 5）可以输出高斯点应力和节点应力。 6）有一套完善的数据查错功能。 7）另配有一套完善的前后处理程序。

二基本计算资料 2.1气象资料

承台及塔座施工月份为七月份，施工时的气温见表1。

表1 气温及施工时间表

气温 月份 1 2 3 4 5 6 平均 2.1 2.8 6.3 12.8 15.4 19.1 上 旬 最高 5.8 7.3 11.3 18.7 20.8 24.2 最低 平均 中 旬 最高 0.1 9.5 11.1 20.0 23.4 26.1 最低 平均 下 旬 最高 5.1 8.8 16.8 18.2 22.8 27.6 最低 施工月 份 －0.6 2.3 －0.6 5.1 2.2 8.5 11.5 15.4 8.6 13.6 18.3 20.5 －0.3 1.2 0.8 4.5 8.6 13.0 16.8 5.2 11.0 13.2 17.6 22.1 －1.2 2.8 6.5 9.6 13.8 18.3 7 8 9 10 11 12

22.4 23.6 19.6 15.2 10.2 4.5 28.1 29.4 24.5 19.9 15.5 7.4 18.3 19.3 16.0 11.4 6.6 2.2 23.0 20.9 19.1 12.8 7.1 3.2 29.1 25.5 25.1 17.0 10.9 6.5 18.8 17.5 15.1 9.8 4.3 0.7 24.2 22.0 17.6 11.6 6.2 4.2 30.1 27.4 22.3 15.8 10.4 4.8 19.6 17.9 13.9 8.7 3.3 0.4 √ 2.2施工资料

根据以下施工资料进行温度应力计算：

承台混凝土设计强度等级为C40，承台于2005量7月份施工。施工时承台分两层浇筑，浇筑高度分别为3m、3m，两层混凝土浇筑间歇期为7天左右。由于承台为哑铃形，浇筑时平面分为三块施工。塔座混凝土设计强度等级为C50,于7月份施工，塔座分两次浇筑完成，浇筑高度分别为1.5m、1.5m，塔座于承台施工间歇期为7－10天。承台及塔座混凝土冷却水管均采用Φ40mm的薄壁钢管，冷却水为河水。

2.3混凝土配合比 2.3.1承台混凝土原材料

① 水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的42.5矿渣水泥 ② 粉煤灰：采用襄樊天键公司的I级粉煤灰。 ③ 砂：洞庭湖黄砂，细度模数2.71，属中粗砂。 ④ 碎石：福岗料场碎石，粒径5－31.5mm ⑤ 外加剂：武钢浩源FDN高效减水剂。 ⑥ 水：河水 2.3.2塔座混凝土原材料

①水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的52.5P水泥 ②粉煤灰：采用襄樊天键公司的I级粉煤灰。 ③砂：洞庭湖黄砂，细度模数2.71，属中粗砂。 ④碎石：福岗料场碎石，粒径5－31.5mm

⑤外加剂：武钢浩源FDN高效减水剂。 ⑥水：河水

2.3.3承台及塔座施工配合比

承台混凝土标号为C40，塔座混凝土标号为C50,其配合比见表2。 表2 混凝土施工配合比

标号 配合比 水泥 C40 C50 0.32：1：1.47：2.14 428 0.32：1：1.47：2.14 355 每方砼用材料量（kg/m3） 粉煤灰 砂 60 88 719 706 石 1042 1047 水 154 141 外加剂 3.56 4.43 注：以上配比为推荐配合比，待试验室和监理复配后将确定最终施工配合比。

2.3.4水泥水化热试验

根据施工配合比进行水泥水化热试验，试验结果见表3。

表3 水泥水化热试验结果

编 号 水泥品种 粉煤灰掺量 （%） 1 2 3 4 5 6

三 混凝土材料参数及数值模型

混凝土材料参数考有关设计规范及工程试验结果。计算中使用的绝热温升、弹性模量、徐变度分别为： 3.1混凝土材料参数

承台混凝土标号为C40，塔座混凝土标号C50，混凝土物理、热化能参数取值见表4。

表4 混凝土物理、热性能参数

52.5P.O 42.5P.S 0 10 20 0 20 30 1d 189 175 152 216 189 174 水 化 热 （J/g） 3d 249 228 201 271 252 230 7d 272 253 228 305 283 265 混凝土 等级 C40 C50

