混凝土高承台（共7篇）
混凝土高承台 篇1
1 工程概况
北京—张家口高速公路冀京界 (怀来) 至宣化段第10合同段官厅湖特大桥为 (10×30) 米T梁+ (65+10×110+65) 米预应力混凝土连续箱梁+ (10×30) 米连续T梁结构。
主桥11#墩承台平面尺寸11×11m2, 四角呈圆弧R=1.5m, 厚度为3.5m。承台25#混凝土浇筑量416.74m3, 系大体积混凝土。
承台Ⅱ级钢筋21833.5kg, 平均每方混凝土52.4kg钢筋。承台采用组合钢模板, HBT—60泵输送混凝土。
2 施工方案
2.1 混凝土浇筑方法
11#墩承台离搅拌站有50多米, 因此采用HBT—60泵输送混凝土。
混凝土的浇筑, 由西向东连续作业, 采取自然流淌斜面分层的浇筑方法。分层厚度控制在0.3m。为保证混凝土质量, 防止上下层混凝土超过初凝时间, 用下列公式对每小时混凝土浇筑量进行了计算:
式中:Q---每小时混凝土浇筑量;
S----承台平面积;
H---混凝土分层浇筑厚度;
T----上下两层混凝土允许时间, 取3h。
上述参数中, S=112=121m2, 所以, 混凝土浇筑量每小时至少为:
实际搅拌站设置了2台搅拌机, 每台搅拌机每小时生产15m3, 2台共生产30 m3混凝土, 完全可以满足浇筑进度需要。
2.2 混凝土的振捣
混凝土振捣采用Ф75高频插入式振捣器, 共布置4台。
2.3 混凝土的测温
为了掌握大体积混凝土水化热的大小, 不同深度的温度变化和发展规律, 以便采用相应措施, 保证质量。因此, 在承台的不同部位和深度埋设了10个温度感应器。
混凝土浇筑面过了温度感应器, 即开始用电子测温仪测温。并记录当时外界气温, 以掌握温差情况。每2-3h测量一次。
2.4 混凝土的养护
混凝土养护是大体积混凝土施工的关键之一, 如果养护不好, 可能导致产生温度收缩裂缝。现场采用了保温养护方案, 延缓了混凝土内部温度的散发, 使其和表面温度的温差控制在规范要求的25℃之内 (日降温小于2.5℃) , 从而避免了裂缝的出现。
承台顶面先覆盖一层薄塑料布, 其上注水, 四周用彩条布围裹密实。
从测温记录看, 混凝土中心最高温度为51.9℃, 而最低气温为-5.5℃, 两者相差57.4℃, 显然大大超过了规范规定。
采用了覆盖保温后, 由于延缓了内部热量的散发, 混凝土表面温度升高, 使温差减小到规定要求之内。混凝土浇筑后1~7d, 实测的温差情况是:承台中心最高温度47.6℃-51.9℃, 1#点:0.6℃~23.3℃, 4#点:0.2~23.9℃, 8#点:0.1℃~21.8℃, 混凝土内部温差:4#~5#26.9℃;5#~6#8.9℃;6#~7#22.2℃。除4#~5#温差略大于25℃外其余均小于25℃。
平均日降温表层, 3.5d-11.5d为1℃/天, 中心4.5d-13.5d为1.4℃/天, 都小于2.5℃, 说明覆盖保温养护效果还是不错的。
3 保证质量的技术措施
基础混凝土为25#混凝土。在大体积混凝土施工中, 如此厚的混凝土, 还是第一次遇到。为保证工程质量和满足施工需要, 我们采取了以下主要措施:
3.1 掺入大剂量粉煤灰, 降低水泥用量, 增加粉煤灰, 提高致密度, 提高混凝土强度。粉煤灰占总量46%。
水泥用的是525R型普通硅酸盐水泥, 砂石料为当地产材料, 碎石5-31.5mm, 砂为中砂。
经试配选用的混凝土配合比如下表:
配制的混凝土坍落度16~18cm, 初凝时间为3h, 满足设计和施工工艺要求。
3.2 在混凝土面覆盖塑料膜并注水, 起到了保温作用。从测温结果看, 日降温1℃, 小于要求的2.5℃.
3.3 为防止混凝土表面产生收缩裂纹, 在初凝前用木抹子收面, 终凝后覆水, 减小外界与混凝土面层温差。
3.4 为了降低混凝土的总温差, 减少混凝土的内外温差, 在夜间灌注, 降低混凝土的入模温度。
3.5 加强测量工作, 及时掌握混凝土温度变化, 以便采取措施。
4 施工过程的注意事项
承台混凝土的浇筑工作, 于凌晨0:00开始, 下午6时结束, 共用18小时, 浇筑速度V=23m3/h, 平均每小时浇筑0.2m厚。
拆模后的混凝土里实外光, 没有冷凝和收缩裂缝, 强度也达到设计要求。
通过这次大体积混凝土承台的施工, 有以下几点体会:
4.1 何谓大体积混凝土?
