大体积混凝土施工方案上报.docx
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大体积混凝土施工方案上报
大体积混凝土施工方案
一、编制依据、编制原则、适用范围
1.1编制依据
1.(大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009);
2.《铁路混凝土工程施工技术指南》(铁建设【2010】241号);
3.《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010);
4.《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10752-2010);
5.《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB1005-2010;
6.《建筑施工计算手册》第四版;
7.新建徐州至盐城铁路站前工程施工图及其它相关设计资料;
8.盐城地区气温、气象资料。
1.2编制原则
1.控制性原则:
严格混凝土施工的温度和温度应力控制。
2.双降双保的原则:
严格降温度降温差、保湿度保温度的施工工艺。
3.责任性原则:
严格施工方法、施工顺序、施工单元、施工工艺、施工方式等责任落实。
4.程序化原则:
严格施工工序、施工工艺、施工责任的程序化。
1.3适用范围
本方案适用于徐盐铁路Ⅶ标二分部施工范围内大体积混凝土工程的施工。
二、工程概况
2.1工程简介
中铁十局集团有限公司徐盐铁路Ⅶ标二工区合同段位于阜宁县境内,起止里程DK271+560.145-DK280+429.180,施工线路长7.87km。
本标段内工程项目内容主要包括:
阜宁(南)车站一座,总长1.76km,软基处理采用的塑料排水板28518根/334204米;多向水泥搅拌桩4695根/54533;预应力空心方桩6996根/167753米;布袋桩12463根/188892米。
改良土43.07万方、级配碎石4.25万方、碎石垫层5.5万方、A组填料1578方,土工格栅19.6万平方米。
桥涵工程:
建湖特大桥一座(我工区施工0#台~193#墩),共计6.319km,桩基共1583颗,承台194个,墩台194个;潮河连续梁一联60m+100m+60m。
框架小桥三座:
DK271+779框架小桥、DK272+067框架小桥、272+865框架小桥。
共计1430.18顶平方。
框架涵四座,共计91横延米。
2.2水文地质条件
本段范围内地形较平坦,地层主要为软塑~硬塑黏性土,稍密~中密粉土,中密~密实的砂类土等,场地土类型为软弱土~中硬土,无不良地质,特殊岩土主要为软土及松软土。
地表水及地下水对混凝土结构具有氯盐和硫酸盐侵蚀。
根据地勘报告,徐州台~DK275+200地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期分区为3区,场地分类为Ⅳ类;DK275+200~DK281+700地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期分区为3区,场地土类型为III类。
2.3气象特征
本线所经区域属温热带—亚热带、湿润—半湿润季风气候区,四季气候分明。
属暖温带季风气候,濒临黄海、海洋调节作用非常明显,因而雨水丰沛,雨热同季,日照充足,无霜期较长。
沿线年平均气温在13.6℃~14.4℃之间,年最高气温35.7℃~40.2℃,年最低气温-10.4℃~-19.7℃,最热月(7月)平均气温26.3℃~34.4℃,最冷月(1月)平均气温-5.1℃~1.5℃。
年平均降水量为883.6mm~976.5mm,年最大降水量1212.4mm~1756.6mm,月最大降水量477.0mm~1073.2mm(7~8月份),年平均蒸发量1408.6mm~1584.6mm,年最大蒸发量1654.7mm~2083.5mm。
季节性冻土深度0.15m~0.25m。
除阜宁县为寒冷地区外,其他地区为温暖地区。
2.4施工准备情况
项目部临时驻地已完成,砼拌合站、钢筋加工厂已投入使用,中心试验室已标定完成并投入适用,施工便道已贯通,各种大型机械设备已进场并能满足施工需要,工人生产生活设施已建设完毕,现场具备大面积开展施工作业条件。
三、大体积混凝土施工一般规定及特点
3.1大体积混凝土施工一般规定
根据《大体积混凝土施工规范》规定,混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土,或预计会因混凝土胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
3.2大体积混凝土施工的特点