最终弹模 泊松比 （Mpa） 3.6×104 3.8×104 0.167 0.167 比重 比热 线胀系数 导热系数 （kg/m3） （J/g ℃） （10-6/℃） (kJ/m.d.℃) 2400 2400 1.0 1.0 6.91 7.16 240 240 3.2混凝土数值模型 3.2.1绝热温升

绝热温升数值模型取双曲线函数： Q（τ）＝Q0(1-е

-??β

) (3-1)

式中：θ0－最终绝热温升，α，β为绝热温升变化系数。θ0和α，β值分别为51.4、0.85、0.62（承台）和52.2、0.8、0.65（塔座）。 3.2.2弹性模量随时间的增长曲线采用四参数双指数形式，即 E（τ）＝E0＋E1(1-е

-??β

) (3-2)

式中：E0为初始弹模，E1为最终弹模与初始弹模之差，α，β为与弹模增长速率有关的两个参数。其值分别取0.72、0.65（承台）和0.5、0.78（塔座）。 3.2.3徐变度

根据工程经验，取混凝土徐变度如下（单位:10-6/Mpa）： C（t,τ）＝C1（1+9.20τ

+C2（1+1.70τ

-0.45

）（1-e-0.30(t,τ)）

）（1-e-0.005(t,τ0) （3－3）

-0.45

式中：C1＝0.23/E2,C2=0.52/E2, E2为最终弹模 3.2.4放热系数

混凝土表面通过保温层向周围介质放热的等效放热系数可由下式计算：

?s?1(1/?)???h1/?1? （3－4）

为保温

式中：βs为等效放热系数，β为放热系数，h1为保温层厚度，λ材料导热系数。

四 计算结果及分析

1

承台与塔座混凝土的温度应力主要由底部老混凝土（封底混凝土和承台混凝

土）的约束和混凝土施工期的内外温差引起。

4.1承台混凝土温控计算

（1） 网格剖封分、边界条件及荷载

承台混凝土分两层浇筑，每层混凝土高度为3m.取1/4混凝土进行温度

应力计算，网格剖分图见图1。

施工措施为：混凝土开始施工时间为7月上旬，分两层浇筑，浇筑厚度为3m、3m，施工间歇期为7－10天，计算时取浇筑温度为28℃。每层混凝土布置四层冷却水管，混凝土顶面采用麻袋（或土工布）覆盖保温。 (2)温度场结果分析

混凝土内部最高温度为63.7℃，2－3天后达到最高峰值，随后逐渐下降，20－30天达到稳定温度。混凝土的温度分布呈现从内部向表面逐渐降低，内外温差小于25℃，混凝土温度包络图见图2、最大内表温差包络图见图3。 （3）应力场结果分析

混凝土内部最大应力值见表5、应力包络图见图4。 表5 混凝土内部最大主拉应力（Mpa） 龄期 层数 应力 第一层混凝土 第二层混凝土 0.58 0.72 0.49 0.47 1.3 0.44 1.49 0.58 3 7 14 28 由计算结果可看出C40承台混凝土的最大内部主拉应力在第一层混凝土四个表面的中心部位，3天为0.58Mpa，7天为0.49Mpa，14天为1.3Mpa，28天为1.49Mpa，远远低于混凝土的劈裂抗拉强度。因此，在施工期承台混凝土不会出现温度裂缝。