公路规范规定:混凝土结构物中实体最小尺寸≥1米的部位所用的混凝土简称大体积混凝土。
清华大学提法:温度应力大于混凝土抗拉力称大体积混凝土。
二者比较第二个定义较为准确也更说明大体积混凝土的实质。
4.2 在施工大体积混凝土, 虽然水化热大, 但是, 技术措施得当是能够保证质量的。
从实践情况看, 利用水泥后期强度, 在混凝土中掺入大剂量粉煤灰, 降低水泥用量, 降低入模温度, 采用保温养护等措施都是行之有效的技术措施。
4.3 关于混凝土内部最高温度值的计算, 我们采用的是清华大学的经验公式, 每10kg水泥升1℃, 每40kg粉煤灰升1℃。
从实测的情况看, 实测值与计算值相差很大。10个测量点记录的内部最高温度为37.2℃, 与计算相比, 相对误差为33%。实测结果约每7kg 525R型普通硅酸盐水泥升1℃。
如采用绝热温升公式计算:
C—混凝土的水泥用量 (kg/m3) ;
Q—水泥的水化热 (kj/kg) ;
p—混凝土的容重 (kg/m3) ;
m—随水泥品种及浇筑温度有关的经验系数, 一般取0.2-0.4;
t—龄期 (天) ;
从计算结果看, 温升公式中取t=4.5d结果较接近实测值, 相对误差为
4.4 大体积混凝土工程施工过程中, 一般都采用的是矿渣水泥中低档的热水泥。
主要采用的是525R早强水泥, 在施工过程中不仅需要注意混凝土施工过程中早期温度的监控, 还需要对工程养护过程中存在的问题提前进行解决, 以免由于温差过大或者是其他原因导致混凝土裂缝问题。
结语
综上所述, 加强混凝土工程的有效施工质量控制措施, 完善混凝土工程施工过程中针对混凝土温度的质量调控, 在混凝土工程中依据混凝土的观测进行计算, 减少混凝土出现裂
摘要：本文主要结合具体的施工工程情况, 依据混凝土工程的施工方案的确定以及实施, 对大数量混凝土和大体积混凝土的区分, 提出了如何加强混凝土工程施工过程中根据混凝土的配合比来判定混凝土的整体温度控制, 再用绝热升温公式加以验证;大剂量掺加粉煤灰以降低水化热。对此进行了详细的阐述。
关键词：大体积混凝土,水化热升温,粉煤灰掺量
参考文献
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混凝土高承台 篇2
关键词：石化建筑,高桩承台,塔吊基础,设计和施工,桩计算
1 工程概况
某石化建筑工程位于广州市, 场地东侧为9至11层民房, 南侧为文明路, 西侧是文德路, 北侧为6层民房, 施工场地狭小。本工程地下4层, 地上5层裙楼, 塔楼分为5栋, 地上建筑层数分别为:A栋25层 (99m) , B1栋29层 (99m) , B2、C1、C2栋为35层 (119m) 。总建筑面积16.4万㎡, 其中地上建筑面积12.3万㎡, 地下建筑面积4.1万㎡, 建筑基底面积约6000㎡。是一座超高层商业办公住宅综合大楼。
2 工程地质情况
(1) 杂填土层, 层厚1.50~3.80m, 层底埋深3.80m。 (2) 淤泥质土, 厚1.20~3.40m, 处在稳定水位中, 层底埋深2.40~8.60m。 (3) 粉质粘土, 厚1.30~10.00m, 其中有几层夹层从上至下分为可塑、硬塑、坚硬层等, 处在稳定水位中, 层底埋深11.60~28.10m。 (4) 全风化细砂岩, 厚2.30~4.70m, 处在稳定水位中, 岩底埋深10.60~19.80m。 (5) 强风化细砂岩, 厚2.1~8.00m, 处在稳定水位中, 岩底埋深20.70~27.40m。
3 塔吊基础验算
1#塔吊采用广西建筑机械厂生产的QTZ5515型号, 塔吊基础采用冲孔桩, 每个塔吊基础4条桩, 与塔吊承台及加强平台板组成小框架, 比较塔吊基础的工作状态和非工作状态的受力情况, 塔吊基础按非工作状态计算。塔吊与承台的连接方式为预埋螺栓式, 螺栓规格按厂家要求。
3.1 按最不利受力工况设计塔吊基础承台计算
工作状态基础承台所受垂直力最大, F Z.M A X=573.00K N, 取为塔吊自重, 即F1=573.00KN;
由使用说明书得:最大起重荷载F2=60.00K N;取非工作状态最大塔吊基座承台倾覆力矩进行抗倾覆验算, 即:M1=M Y.M A X=1726.00K N.m;非工作状态基础承承受的水平力最大, 取最大水平力F=H0=1.2×71=85.2K N计算塔吊桩抗拔力及高桩承台抗倾覆验算;塔吊起重高度H=140.00m, 塔身宽底B=1.8m;混凝土强度:承台C35, 桩身C30;钢筋级别:II级, 承台长度Lc或宽度Bc=4.6m;塔吊桩直径d=0.80m, 桩间距a=3.00m;塔基承台厚度HC=1.30m, 承台箍筋间距S=200mm, 保护层厚度:50mm;塔基承台上覆土厚度:D=0.00m;承台顶面设计标高:1#塔吊为-2.70m;塔基桩与开挖基坑地面接触处临界面标高-18.1m;高桩承台临空高度:1#塔机为L0=15.40m。
3.2 塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算
塔吊自重 (包括压重) F1=573.00KN;塔吊最大起重荷载F2=60.00 KN;作用于桩基承台顶面的竖向力F=F1+F2=633.00KN;塔身传给基座的倾覆力矩M=1.4×1726.00=2416.40k N.m;塔吊承台高桩所受最大总倾覆力矩;M倾总=3728.5+85.2×Ym.max。
3.3 塔吊高桩承台位移和桩身最大内力计算
按照m法计算桩身最大弯矩:
计算依据《建筑桩基础技术规范》 (JGJ94-2008) 的第5.7.5条, 并参考《桩基础的设计方法与施工技术》。为安全和简化计算, 本计算不考虑高桩承台框架空间整体共同作用这一有利因素。⑴经计算得到桩的水平变形系数:0.818/m。⑵计算最大弯矩位置:⑶桩底面地基土竖向抗力系数C0:C0=m0h=123×10.9=1340.7MN/m3=1340700K N/m 3。。⑷嵌岩桩:
3.4 矩形承台弯矩计算
压力产生的承台弯矩为M x 1=My1=958.73KN.m, 拔力产生的承台弯矩为Mx2=-87.07KN.m。
3.5 矩形承台截面主筋计算