大体积混凝土施工具有结构厚、体型大、钢筋密、混凝土数量多。
工程条件复杂和施工技术要求高。
混凝土的截面尺寸较大,在混凝土硬化期间水泥水化过程中温度增高,使混凝土内外温差过大,内外温差产生的温度应力大于混凝土的抗拉应力,是导致混凝土结构出现裂缝的主要因素。
在混凝土施工中必须考虑温度应力的影响,主要是采用相应的技术措施控制内外温差,减小混凝土内外由于温度差产生的温度应力。
四、大体积混凝土施工组织及目标
4.1管理目标
(1)安全目标:
消灭重大责任事故,杜绝交通运输重大责任事故和重大火灾、爆炸事故、机械设备大事故,控制一般责任事故。
1)消灭人身伤亡责任事故;
2)消灭机械设备大事故及以上责任事故;
3)消灭工程爆破责任事故;
4)消灭既有线施工中行车险性及以上责任事故;
5)消灭重大火灾事故;
6)消灭轨道车运行责任事故;
7)消灭铁路交通安全责任事故。
(2)质量目标:
确保本工程质量标准达到国家、行业和铁路总公司(含原铁道部适行)验收标准,一次验收合格率达到100%。
4.2组织机构
为加强大体积混凝土施工组织管理,确保工程建设工期、质量、安全,全面实现预期目标,针对大体积混凝土施工特点,以精干高效、以岗定人的原则,组建职能完善、体系健全、精干高效的管理机构。
大体积混凝土施工领导小组:
(1)组长:
姜武、任健
(2)副组长:
杜兵、路喜文、潘卫东、程鹏
(3)组员:
李金鹏、李振都、陈卫卫、陈勇智、王琪、李露
大体积混凝土施工领导小组职责:
(1)组长:
负责大体积混凝土施工方案的全面落实及督促工作。
(2)副组长:
制定大体积混凝土施工管理办法,明确分工,责任到人;编制总体大体积混凝土施工方案,并监督、检查、指导方案的落实;包保各分部大体积混凝土施工方案的落实及督促工作。
(3)物资部:
负责大体积混凝土施工物资供应。
(4)搅拌站:
负责混凝土原材料及混凝土供应。
(5)工程部:
负责制定现场大体积混凝土施工方案,并组织落实。
(6)安质部:
负责制定大体积混凝土施工期间的安全质量管理方案及相关应急预案,并贯彻落实。
(7)试验室:
负责大体积混凝土施工期间原材料、混凝土出机、入模温度的检测及大体积混凝土施工期间混凝土试块的管理。
(8)财务部:
负责大体积混凝土施工的资金投入。
五、大体积混凝土施工
5.1施工工艺
混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土,或预计会因混凝土胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
大体积混凝土的施工工艺为:
施工准备--浇筑工艺--振捣--泌水处理--表面处理等。
主要步骤为浇筑和振捣,所以应尽可能地降低混凝土的入模温度。
如采用地下凉水或冰水拌制混凝土,砂、石子料场搭设防晒棚,其次大体积混凝土基础的整体性要求高,要求混凝土连续浇筑,一气呵成。
施工工艺上应做到分层浇筑、分层捣实,并控制浇筑层厚度和进度。
根据整体性要求、结构大小、钢筋疏密、混凝土供应等具体情况,混凝土的浇筑采用平面和斜面相结合的分层方法,分层厚度一般控制在30cm左右。
使用插入式振捣棒捣固,垂直振捣和斜向振捣操作时,快插慢拔,避免分层离析或形成空洞,且应上下抽动,振捣均匀,分层灌注时振捣上层应插入下层5~10cm。
每点振捣20~30秒,视混凝土表面不再显著下沉,不再出现气泡、泛出灰浆为止。
20~30分钟后进行复振。
浇筑完1小时内抹平一次。
初凝前2小时进行二次抹压。
5.2施工方法及措施
5.2.1大体积混凝土施工温控指标
1.混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃;
2.混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25℃。
3.混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。
4.混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。
5.2.2施工准备
大体积混凝土的施工技术要求比较高,特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。
因此需要从人员组织、机械安排、材料选择上、技术措施等有关环节做好周密的安排布置,才能保证大体积混凝土浇注的连续性,确保施工质量。
1、人员组织
对于混凝土方量大,浇注时间长,为防止出现因连续作业施工,工作人员劳累而造成工作质量下滑的情况,需要在施工前对人员进行合理的组织安排。
采取以下措施:
(1)对所有参与施工的人员进行严格技术交底,使其充分掌握具体施工工艺,树立质量第一的意识。
(2)严格划分人员作业值班表,保证现场每一作业时间段内都有主要施工负责人进行现场管理和技术指导工作,投入足够的一线施工人员。