4.2主1号塔座混凝土温控计算 （1）网格剖分、边界条件及荷载

塔座混凝土分两次浇筑完成，浇筑厚度分别为1.5m、1.5m。取1/4混凝土进行温度应力计算，网络剖分图见图5

施工措施为：混凝土开始施工时间为7月底，计算时浇筑温度取值为28℃。混凝土共布置四层冷却水管，混凝土顶面采用麻袋（或土工布）覆盖保温。 （2）温度场结果分析

混凝土内部最高温度为62.2℃，2－3天后达到最高峰值，随后逐渐降低，20－30天达到稳定温度。混凝土的温度分布呈现从内部向表面逐渐降低，最高温度在混凝土的中部。混凝土温度包络图见6、最大内表温差包络图见图7。 （3）应力场结果分析

混凝土内部最大应力值见表6，应力包络图见图8。

表6 塔座混凝土最大主拉应力（Mpa）

龄期 层数 应力 第一层混凝土 第二层混凝土 0.41 0.49 1.05 0.63 1.78 0.95 1.92 1.24 3 7 14 28 由计算结果个看出，C50塔座混凝土的最大内部主拉应力在塔座第一层混凝土与承台混凝土的接触部位，其中在第一层混凝土长方向中心处最大，3天为0.41Mpa，7天为1.05Mpa，14天为1.78Mpa，28天为1.92Mpa，远远低于混凝土的劈裂抗拉强度。因此，在施工 期塔座混凝土不会出现温度裂缝。 4.3主2号塔座混凝土温控计算 （1）网格剖分、边界条件及荷载

塔座混凝土分两次浇筑完成，浇筑厚度分别为1.5m、1.5m。取1/4混凝土进行温度应力计算。网格剖分图见图9。

施工措施为：混凝土开始施工时间为7月底，计算时取浇筑温度为28℃。混凝土布置四层冷却水管，混凝土顶面采用麻袋（或土工布）覆盖保温。 （2）温度场结果分析

混凝土内部最高温度为61.6℃，2－3天后达到最高峰值，随后逐渐下降，20－30天达到稳定温度。混凝土的温度分布呈现从内部向表面逐渐降低，最高温度在混凝土的中部。混凝土温度包络图见图10、最大内表温差包络图见图11。 （3）应力场结果分析

混凝土内部最大应力值见表7，应力包络图见图12。

表7 塔座混凝土最大主拉应力 龄期 部位 应力 第一层混凝土 第二层混凝土 0.39 0.47 1.02 0.61 1.75 0.93 1.89 1.22 3 7 14 28 由计算结果可看出，C50塔座混凝土内部的最大内部主拉应力在塔座第一层混凝土与承台混凝土的接触部位，其中在第一层混凝土长方向处最大，3天为0.39Mpa,7天1.02Mpa,14天为1.75Mpa,28天为1.89Mpa，远远低于混凝土的劈裂抗拉强度。因此，在施工期塔座混凝土不会出现裂缝。