承台底面配筋A s x=A s y=2609m m2, 承台顶面配筋A s x=A s y=2 3 6.0 5 m m 2。承台截面实配底筋为2 3 D 1 8@2 0 0, A s x=A s y=5824m m2>2609m m2;面筋实配23D16@200, Asx=Asy=4623mm2>2609mm2, 满足安全要求。
3.6 矩形承台截面抗剪切计算
根据3.5计算可得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力V=1931.7KN, 经过计算承台已满足抗剪要求, 只需构造配箍筋。
3.7 承台角桩抗冲切验算。
计算:2315.2K N>N1=576.6K N, 满足要求。
3.8 桩抗压承载力计算
根据3.5计算得到桩的轴向压力设计值, 取其中取大值N=965.85K N, 单桩竖向极限承载力标准值按以下公式计算:Quk=Qsk+Qpk=n∑qskli+qpkli。计算得单桩最大极限承载力标准值Q u k=2606.4K N。单桩竖向承载力特征值R a=2606.4/2=1303.2K N>965.85K N, 满足要求。
3.9 桩抗拔承载力验算
依据《建筑桩基础技术规范》 (J G J94-2008) , 承受拔力的桩基应按以下公式验算群桩基础呈整体和非整体破坏时基桩的抗拔承载力:Nk≤Tgk/2+Ggp, Nk≤Tuk/2+Gp。根据塔吊桩身埋入土层地质情况, 取抗拔系数为0.6。经计算, Nk=354KN
3.1 0 高桩承台桩身强度验算
(1) 桩身偏心受压正截面强度验算
基本资料:轴向压力设计值N=670.5k N, 桩身最大弯矩:Mmax.x=164.25k N.m, Mmax.y=164.25k N.m。桩顶弹性铰接、桩式框架柱计算长度Lox==10950mm, Loy=Lox=10950mm。结构构件的重要性系数go=1.1。圆形桩截面的直径d=800m m。混凝土强度等级为C30, fy=14.33N/mm2。钢筋抗拉强度设计值fy=300N/mm2。全部纵向钢筋的截面面积As由下列公式求得:
(2) 全部纵向钢筋的截面面积As由公式N≤1/ (1/Nuo+eo/Mu) 求得。As=4029mm2。
综上所述, 本工程塔吊采用QTZ5515时, 采用桩径D=800, 桩中心距为3m, 桩身埋入土层为10.9m, 桩身上端高出基坑底面15.4m, 高桩承台基础能满足塔吊安全使用要求。
混凝土高承台 篇3
安徽省望东长江公路大桥为国家高速公路网G35 (济南至广州高速公路) 中最为便捷的过江通道, 也是北京、山东、河南通往江西、福建、广东等地的重要通道, 全线长38.025km。主桥为五跨连续组合梁、双塔双索面半漂浮斜拉桥, 跨径布置为78m﹢228m﹢638m﹢228m﹢78m=1250m。北主桥墩 (44#) 水位深 (水深21m) 、水流急, 承台为水中墩高桩钻孔承台, 平面尺寸为47m×25m, 厚8m。承台底标高-1.0m, 顶标高+7.0m。承台下设32根Φ3.0m钻孔灌注桩, 按端承桩设计, 桩底标高-43.0m, 桩基伸入承台0.2m, 桩长为42.2m。桩基呈梅花型布置, 顺桥向桩距5.0m, 横桥向桩距7.0m。
2 方案确定
望东长江大桥北主桥墩位于长江中央, 施工处水深流速大, 且长江航道行船密度大, 对江中主墩施工干扰严重, 承台本身为整体式大体积高桩承台。根据施工水位、承台位置、承台标高与河床的关系、工程特点及工期要求等综合考虑, 确定北主桥墩承台采用有底双壁钢吊箱围堰施工。围堰封底采用C25水下混凝土, 厚度为2.6m, 封底顶标高为-1m, 总方量为2190m3。承台采用C35混凝土, 分3次浇筑, 浇筑厚度依次为3m、3m、2m, 总方量为8914m3。
3 双壁钢吊箱围堰设计
3.1 工况分析
钢吊箱围堰作业时段, 设计受力状态可按照以下工况条件进行分析:
工况一:钢吊箱起吊工况;
工况二:浇筑封底混凝土工况;
工况三:抽水工况;
工况四:浇筑第一层承台混凝土工况。
3.2 受力体系介绍
在底板上焊接设置铰支座, 在钢护筒上搁置固定米字型支架, 铰支座和米字型支架之间连接Φ40mm精轧螺纹钢筋, 每个钢护筒处设置6根精轧螺纹钢筋。钢吊箱的全部重量通过精轧螺纹钢筋最终传递给钢护筒, 则32根钢护筒是整个钢吊箱的承重载体。
3.3 钢吊箱围堰的结构形式
图1所示, 双壁钢吊箱内轮廓尺寸为47.03m×25.03m, 外轮廓尺寸为50.03m×28.03m, 壁体厚度1.5m, 壁体总高度20.1m, 内设四道钢管撑, 重量约1400t。钢吊箱由壁体、底板、内支撑系统、拉杆装置等组成。
3.3.1 底板结构
钢吊箱底板结构由面板、次梁、主梁、加强梁、封边槽钢组成。主梁及加强梁采用HN350×175mm型钢, 次梁采用HN150×75mm型钢, 面板为8mm钢板, 封边槽钢采用[36槽钢。
3.3.2 壁体结构
钢吊箱壁体结构由外壁板、内壁板、纵向次梁、水平环板、水平横撑、组合梁、隔舱板等部分组成。外、内壁板采用6mm钢板;纵向次梁采用L80×50×6mm角钢;水平环板14mm钢板;水平横撑采用L100×8mm角钢与L90×8mm角钢;组合梁翼缘板采用16mm钢板, 腹板采用14mm钢板;隔舱板采用8mm钢板与14mm钢板。
3.3.3 内支撑系统
内支撑共设置4道, 水平撑采用Φ800×12mm钢管, 竖向撑采用Φ600×8mm钢管。
3.3.4 吊挂系统
拉杆采用Φ40mm精轧螺纹钢筋, 下端与底板设置的铰支座连接, 上端锚固在米字型支架上 (见图2) 。
4 钢吊箱加工
底板、壁体、内支撑全部集中在指定厂家分块制作:底板总重约150t, 分成4块, 单块最大重量约37.5t。底板在桩基位置要预先开孔, 以利于钢吊箱整体顺利沉放, 开孔位置为按照桩基完成后现场实测的Φ3.3m钢护筒位置准确定位, 开孔尺寸为钢护筒直径每侧加大200mm的预留量。同时事先在底板的各个钢护筒区周围焊接设置连接精轧螺纹钢筋的铰支座。
钢吊箱壁体总高度20.1m, 双臂高度18.7m, 单壁高度1.4m。双臂部分成3层, 分别为6.4m、6.0m、6.3m, 第一、二层分层8块, 第三层分成12块, 共计28块。壁体总重量约820t, 单块最大重量约50t。所有的壁体单元均做好编号, 并标明上下游和南北方向, 以免现场拼装混乱。