(3)细化振捣工的作业范围,签订施工质量责任状。
2、机械设备
施工拟采用泵送、吊车浇筑混凝土或溜槽入模方式。
为保证混凝土灌注连续进行,施工混凝土拌合采用集中拌合。
混凝土施工前对拌和站、混凝土输送设备、振动棒、电路进行全面检查,并进行调试,保证其在施工过程中的正常运转,并对易损坏部件提前购置备用件。
大体积混凝土施工主要机械见下表
大体积混凝土施工机械一览表
序号
型号
型号
单位
数量
备注
1
混凝土搅拌站
HZL120
座
2
二分部拌合站
2
8m3混凝土输送灌车
8m3
辆
12
性能良好
3
装载机
CLG50
台
2
性能良好
4
钢筋切断机
台
5
性能良好
5
钢筋弯曲机
台
5
性能良好
6
电焊机
台
5
性能良好
7
挖掘机
台
6
性能良好
8
吊车
台
3
性能良好
9
泵车
台
1
性能良好
10
发电机
台
2
性能良好
11
振动棒
台
20
性能良好
5.2.3材料选择
1.水泥
考虑普通水泥水化热较高,特别是应用到大体积混凝土中,大量水泥水化热不易散发,在混凝土内部温度过高,与混凝土表面产生较大的温度差,便混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。
当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝,因此确定采用质量稳定有利于改善混凝土抗裂性能,C3A、C2S含量相对较高的、水化热比较低的硅酸盐水泥。
2.粗骨料
采用碎石,粒径5~31.5mm,并连续级配,含泥量不大于1%。
选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土,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,降低混凝土温升。
3.细骨料
采用级配良好的中砂,细度模数大于2.3,含泥量不大于3%。
4.粉煤灰
为了改善混凝土的和易性,考虑掺加适量的粉煤灰。
按照规范要求,采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时,其粉煤灰取代胶凝材料的最大限量为40%。
粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利,但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低,对混凝土抗渗抗裂不利,因此粉煤灰采用外掺法,即不减少配合比中的水泥用量。
按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。
5.外加剂
大体积混凝土施工所用外加剂与普通混凝土有所不同,应具备下列特点:
(1)缓凝作用:
外加剂的缓凝作用可使水泥水化放热速率减慢,有利于热量消散,使混凝土内部温升降低。
(2)高效减水作用:
高效减水作用能大幅度减少混凝土拌和用水量,在W/C保持基本不变的情况下,可大幅度减少混凝土的水泥用量,亦即降低产生水化热的内因。
本工程使用减水剂具有减水和缓凝双重作用,延长混凝土凝结时间,保证混凝土整体性浇筑,同时加长混凝土内部散热过程,避免温度裂缝。
6.拌合用水
水必须干净而不受污染。
本施工段采用自来水,并且通过水质化验满足混凝土拌制要求。
拌和水用量不大于175kg/m3。
水质符合国家现行标准《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB1005-2010、J1167-2011的规定。
5.2.4混凝土配合比
1.大体积混凝土配合比的设计除符合设计强度等级、耐久性、体积稳定性等要求外,还要符合大体积混凝土施工工艺特性的要求,同时符合合理使用材料、降低混凝土绝热温升值的原则。
2.混凝土拌合物在浇筑工作面的坍落度不大于160mm。
3.拌合用水量不大于175kg/m3。
4.粉煤灰掺量适当增加,但不超过胶凝材料用量的40%;矿渣粉的掺量不超过胶凝材料用量的50%,两种搀和料总量不大于混凝土中胶凝材料重量的50%。
5.水胶比不大于0.55。
5.2.5热工计算
①以C40混凝土施工为例进行热工计算。
C40混凝土配合比
材料名称
水泥
砂子
碎石
粉煤灰
矿粉
水
外加剂
数量(kg)
302
689
1124
86
43
152
4.31
(1)混凝土拌合的理论温度
混凝土拌合物的热量系各种材料提供的热量,按材料的重量、比热及温度的乘积相加求得,混凝土拌合物的温度按下式计算:
To=[0.92(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-wsamsa-wgmg)+c1(wsamsaTsa