五 温控标准和温控措施

根据计算结果，在施工期内为保证承台和塔座不出现有害温度裂痕机，宜采取如下温控标准：

（1） 混凝土浇筑温度控制

混凝土浇筑入仓后，在上层混凝土覆盖前，距混凝土表面10－15cm处的温度为该层混凝土的浇筑温度。承台和塔座浇筑温度不应高于30℃。

（2） 混凝土内表温差控制 混凝土内表温差不应超过25℃ （3） 混凝土内部最高温度控制

承台内部最高温度不应高于63.7℃；塔座混凝土内部最高温度不应超过 62.2℃。

（4） 混凝土降温速率不宜超过2.5℃/d。

5.2温控措施

5.2.1混凝土原材料选择及质量控制

（1） 水泥：水泥应分批检验，质量应稳定。如果存放期超过3可月应重

新检验。

（2） 粉煤灰：粉煤灰入场后应分批检验，质量应符合《用于水泥和混凝

土中的粉煤灰》（GB1596-91）的规定。

（3） 细骨料：细度模数为2.71，砂含泥量不小于2%，其它指标应符合规

范规定，砂入场后应分批检验。细骨料应尽量堆高，以降低混凝土出机温度。

（4） 粗骨料：石子级配必须优良，来源应稳定。石子必须分批检验，使

用前应用水冲洗，其各项指标必须合格规范要求。粗骨料应尽量堆高，以降低混凝土出机温度。

（5） 外加剂：掺加性能优良的缓凝型高效减水剂，外加剂在使用前尽量

配成溶液，拌和均匀后方可使用，配制应有专人负责，做好配制记录；若直接使用固体外加剂，则需提前分袋称好。

（6） 水：拌合用水应采用深层河水。 5.2.2优化混凝土配合比，降低水化热温升

优化混凝土配合比，尽量降低水泥用量，控制水化热温升，是大体积混凝土温控重要环节。因此必须通过大量试验，筛选减小率高，性能优良的外加剂以最大限度的降低水泥用量，同时合理选择配合比参数，使混凝土工作性能优良，便于施工。混凝土应具有良好的粘聚性，不离水，不泌水。初始坍落度应控制在16－18cm，初凝时间应大于20h。 5.2.3混凝土浇筑温度的控制

混凝土浇筑温度最高不得超过28℃，否则应采取相应措施。

在每次混凝土开盘前，试验室要量测水泥、砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度，详细资料参考附1。当浇筑温度超过控制标准时，必须采取以下措施：

1）混凝土尽量在夜间浇筑。 2）砂石尽量堆高并采取遮阳措施。

3）水泥入场温度不应超过50℃，否则应采取措施，如要求水泥厂家在水泥

出厂前放置一段时间，或采取多次倒运的方法降低水泥使用温度。 4）当气温高于仓温度时，提高浇筑强度，尽量缩短混凝土运输时间和暴晒

时间。

5）混凝土泵管外用草袋遮阳，并经常洒水降温。 6）当气温超过32℃时，采用加冰措施。

5.2.4控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度

各层混凝土浇筑间歇期应控制在7天左右，，最长不得超过10天。为降低老混凝土的约束，要做到薄层、短间歇、连续施工。

5.2.5埋设冷却水管及要求 5.2.5.1水管位置

根据混凝土内部温度分布特征，宜在每层混凝土中埋设冷却水管，冷却水管为Ф25mm的薄壁钢管，其水平间距为0.9m，冷却水管距混凝土表面不应大于1.0m，每根冷却水管长度不宜超过200m，冷却水管进出水口应集中布置，以利于统一管理。承台冷却水管布置见图13，主1号塔座水管布置见图14，主2号塔座水管布置见图15。 5.2.5.2冷却水管使用及其控制

（1） 冷却水管使用应进行压水试验，防止管道漏水、阻水；

（2） 混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，各层混凝土峰值过后

立即停止通水，通水流量应到达30L/min，为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温速的回升，采取二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定；

（3） 应严格控制进出水温度，在保证冷却水管进水温度与混凝土内部最

高温度之差不超过30℃条件下，尽量使进水温度最低；

（4） 待通水冷却全部结束后，应采用同标号水泥浆或砂浆封堵冷却水

管；

（5） 考虑现场实际情况，应在山上设置水箱（或水槽），供冷却水循环

使用，并且应在上面搭一遮阳篷。

为保证冷却水的初期降温效果，项目部应提前成立专门班子，专门负责，优化冷却水管的管路布置，合理选择水泵，若管路出现故障应及时排除，保证冷却系统正常工作。施工时，操作人员听从指挥，及时开启和关闭阀门。 5.2.6内表温差控制

为了防止混凝土出现温度裂缝，必须对混凝土进行内表温差控制。做法如下：每层混凝土浇筑后，混凝土侧面木模板外首先覆盖一层土工布，再用保温棚

保温，并适当延长拆模时间，拆模后及时覆盖一层塑料薄模，再覆盖两层土工布保温，且拆模时间应选择一天中气温较高时段。每层混凝土顶面凿毛后蓄约3cm厚水养护，最后一层混凝土顶面覆盖土工布保温。 5.2.7养护