钢管内支撑分4组, 高度方向分1组, 平面分4组, 总重量约243t。内支撑做成4个整体单元, 到现场安装, 只需将4个整体单元相连即可。
5 钢吊箱拼装
钻孔桩施工结束后, 拆除护筒区平台, 从上游往下游方向拆除。平台拆除按照搭设的相反方向进行, 拆除同时进行钢吊箱拼装平台施工, 然后开始拼装钢吊箱。
5.1 底板组拼
底板按照从上游往下游方向的顺序进行拼装。具体拼装步骤为:
(1) 拼装平台施工完毕后, 在平台顶面放样底板轴线位置, 并拉出轴线。
(2) 起吊钢吊箱底板, 将其套入钢护筒内, 根据轴线初步定位。
(3) 用手拉葫芦和机械千斤顶精确调整平面位置和标高 (平整度) , 合格后, 焊接固定。
(4) 按照上述方法逐块安装其它底板, 检查其整体平整度。
(5) 主梁拼装和焊接。
(6) 纵、横面板安装。
5.2 壁体组拼
钢吊箱壁体组拼顺序为:从中间往两侧对称逐块拼装, 在两端合龙。壁体上下层接缝错开, 钢吊箱壁体组拼施工步骤如下:
(1) 底板组拼完后, 根据底板中心线放样出壁体内外轮廓线, 并做好标示。
(2) 在底板上设置限位块, 起吊壁体置于限位块内, 检查底部位置是否满足要求。用手拉葫芦 (或机械千斤顶) 调整垂直度, 吊垂线检查。
(3) 在壁体两端的内外侧同时将壁体与底板焊接固定。
(4) 继续吊装第二块壁体, 调整垂直度及端部焊缝宽度之后与底板焊接固定, 同时在壁体顶部焊接相邻壁体之间的环板。
(5) 从两侧依次拼装第一层壁体至合龙段, 安装合龙段时根据实际合龙口宽度配切合龙段。
(6) 第一层壁体焊接的同时, 在其顶部内外侧安装施工平台, 便于第二层壁体安装。
(7) 按照第一层壁体的拼装方法, 组拼第二、三层壁体。
(8) 在钢吊箱顶面焊接护栏, 安装顶层单壁体。
5.3 内支撑组拼
内支撑分4组, 高度方向每4层1组, 平面分4组。先安装整体构件, 后安装连接单件。整体构件安装前在壁体上焊接临时牛腿, 便于构件搁置, 钢管一端与壁板直接焊接, 另一端与壁板采用哈夫接头连接。
5.4 拉杆安装
拉杆为Φ40mm精轧螺纹钢筋, 长约20m, 分2根用连接器相连。拉杆下端与铰支座连接, 上端挂在临时平台上。
5.5 其他附属设施安装
在钢吊箱顶面焊接栏杆, 便于人员行走。在钢吊箱北侧壁体的内、外侧设置爬梯, 便于施工人员翻越壁体, 进出钢吊箱。
5.6 壁体水密性试验
对于内外壁板的所有对接焊缝、底板对接焊缝、隔舱板对接焊缝、内外壁板与底板的角焊缝及内外壁板与隔舱板的角焊缝均采用渗油法检验焊缝的水密性。
6 钢吊箱沉放
钢吊箱重约1400t, 采用1台1200t浮吊和1台800t浮吊共同起吊沉放, 分别承担800t和600t的起重量。具体沉放步骤为:
(1) 钢吊箱组拼完后, 提前拆除底板护筒区内支撑梁 (HN350×175mm型钢) , 使底板自重传递至壁体下支撑梁, 拆除顺序为:从底板中心往四周方向拆除, 预留四周壁体位置支撑梁。
(2) 浮吊在指定位置抛锚定位, 提前1d栓接吊具, 做好起吊准备工作。
(3) 起吊钢吊箱, 使其脱离平台30cm, 此时钢吊箱底板仍然套在钢护筒上, 割除四周壁体支撑梁。
(4) 钢吊箱支撑体系割除完后, 检查钢吊箱平面位置, 浮吊缓慢下放钢吊箱至入水自浮, 钢吊箱入水自浮状态时, 吃水深度约为6.68m。
(5) 钢吊箱入水自浮后保持浮吊起吊状态, 吊具钢丝绳收紧但不受力, 对称均匀注水并观测钢吊箱顶面高程, 保持平稳下沉。通过注水精确调整顶面高程和壁体的垂直度, 直至钢吊箱下沉至设计标高。同时调整钢吊箱的顶面平面位置。
(6) 钢吊箱沉放到位后, 在钢护筒顶口安装米字型支架, 将拉杆上端锚固于支架上, 用扭矩扳手将拉杆螺母拧紧, 并切断拉杆固定环。拉杆安装前, 长江水位变化大于100cm时, 应及时根据水位情况增减钢吊箱壁体内水深度。
(7) 由潜水员在水下安装哈夫板, 封堵钢护筒与钢吊箱底板的间隙, 并在哈夫板上堆码一层袋装混凝土。
钢吊箱顶面高程和平面位置调整, 钢吊箱注水下沉过程中在2#、5#、7#、13#、20#、26#、28#、31#钢护筒上焊接牛腿, 牛腿顶面标高+13.67m, 钢吊箱内壁设置有反向牛腿, 牛腿底面标高+13.7m。牛腿布置如图3、图4所示。
钢吊箱注水下沉至距离设计高程30cm位置后, 测量钢吊箱顶面高程, 通过注水精确调整顶面高差;继续均匀注水下沉至距离设计高程5cm位置后, 根据测量结果精确调整顶面高程至满足精度要求, 此时测量每组牛腿之间的实际间隙, 用钢板调整间隙差;再继续均匀注水下沉至每组牛腿之间接触, 通过牛腿控制顶面高程。
每组牛腿之间接触后, 测量钢吊箱顶面平面位置, 在钢护筒牛腿顶面设置30t (或50t) 千斤顶, 调整平面位置至满足精度要求, 并在牛腿之间焊接限位装置以固定平面位置。上下游水流力较大, 在上游位置布置2个50t千斤顶, 其它位置布置15t千斤顶。平面位置调整结束后, 各仓内继续均匀注水30~80cm, 使所有牛腿之间紧贴, 并焊接固定。考虑水流力影响, 下游侧壁体内注水深度大于上游侧壁体, 以便顶面平衡。
7 结语
望东长江大桥北主桥墩自2013年4~6月顺利完成了钻孔平台拆除、钢吊箱组拼、沉放、封底和承台混凝土浇筑等全部工作, 在6月10日长江最高水位来临之前完成了承台第一层混凝土浇筑, 解除了北主桥墩整个施工过程中的最大风险。受到了业主及监理单位的一致肯定, 证明此深水高桩承台有底双壁钢吊箱围堰设计与施工技术对缩短工期、降低成本、保证承台施工质量起到了很好的效果, 为类似工程提供了借鉴。
摘要：随着高速公路、铁路建设的飞速发展, 大跨径深水桥梁基础多采用群桩基础, 大体积混凝土承台, 水中承台与钢吊箱围堰的设计施工密不可分。双壁钢吊箱围堰结构强度高、防水性能好, 并且结构简单、施工方便, 适用于桥梁深水高桩承台的施工。本文根据以往施工的经验, 结合安徽省望东长江大桥北主桥墩承台钢吊箱的施工实际, 探讨双壁钢吊箱围堰的设计和施工, 为同类工程提供参考。
关键词：高桩承台,钢吊箱,围堰,设计,施工
参考文献
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[3]交通运输部, 中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2011.