+wgmgTg)-c2(wsamsa+wgmg)]÷[4.2mw+0.92(mce+msa+mg)]
式中:
To—混凝土拌合物温度(℃);
mw、mce、msa、mg—水、水泥、砂、碎石的用量(kg);
Tw、Tce、Tsa、Tg—水、水泥、砂、碎石的温度(℃);
wsa、wg—砂、碎石的含水率(%);
c1—水的比热容[KJ/(kg×K)]、c2—冰的溶解热(KJ/kg)。
当骨料温度>0℃时,c1=4.2,c2=0;当骨料温度<0℃时,c1=2.1,c2=335。
mw、mce、msa、mg取值分别为:
151kg、306kg、732kg、1099kg;
Tw、Tce、Tsa、Tg取值分别为:
10℃、35℃、20℃、20℃;
wsa、wg取值分别为:
2%、0.5%。
代入上式得:
T0=19.46℃
(2)混凝土拌合物的出机温度
混凝土拌合物的出机温度按下式计算:
T1=T0-0.16(T0-Ti)
式中:
T1—混凝土拌合物的出机温度
Ti—搅拌机棚内温度,取35℃。
代入公式得:
T1=21.95℃。
(3)混凝土运输和浇筑成型温度
混凝土经运输到浇注时的温度按下式计算
T2=T1-(αtt+0.032n)×(T1-Ta)
式中:
T2—混凝土拌合物经运输到浇注时的温度(℃);
tt—混凝土拌合物经运输到浇注时的时间(h);
n—混凝土拌合物运转次数;
Ta—混凝土拌合物运输时的环境温度(℃);
α—温度折损系数(h-1);
用混凝土搅拌输送车时,a=0.25;
T1、tt、n、Ta、α取值分别为:
25.3℃、1h、1、35℃、0.25;
将上式代入公式得:
T2=25.63℃,满足入仓温度不大于28℃要求。
②混凝土的绝热温升
混凝土绝热温升公式为T(t)=WQ(1-e-mt)/Cρ
式中:
T(t)——混凝土龄期为t时的绝热温升(℃)
W——每m3混凝土的水泥用量(Kg/m3),根据配合比选定报告W=302Kg/m3
Q——每千克水泥水化热总量,取377(kJ/kg)
C——混凝土的比热,取0.96kJ/(kg•K)
ρ——混凝土的重力密度,取2400kg/m3
m——与水泥品种、浇筑温度等有关的系数,取0.384
t——混凝土龄期(d)
各龄期砼水化热绝热温升计算表
龄期
mt
1-e-mt
WQ/(Cρ)
T(t)
△T
t=1
0.384
0.319
49.41
15.75
T
(1)-0
15.75
t=3
1.152
0.684
33.8
T(3)-T
(1)
18.05
t=6
2.304
0.900
44.48
T(6)-T(3)
10.68
t=9
3.456
0.968
47.85
T(9)-T(6)
3.37
t=12
4.608
0.990
48.92
T(12)-T(9)
1.07
t=28
10.752
1.000
49.41
T(28)-T(12)
0.49
③混凝土内部实际最高温升计算
混凝土内部的中心温度计算公式为
Tmax=To+Tt·ζ
Tmax——砼内部中心最高温度(℃)
To——砼的入模温度(℃)
Tt——在t龄期时砼的绝热温升最高值(℃)
ζ——不同浇筑块厚度、不同龄期的降温系数,查表所得。
Tt=WQ/(Cρ)=49.41℃
各龄期砼中心最高温度计算表
To(℃)
ζ
Tt(℃)
Tmax(℃)
t=1
25.63
0.57
49.41
53.79
t=3
0.65
58.74
t=6
0.62
58.26
t=9
0.59
57.78
t=12
0.48
53.34
由上表可知,混凝土内部的中心最高温度出现在第3天左右。
④保温养护
1)保温方案
本工程混凝土拟采用表面覆盖一层土工布构成保温层,保温层下铺一层塑料薄膜保湿。
2)混凝土表面温度计算
混凝土表面温度计算公式
Tb(t)=Ta+4h′(H-h′)ΔT(t)/H2
式中Tb(t)——龄期t时,混凝土的表面温度(℃)
Ta——龄期t时,大气的平均温度(℃),取28℃
H——混凝土的计算厚度(m)H=h+2h′
h——混凝土的实际厚度(m)取2.5m
h′——混凝土的虚厚度(m),h′=Kλ/β
λ——混凝土的导热系数,取2.33W/(m·K)
K——计算折减系数,取0.666
β——模板及保温层的传热系数W/(m2·K)
β=1/(∑δi/λi+1/βa)
δi——各种保温材料的厚度,取0.03(m)
λi——各种保温材料的导热系数,取0.14W/(m·K)
βa——空气层传热系数,取23W/(m2·K)
ΔT(t)为龄期t时,混凝土内最高温度与外界气温之差(℃),
混凝土表面温度
混凝土表面覆盖一层塑料薄膜、一层土工布共厚0.03m,则
β=1/[(δi/λi)+(1/βg)]
=1/[(0.03/0.14)+(1/23)]
=3.88W/m2·K
虚厚度h'=K*λ/β=0.666*2.33/3.88=0.40(m)