养护对混凝土强度正常增长及减少收缩裂缝具有重要意义，因此施工中必须重视混凝土的养护工作。各层混凝土表面首先应采取洒水（或蓄水）养护，然后覆盖塑料薄模、麻袋、彩条布三层材料进行保湿和保温养护，防止混凝土出现裂缝。

六 混凝土温控施工现场监测 6.1温度测试内容

根据温度计算结果，为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便出现异常情况及时采取有效措施，应在混凝土中布设温度测点。测点的布置按照重点突出、兼顾全局的原则，在满足监测要求的前提下，以尽量少的测点获得所需的监测资料。根据结构的对称性和温度变化的一般规律，在中心线对称的一侧布设测点，以一侧的监测数据来指导另一测施工。共在承台混凝土中布置36个温度测点，在主1号和主2号塔座混凝土中布置24个温度测点。测点布置在1/4范围并沿水平方向布置，承台、主1号塔座、主2号塔座测点布置分别见图16、图17、图18。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。

6.2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，并将展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。温控监测流程见图19。锚碇混凝土温度监测记录见附表2。

布保护材 预埋传感器 选购展蔽 接长电缆 选购传感器 标 定 电缆保护

6.3监测元件的埋设

参照《混凝土大坝安全监测技术规范》（SDJ336－89），并根据桥梁大体积混凝土的特点加以改进，由具有埋设技术和经验的专业人员操作。为保护导线和测点不受混凝土挣捣的影响，用∠30×30×3mm角钢及减震装置进行保护。监测元件埋设示意图见20。

6.4现场测试要求

各项测试项目宜在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后装入每天测2次，直到温度变化基本稳定。

6.5监测所用仪器

仪器选择依据使用可靠和经济的原则，在满足监测要求的前提下，选择操作方便、价格适意的仪器。温度检测仪采用JGY－100型智能化数字多回路温度巡检仪，温度传感器为PN结传感器。

◆

JGY－100型智能化温度巡检仪可自动、手动巡回检测128个测点温度，并具有数据记录和数据掉电保护、历史记录询查。实时显示和数据报表处理等功能。该仪器测量结果可直接用计算机采集，人机界面友好，并且测温反应灵敏、迅速，测量准确，主要性能指标：①测温范围：－50℃－150℃；②工作误差：±1℃；③分辨率：0.1℃；④巡检点数：128点；⑤显示方式：LCD(240×128)；⑥功耗：15W；⑦外形尺寸：230×130×220mm；⑧重量：≤1.5kg。

◆ 温度传感器的主要技术性能：①测温范围：－50℃－150℃；②工作误差：

±0.5℃；③分辨率：0.1℃；④平均灵敏度：－2.1mv/℃。

附1：混凝土的出机温度和浇筑温度 1、凝混土的出机温度T0

T0?式中：

(0.2?Qs)WsTs?(0.2?Qg)WgTg?0.2WcTc?(Ww?QsWs?QgWg)TW0.2(Ws?Wg?Wc)?Ww

Qs、Qg――分别为砂、石的含水量，以%计；

Ws、Wg、Wc、Ww――分别为每方砼中砂、石、水泥和水的重量（粉煤灰计入水泥中）；

Ts、Tg、Tc、Tw――分别分为砂、石、水泥和水的温度。 2、混凝土的浇筑温度Tp

Tp=To+(Ta-To)(θ1+θ2+θ3+…+θn)

式中：

Ta――混凝土运输和浇筑时的气温； θ1、θ2、θ3、θn――系数，其数值如下： 1）混凝土装、卸和转运，每次θ＝0.032；

2）混凝土运输时θ＝Aτ，τ为运输时间以分钟计，A参照下表； 3）浇筑过程中θ＝0.003τ，τ为浇捣时间以分钟计。

混凝土运输时冷量（或热量）损失计算参数A值表 运输工具 自卸汽车 自卸汽车 自卸汽车 长方形吊斗 长方形吊斗 圆柱形

混凝土容积（m3） 1.0 1.4 2.0 0.3 1.6 1.6 A 0.0040 0.0037 0.0030 0.0022 0.0013 0.0009

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d9og.html