大体积混凝土承台施工方法 篇4
混凝土施工是本承台的关键, 但钢筋制作也不可轻视。由于承台面积大又高, 钢筋骨架很庞大, 骨架很不稳定。加上施工时施工人员在上面来回走动及一些施工机械传递的荷载, 往往会导致钢筋骨架的变形、倾斜;钢筋的间距很难控制在设计要求内。钢筋根本达不到设计的受力要求。如果不采取相应的措施, 往往要进行大量的返工处理, 不仅浪费了人力、财力, 而且还影响了工期, 打乱了已安排好的计划。我们在施工本桥承台时, 事先考虑可能出现的问题并提前采取的相应的措施, 保证施工按计划正常进行。
1) 保证钢筋网上下层间距:用短钢筋焊接支撑定位。2) 保证竖向钢筋垂直不倾斜:采用搭设临时脚手架钢筋辅助支撑, 钢筋绑扎成型后, 拆除临时脚手架。3) 保证骨架的整体稳定性:利用一定数量的辅助钢筋斜撑或剪刀撑。
另外, 本桥施工过程中还遇到一个问题:主墩墩身钢筋设计为Ф28, 主筋数量共602根, 钢筋重量较大。原设计埋入承台长度3.5米, 下面悬空2.5米。也就是说, 在浇筑承台混凝土施工, 预埋的墩身钢筋重量全部由承台钢筋骨架承受。我们经过粗略的计算发现承台自身的钢筋骨架根本无法承受602根墩身钢筋传来的荷载。于是我们及时跟设计单位联系, 进行了变更。把墩身主筋加长至承台底, 使整个墩身预埋钢筋重量支撑于承台底面。
2 大体积混凝土施工
大体积混凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝。由于混凝土体积大, 水泥水化热释放能量比较集中, 内部温升比较快。混凝土内外温差大, 导致裂缝产生, 给结构埋下严重的质量隐患。所以必须从根本上分析它, 来保证施工的质量。
大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝, 一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素:结构的外部约束和混凝土各质点间的约束, 阻止混凝土收缩变形, 混凝土抗压强度较大, 但受拉力却很小, 所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时, 即出现裂缝。总而言之, 产生裂缝的主要原因有水泥水化热、外界气温变化和混凝土的收缩。
2.1 混凝土原材料的选择及配合比优化
配置原则:配置的混凝土具有水化热低、可泵性好、抗裂性能好的特点。结合本地区水泥供应实际情况我们选择了南岗32.5普通硅酸盐水泥。该水泥属水化热品种的水泥, 能有效的降低砼温度上升, 达到低水化热效果。配合比设计中还掺入适量的粉煤灰优化砼和易性及降低水泥水化热。在外加剂的选用上, 我们选择了北京科宁砼外加剂有限公司生产的ADD-5泵送剂。该外加剂不仅有泵送的作用, 而且还有缓凝减水的作用。可以适当的增长混凝土的初凝时间, 避免了浇筑过程中冷缝的出现。
2.2 浇筑工艺
1) 结合施工现场实际情况, 我们取消使用现有的拖地式输送泵, 而是从地方上租用了泵车进行浇筑。由于承台面积很大, 如果采用拖地式输送泵, 那么在浇筑过程中就要经常拆除挪动泵管, 这样会需要大量时间。在浇筑下一层混凝土前, 混凝土已达到初凝时间, 出现了施工冷缝。影响结构的整体性能及外观质量。而采用泵车施工就避免了这一情况的发生, 泵车可以随便移动, 可以随时浇筑任何位置。保证了在混凝土初凝前开始浇筑下一层, 杜绝了施工冷缝。
2) 混凝土采用分层连续浇筑。浇筑顺序:横桥方向从左往右全断面摊铺, 分层厚度严格控制在30cm左右。待30cm全断面布料完毕, 再重复开始位置继续浇注下一层。分层间隙未超过试验时确定的砼初凝时间。
3) 施工采用的是泵送混凝土, 坍落度较大, 混凝土在浇筑振捣过程中产生的大量泌水, 我们禁止在模板上随便烧眼把水排出去, 这样做的话可能水泥浆也会跟着流出去。我们安排专人负责制, 人工把水舀出去。
2.3 冷却管的埋设和使用
2.3.1 冷却管的埋设
根据混凝土内部温度分布特征, 承台混凝土0.5m以下布设冷却水管, 冷却水管均为Ф40×3mm的铁皮管, 其水平及竖向间距均为1m。
2.3.2 冷却管的使用
1) 冷却管安装时, 要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠。使用前进行压水试验, 防止管道堵水和漏水。2) 为了保证冷却水的降温效果, 根据现场实际情况, 合理选择水泵, 并派专人负责检修, 保证冷却系统正常工作。3) 混凝土养生期间, 冷却管连续通水12天以上, 每个出水口流量大于15L/min。
2.4 测温点的埋设和使用
在承台内竖向布置5根测温管, 测温管采用内径φ40mm、壁厚3m m钢管制作, 每根长度4m, 下端用钢板与管口焊接, 确保不漏浆, 承台钢筋绑扎完成后, 插入测温管, 测温管与承台钢筋焊接牢固, 测温管下端与承台底平齐, 上口高于承台50cm, 测温管管口用木塞堵塞, 防止混凝土落入管内, 测温时用皮尺绑扎温度计可测定每一高度的承台混凝土温度。温度计在每一测点的停置时间在5分钟以上, 确保温度计读数的准确。
混凝土浇筑后即开始安排专人测温并进行记录, 我们共记录了混凝土浇筑后的十四天时间。一天三次, 早中晚各一次。根据记录结果我们发现:混凝土内部最高温度出现在混凝土浇筑后的第三天, 然后一直持续六天左右混凝土内部温度才慢慢降下来。在此期间, 循环水不能中断, 一旦混凝土内部温度升高, 循环水根本不能起到降温的效果, 它只能维持这个温度不再上升。之后的几天内温度将趋于平衡, 可以停止循环水。
2.5 混凝土养护