计算厚度H=h+2h'=2.5+2*0.40=3.3(m)
混凝土表面温度Tb(t)=Ta+4h′(H-h′)ΔT(t)/H2
Tb(t)=Ta+4h′(H-h′)ΔT(t)/H2
=28+4*0.40*(3.3-0.40)*(60.55-28)/3.32
=41.87℃
3)温度差计算:
混凝土中心温度与表面温度之差:
Tmax-Tb=58.74-41.87=16.87℃<20℃
混凝土表面温度与大气温度之差:
Tb–Ta=41.87-28=13.87℃
所以,满足抗裂要求。
4)保温层厚度计算:
公式为δ=0.5h·λi(Tb-Tq)Kb/{λ0·(Tmax-Tb)}
式中:
δ——保温材料所需厚度(m)
h——结构厚度(m),结构最大厚度为2.50m
λi——保温材料的导热系数(W/m·K),土工布λi=0.14W/m·K
λ0——砼的导热系数,2.33W/(m·K)
Tmax——砼中心最高温度(℃),Tmax=58.740C
Tb——混凝土浇筑体表面温度(℃)
Tq——砼浇筑后3~5天空气平均温度(℃),取300C
0.5——指中心温度向边界散热的距离。
Kb—传热系数的修正值,取Kb=1.3
混凝土保温层厚度
δ=0.5*2.5*0.14*(41.87-30)*1.3/(2.33*(58.74-41.87))
=0.068m
⑤各龄期的弹性模量:
各龄期的弹性模量计算公式为:
E(t)=Ec(1-e-0.09t)
式中:
E(t)——混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量(N/mm2)
Ec——混凝土的最终弹性模量(N/mm2)
e——常数,为2.718
t——混凝土从浇筑后到计算时的天数(d)
各龄期弹性模量计算表
0.09t
1-e-0.09t
EC(N/mm2)
E(t)(N/mm2)
t=1
0.09
0.086
3.25×104
0.279×104
t=3
0.27
0.237
0.770×104
t=6
0.54
0.417
1.355×104
t=9
0.81
0.555
1.803×104
t=12
1.08
0.66
2.145×104
⑥各龄期砼收缩变形值计算:
公式为εy(t)=εy0(1-e-0.01t)·M1·M2·M3…M11
式中εy(t)——标准状态下砼任意龄期(d)的收缩变形值
εy0——标准状态下的最终收缩值(即极限收缩值),取4×10-4
t——砼浇筑后至计算时的天数(d)
Mn——考虑各种非标准条件的修正系数
查表得M1=1.0,M2=1.35,M3=1.0,M4=1.0,M5=0.9,M6=0.98,M7=1,M8=1.0,M9=1,M10=0.85
砼各龄期收缩变形值计算表
εy0
M1·M2·M3…M11
0.01t
1-e-0.01t
εy(t)
t=1
4×10-4
1.01
0.01
0.01
4×10-6
t=3
0.03
0.03
1.2×10-5
t=6
0.06
0.058
2.3×10-5
t=9
0.09
0.086
3.5×10-5
t=12
0.12
0.113
4.6×10-5
⑦计算混凝土的收缩当量温差
公式为Ty(t)=-εy(t)/a
式中Ty(t)为任意龄期(d)混凝土收缩当量温差(℃),负号表示降温,εy(t)为各龄期(d)混凝土的收缩相对变形值,a为混凝土的线膨胀系数,取1.0×10-5
εy(t)
a
Ty(t)
t=1
4×10-6
1.0×10-5
0.4℃
t=3
1.2×10-5
1.2℃
t=6
2.3×10-5
2.3℃
t=9
3.5×10-5
3.5℃
t=12
4.6×10-5
4.6℃
各龄期的收缩当量温差计算表
⑧计算混凝土的温度收缩应力
公式为
ΔT=T0+T(t)2/3+Ty(t)-Th
式中σ——各龄期砼所承受的温度应力
α——砼线膨胀系数,取1.0×10-5
E(t)——各龄期砼的弹性模量(N/mm2),一般取平均值
△T——混凝土的最大综合温差(℃)绝对值,如为降温取负值。
T0——混凝土的浇筑入模温度(℃)
T(t)浇筑完一段时间t,混凝土的绝热温升值(℃)
Ty(t)混凝土的收缩当量温差(℃)
Th混凝土浇筑完后达到稳定时的温度,取28℃
S(t)——各龄期砼松弛系数
R——混凝土的外约束系数,取R=0.4
νc——混凝土的泊松比,一般取0.15
K——抗裂安全度,取1.15
各龄期的混凝土最大综合温差计算表
龄期(d)
Ty(t)
T0
T(t)
Th
ΔT
1
0.4℃
28℃
15.972
28℃
11.05
3
1.2℃
34.248
24.03
6
2.3℃
45.063
32.34
9
3.5℃
48.468
35.81
12
4
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