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高强度的混凝土结构。
本工程采用了冷却水管出水养护, 既能达到湿养护的目的, 又达到了保温的效果, 还节约了水资源。另外, 结合新疆本地气候情况, 昼夜温度变化很大, 白天温度很高。我们在混凝土表面覆盖了一层土工布, 这样既可以加强混凝土表面的潮湿养护, 防止白天温度太高出现干缩裂缝, 又可以防止晚上气温急剧下降起到一定的保温作用, 保证混凝土内表温差。
3 结语
混凝土高承台 篇5
某大桥为分离式桥梁, 主桥为预应力混凝土连续刚构, 引桥为装配式预应力混凝土T型简支梁, 其中主墩承台共4个, 其结构尺寸均为:13.5m×8.5m×4.0m, 每个承台小计混凝土459m3。根据设计方及业主要求, 整个承台混凝土一次浇筑完成, 该承台隶属大体积混凝土结构。设计文件拟定的降温系统为循环水降温 (即在承台内埋设3道, 每道125m的冷却水管) 。
2 大体积混凝土产生温度裂缝的机理
大体积混凝土产生温度裂缝, 是混凝土随着温度变化而发生膨胀或收缩的结果。一方面是混凝土由于内外温差而产生应力和应变, 另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束来阻止这种应变。一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度时, 即会出现裂缝。
现将产生裂缝的主要原因分述如下:
2.1 水泥的水化热作用
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三个阶段。升温阶段:水泥产生的水化热大量地聚集在混凝土内部不易散发, 内外温差使混凝土内部产生压应力, 外部产生拉应力, 若大于相应龄期的容许拉应力时就有可能产生裂缝;降温阶段:新浇混凝土受内部钢筋、封底混凝土及桩头约束而不能自由收缩, 此时弹性模量相对较低, 若降温梯度过大就容易产生较大的温度拉应力, 当该拉应力大于相应龄期的混凝土容许拉应力时, 也容易产生温度裂缝, 因此水泥的水化热作用是影响大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素。
2.2 外界气温变化的影响
大体积混凝土在施工阶段, 受外界气温变化的影响是显而易见的。因为外界气温愈高, 混凝土的浇筑温度也愈高, 而外界温度下降, 又增加了混凝土的降温幅度, 从而增加内外混凝土的温度梯度。砼内部的温度是各种温度的叠加, 而温度应力则有温差所引起的温度变形造成的;温差愈大, 温度应力也愈大。
2.3 约束条件与温度裂缝的关系
大体积混凝土由于受到温度变化会产生变形, 而这种变形又受到自身和外界的约束, 便产生了应力, 这就是温度变化引起的应力状态。而当应力超过某一数值时, 便引起裂缝。
2.4 混凝土的收缩变形
混凝土中80%的水分需要蒸发掉, 而多余的水分蒸发会引起混凝土体积的收缩, 这种收缩很大程度上是有可逆现象的。若有约束, 即可引起混凝土的开裂, 并随龄期的增加而发展。
3 防止大体积混凝土产生温度裂缝的措施
通过对大体积混凝土产生裂缝的机理分析, 在施工过程中主要从降低水泥水化热、通水散热、混凝土养护、严格控制拆模时间等几方面做好混凝土温度控制工作, 确保内外温差控制在25℃以内, 尽量降低混凝土内部温度的升降速率, 从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀的性能。
3.1 材料选择
水泥:大体积混凝土施工中应选用水化热较低的水泥, 如矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥, 同时要把抗压强度、坍落度和混凝土的绝热温升综合考虑起来。某些水泥的水化热虽然较低, 但强度较低, 在配制混凝土时就需要较多的水泥, 这样混凝土的绝热温升要比采用水化热大、强度高的水泥还要多。
粗骨料:选用粒径较大、级配良好的卵石配制的混凝土, 和易性较好, 抗压强度较高, 同时可以减少用水量及水泥用量, 从而使水泥水化热减少, 降低混凝土绝热温升。
细集料:采用赣江中砂, 选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右, 同时相应减少水泥用量, 使水泥水化热减少, 降低混凝土绝热温升, 并可减少混凝土收缩。
外加剂:通过分析比较及过去在其他工程上的使用, 本混凝土所用外加剂确定为FLW-2缓凝高效减水剂, 该减水剂属阴离子表面活性剂, 主要成分是β-萘磺酸甲醛缩合物。可有效地减少用水量、节约水泥用量、增大坍落度、减低水灰比、提高早期强度, 同时可有效地降低水化热峰值, 对混凝土的收缩有补偿功能, 从而提高混凝土的抗裂性。
3.2 冷却系统
冷却系统由两部分组成, 一部分为外部水系循环系统, 即设有一个50m3的高压水池和一个200m3蓄水池构成循环水;另一部分为承台内部水系, 每个承台内部设有3层直径32mm的冷却水管, 每层冷却管间距为1.0m, 同一层冷却管相邻管间距为1.0m。
3.3 混凝土施工
为确保大体积混凝土施工质量, 保证施工连续进行, 混凝土浇筑时应采用“分区定点、一个坡度、循序推进、多层到顶”的浇筑工艺。浇筑时先在一个部位进行, 待达到一定高度后 (一般30cm厚, 有利于混凝土的散热) , 混凝土形成扇形向前流动, 然后在其坡面上连续浇筑, 依次类推, 最后再移动回原位继续上次循环浇筑。混凝土的浇筑顺序为自墩身预留钢筋位置向外浇筑, 主要目的是保证墩身附近处混凝土的质量。在浇筑混凝土过程中振捣要全面、到位, 防止漏振及离析现象发生, 每次振捣上一层同时, 应插入下一层混凝土5cm左右。在浇筑过程中会产生一定量的泌水和浮浆, 为防止混凝土实体表面收缩裂缝, 施工中为此在两侧的模板处设置预留孔, 可以随时将泌水及浮浆排出, 提高了混凝土的密实性。在施工过程中确保混凝土的下落高度小于2.0m。在每层冷却管全部覆盖后, 经1h后即将该层冷却水开通, 开始时水流速度速度不宜过快。随时间推移水流速度逐渐增大, 浇筑后第三天时通内部温度最高, 水流速度最大。水流速度根据水温及混凝土内部温度确定。
3.3 养护及拆模
养护主要是起到保湿和保温作用, 保温的主要目的是减少混凝土表面的热扩散, 降低表面的温度梯度, 防止产生表面裂缝;而保湿的主要目的是防止混凝土表面出现收缩裂缝。混凝土浇筑前即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, 起到良好的保温效果。在浇筑完混凝土后12~18小时内, 在承台上表面铺设一层毛毡和两层草袋洒水养生 (若天气炎热干燥可提前养护) 。并坚持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。混凝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℃, 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 (一般需要5天) 。拆模后将承台侧面用一层毛毡外加两层草袋将侧面模板覆盖, 并晒水养生。养护时间不得少于14天, 若天气炎热干燥应延续养护期至28天。
4 结束语
某大桥右线桥3#墩承台大体积混凝土于5月2日16:20时开始浇筑, 5月3日18:30时浇筑完毕, 历时26小时10分钟, 浇筑混凝土459m3。经通水冷却14天后, 拆模观察:表面平整、光洁, 没有发现温度裂缝, 证明采取的温控措施是有效的。结合整个施工过程, 得出以下结论供同类基础施工借鉴:
(1) 完善的施工方案、充分的原材料准备、合理的人员和机械设备配置是大体积混凝土顺利完成的基本要素。
(2) 大体积混凝土的施工必须从原材料、混凝土的配合比开始控制。
(3) 合理的设置冷却系统及测温系统、严格的施工过程控制是防止大体积混凝土温度裂缝关键。
混凝土高承台 篇6
1 基于Morison方程的桥梁供水压力计算
Morison方程将动水压力按两部分来计算, 一部分是由流体的黏滞效应而引起的拖拽力, 另一部分则是由附加质量效应而引起的惯性力。
设处于水中的铅直柱体的运动位移为x, 波浪水质点在柱体轴中心位置处的水平位移为u, 地面运动位移为xg, 由Morison方程, 单位长度铅直柱体上沿x轴方向的波浪力为[2,3,4]:
式中:ρ为水的密度;V为单位长度柱体的体积;AP为单位长度柱体在垂直于波浪运动方向上的投影面积;为水的绝对速度和绝对加速度;为柱体结构的相对速度和相对加速度;;为地面运动速度和加速度;CM为动水惯性力系数;CD为动水阻力系数。
假定水流速度为零, 同时Morison方程忽略了结构存在对水的影响, 结构运动不会产生水的运动, 这样水的速度和加速度都为零[2,3,4]。则上式就可以写成
式中: (CM-1) ρV为柱体单位长度上的动水附加质量;12CDtAP为柱体单位长度上的动水附加阻尼。
由Morison方程建立考虑动水压力的结构在地震作用下的运动方程为:
式中:M、K和C分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵;Mw和Cw分别为由Morison方程得到的结构附加质量和附加阻尼矩阵。
在有限元模型中, Mw和Cw的元素可按下式计算:
式中:Mwi为第i个单元的附加质量;Cwi为第i个单元的附加阻尼。
以上公式都是由圆柱体推导出来的, 对于桥梁中常见的矩形桥墩 (见图1) , 其单位高度上的动水附加质量可通过等效圆柱体单位高度上的动水附加质量乘以一个修正系数Kc得到[5], 即:
式中:D为垂直于柱体运动方向的截面尺寸;B为平行于柱体运动方向的截面尺寸;Mwr为矩形截面柱体单位高度上的动水附加质量;Mwc为直径为D的等效圆柱体单位高度上的动水附加质量。
利用文献[6]给出的试验数据, 得到以矩形截面形状参数D/B为参数的修正系数的近似计算公式:
对于群桩基础, 桩与桩之间会产生干扰效应和遮蔽效应, 并且这2种效应会随着桩间距的增大而减小。设l为桩柱中心距, D为桩柱直径, 当l/D≥4时, 可以忽略干扰效应和遮蔽效应;当l/D<4时, 则必须考虑干扰效应和遮蔽效应[4], 计算动水质量时应将作用于单桩上的动水压力乘以相应的群桩系数 (见表1) 。根据以上计算得到桥梁各部位的动水附加质量见表2。
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2 动水压力下桥梁地震反应分析
预应力混凝土连续刚构桥的跨径为 (68+125+68) m, 横断面为单箱单室直腹板, 采用高桩承台桩基础。河床表面为较薄的卵石层, 其下均为砂质泥岩。总体布置图如图2所示。混凝土等级主梁为C55, 墩身为C35, 承台和基础为C30, 设计基本地震加速度峰值为0.20 g。桩-土相互作用采用土弹簧模拟, 土弹簧刚度采用m法计算[8]。混凝土的本构采用Mander模型, 钢材的本构采用Menegotto-Pinto模型;非弹性铰特性值采用kinematic hardening滞回模型, 由此建立的纤维模型如图3所示。
采用El Centro波进行非线性时程反应分析, 其加速度时程曲线和傅里叶谱曲线如图4和图5所示, 从傅里叶谱曲线中可以看出El Centro波的卓越频率为1.47 Hz。
对相对水深为0%、45%、65%和100%时全桥的地震响应进行分析, 其中相对水深= (水深/河床以上下部结构高度) ×100%, 而河床以上下部结构高度包括河床以上的桩身高度 (9 m) 、承台高度 (3.5 m) 和墩身高度 (6.5 m) 。桥梁处于不同水深时前5阶自振频率和振型特征见表3。由表可知, 随着水深的增加, 施加在结构上的动水附加质量也增加, 所以自振频率会减小。
表4为全桥在El Centro波作用下2#桥墩的墩顶位移和墩底内力, 从表中可以看出, 无论顺桥向还是横桥向墩顶位移均随水深的增加而增大, 在相对水深为65%时顺桥向的墩底轴力、墩底剪力和墩底弯矩达到最大值, 以后随着水深的增加而减小;在相对水深为45%时横桥向的墩底轴力、墩底剪力和墩底弯矩达到最大值, 以后随着水深增加而减小, 说明桥梁已进入塑性且横桥向要比顺桥向更易进入塑性。
图6和图7为2#桥墩墩顶位移在不同水深时与无水时的时程曲线, 从曲线中可以看出, 在同一时刻有水时的墩顶位移均要大于无水时的墩顶位移, 说明动水附加质量会增大桥梁的地震反应, 且水深越大地震反应也越大。
3 结论
(1) 动水压力会改变桥梁的自振特性, 且自振频率会随着水深的增加而减小。
(2) 动水压力会增大桥梁的地震反应, 水深越大地震反应也越大, 尤其进入塑性后, 位移发展很快, 在本工程中动水压力的影响最大可达40%以上。
综上, 处于深水中的高桩承台连续刚构桥在进行抗震设计时应考虑动水压力的影响。
参考文献
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[4]王树青, 梁丙臣.海洋工程波浪力学[M].青岛:中国海洋大学出版社, 2013.
[5]Borgman L E, Spectral analysis of ocean wave forces on pilling[J].Proc of ASCE, 1967, 93 (2) :129-156.
混凝土高承台 篇7
关键词：大体积混凝土,水化热,承台,管冷
1 概述
本文案例承台长×宽×高分别为34m×13.2m×4m (见图1) 在高度方向分两阶段施工:第一阶段施工高度2.5m, 第二阶段施工高度1.5m。由于承台尺寸较大, 在承台施工过程中, 浇注混凝土产生的水化热较高[1,2], 需通过各种措施降低水化热, 避免由于水化热导致的温度裂缝出现。本文利用有限元软件MI-DASCIVIL 2006计算了考虑管冷作用的承台水化热分析 (见图2) , 计算了不同施工工况下混凝土承台温度、应力、位移等随时间的变化过程。
2 水化热计算参数介绍
承台浇筑所产生的混凝土水化热将通过与空气对流、与地基热传导及管冷降温方式进行能量传递, 下面分别对各参数加以介绍。水化热为本文计算热源, 采用粉煤灰混凝土, 每立方米水泥用量240kg, 浇注温度30o C。计算得到混凝土最大绝热温升37.4o C, 混凝土浇注4~6天时水化热温度达到峰值。环境函数指的是外界介质温度函数, 在土木工程中一般输入大气温度函数。温度每天以正弦曲线形式变化, 其中平均温度25o C, 最高温度30oC, 最低温度20o C。单元对流边界采用对流系数为12 k J/mm2*hr*[C], 地基边缘固定温度20o C, 混凝土材料比热0.25kcal/kg*[C], 热传导率为25kcal/m*hr*[C];地基材料比热0.20kcal/kg*[C], 热传导率为18kcal/m*hr*[C]。根据设计规定, 承台沿高度方向布置三道管冷用于降低混凝土水化热, 冷却时间约为初浇的10至15天。冷却水管采用外径30mm, 壁厚2.5mm的普通钢管, 水流量为每分钟10~20升/分钟, 管冷在承台中的布置实际图片及有限元模型见图3。
3 水化热计算结果分析
图4所示为应力与容许抗拉强度曲线, 可见混凝土浇筑30小时后, 混凝土最大拉应力小于容许抗拉强度, 混凝土承台的受力处于安全状态。
图5分别为底层管冷、中层管冷及顶层管冷的出水温度随时间变化曲线。由以上管冷出水温度随时间变化曲线可以看出, 管冷内水温随着水化热的增加不断提高, 最高出水温度超过50 o C, 超过了设计要求的进出水温差小于10 o C的规定, 因此需对其加以关注。
由以上管冷出水温度随时间变化曲线可以看出, 管冷内水温随着水化热的增加不断提高, 最高出水温度超过50 o C, 超过了设计要求的进出水温差小于10 o C的规定, 因此需对其加以关注。
根据对混凝土承台内部出水温度实际测量发现, 出水温度最大值约50 o C, 与理论结果温和良好。由于混凝土承台内部钢筋布置紧密, 因此未发现承台出现裂缝。
4 结论
本文分析了伊通河大桥大体积混凝土承台的水化热效应, 综合考虑了材料的热工性能、管冷的降温效果以及地基的边界条件, 得
到结论如下:
4.1 混凝土浇筑30小时后, 混凝土最大拉应力小于容许抗拉强度, 混凝土承台的受力处于安全状态。
4.2 由管冷出水温度随时间变化曲线可以看出, 管冷内水温随
着水化热的增加不断提高, 最高出水温度超过50 o C, 超过了设计要求的进出水温差小于10 o C的规定, 因此需对其加以关注。
4.3 根据对混凝土承台内部出水温度实际测量发现, 出水温度最大值约50 o C, 与理论结果温和良好。
由于混凝土承台内部钢筋布置紧密, 因此未发现承台出现裂缝。
参考文献
[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制研究[M].北京:中国电力出版社, 1999.