特大桥主墩水下承台大体积混凝土施工方案.docx
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特大桥主墩水下承台大体积混凝土施工方案
徐明十三标淮河定淮大桥20#主墩承台施工方案
一、工程概述
五河淮河特大桥主桥起讫桩号为K116+835.5~K117+206.5,主桥全长371m,主边跨跨径246m+125m,主桥20#承台位于淮河主河道中,为水下承台,承台为直径26.0m的圆形承台,基础采用群桩基础。
承台基础形式见下图:
桥址处淮河常水位13.0~14.0m,设计防洪水位为16.5m,警戒水位为+19.0m,保证水位为+19.60m;最高通航水位+19.16m,最低通航水位+10.82m,枯水季节水位在+12.5m左右,方案设计时,考虑到施工期处于丰水季节,设计洪水位为+16.5m,根据施工计划,主桥安排在汛期施工,设定控制水位为设计洪水位+16.5m;河床顶面标高为+10.5m,承台底标高为+3.367m,洪水水面到承台底高差为13.133米。
二、施工前期准备
1、施工场地
利用围堰四周的钢栈桥施工操作平台做为施工场地,施工前对栈桥安全进行检查(贝雷架安全销和骑马螺栓),封底顶面由C15砂浆抹平模板底环形带,准备模板就位。
浇注承台砼时,南、北支栈桥为汽车泵位置,8m宽栈桥为罐车放料,错车的专用车道。
2、材料准备
1混凝土材料用量表:
第一层承台混凝土材料使用量
序号
材料名称
使用量(T)
备注
1
水泥
477.8
C35混凝土
2
粉煤灰
151.3
3
砂
1156.4
4
大石子
1178.7
总方量为15792.79m³
5
小石子
635.5
6
外加剂
8.2
第二层承台混凝土材料使用量
序号
材料名称
使用量(T)
备注
1
水泥
228.7
C35混凝土
2
粉煤灰
72.4
3
砂
553.5
4
大石子
564.1
总方量为762.36m³
5
小石子
304.2
6
外加剂
3.9
第三层承台混凝土材料使用量
序号
材料名称
使用量(T)
备注
1
水泥
50.6
C40混凝土
2
粉煤灰
16.0
3
砂
122.5
4
大石子
124.8
总方量为168.7m³
5
小石子
67.3
6
外加剂
0.9
2劲性骨架预埋材料表:
主塔劲性骨架材料表
编号
材料名称
材料规格
长度(m)
单元件数
总长度(m)
每延米重(kg)
总重(kg)
M1-1
槽钢
[200*75*9
3.21
12
38.52
25.777
992.93
M1-2
槽钢
[200*75*9
2
12
24
25.777
618.648
M1-3
槽钢
[200*75*9
4.42
8
35.36
25.777
911.4747
M1-4
槽钢
[200*75*9
8.3
4
33.2
25.777
855.7964
M2-1
角钢
L75*75*8
9.87
4
39.48
9.03
356.504
M2-2
角钢
L75*75*8
8.17
4
32.68
9.03
295.1
M3-1
角钢
L75*75*8
4.95
4
19.8
9.03
178.794
M3-2
角钢
L75*75*8
5.2
8
41.6
9.03
375.648
M3-3
角钢
L75*75*8
4.1
4
16.4
9.03
148.092
M3-4
角钢
L75*75*8
4.45
8
35.6
9.03
321.468
M4-1
槽钢
[200*75*9
8.7
2
17.4
25.777
448.52
M4-2
槽钢
[200*75*9
7
2
14
25.777
360.878
M4-3
槽钢
[200*75*9
1
12
12
25.777
309.324
合计
6173.178
3承台模板材料表:
第一层承台模板材料使用量
序号
材料名称
材料规格
使用量
备注
1
竹胶板
1.2*2.4m
102块
2
方木
10*10*400cm
272根
承台高3m
3
钢丝绳
φ21.5mm
700米
直径为26m
4
卡口
φ21.5mm
42个
第二层承台模板材料使用量
序号
材料名称
材料规格
使用量
备注
1
竹胶板
1.2*2.4m
87块
2
方木
10*10*400cm
233根
承台高2m
3
钢丝绳
φ21.5mm
400米
上直径为20m
4
卡口
φ21.5mm
30个
下直径为24m
第二层承台模板材料使用量
序号
材料名称
材料规格
使用量
备注
1
竹胶板
1.2*2.4m
44块
2
方木
10*10*400cm
176根
承台高1m
3
工字钢
I20cm
180米
长12m,宽11m
4冷却水管材料表
第一层承台冷却水管材料使用量
序号
材料名称
使用量
备注
1
水管
1620米
外径φ25mm内径φ23mm
2
软管
60米
第一层承台冷却水管材料使用量
序号
材料名称
使用量
备注
1
水管
880米
外径φ25mm内径φ23mm
2
软管
35米
3、人员及机械设备
为了能按时完成承台施工,人员和设备投入见下表所示:
20#主墩承台施工的人员表
序号
工种
人数
工作内容
1
现场负责人
1
负责施工的全面协调工作
2
技术负责人
1
负责现场施工指挥工作
3
技术员
2
全面负责施工的技术工作
4
钢筋工
30
负责钢筋加工与安装
5
模板工
20
负责模板的打磨、安装及校正
6
混凝土工
20
负责混凝土的浇筑
7
电焊工
10
负责钢筋的焊接,模板加固筋的焊接
8
电工
1
负责施工过程中各种线路的安装与布设
20#主墩承台施工的机械设备表
序号
机械设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
履带吊
80T
台
1
2
履带吊
50T
台
2
3
汽车吊
25T
台
1
4
装载机
50
台
3
5
抽水泵
3KW高扬程
台
12
6
泥浆泵
22KW
台
2
7
电焊机
400
台
15
8
发电机
400KW
台
1
9
混凝土拌和站
120
套
2
10
混凝土罐车
9m3
辆
8
11
混凝土泵车
37m
辆
2
12
钢筋切割机
台
2
13
钢筋调直机
台
2
14
插入式振捣棒
75
个
10
注:
承台砼施工时,南岸120型和90型拌和站拌和,北岸拌和站备用,为保证砼供应8辆混凝土罐车运输,砼输送泵采用2台汽车泵,其中一台为备用,入模砼方量按80m3/h考虑,第一层承台浇筑时间为20小时,第二层承台浇筑时间为10小时,第三层承台直接由120型拌和站供应,浇注时间为4小时。
三、承台施工方案
该承台施工为大体积砼施工,承台模板为1.5cm厚的防水竹胶板,辅以10*10cm方木加强,间距30cm,用钢丝绳固定,每道50cm。
钢筋在现场绑扎,第一、二层承台钢筋一次绑扎成型;在第一层承台砼浇筑结束后,安装劲性骨架,主塔预埋钢筋就位,C35、C40承台砼由120型拌和站生产,罐车运输,汽车泵浇筑,分层推移浇筑砼厚度为30-40cm,使用插入式振捣棒振捣。
承台混凝土冷却水管采用外径φ25mm内径φ23mm的铁制水管,第一、二层承台布置冷却水管,通过自流水调节砼内外温差,辅加水泵压水,冷却水为淮河水。
共布设5层冷却管,第一层承台布设3层冷却管,第二层承台布设2层冷却管。
承台砼采用拌和站集中拌和,泵送入模,插入式振捣器振捣。
(一)、承台施工工艺流程
承台施工工艺流程图
(二)、封底砼检查、破除桩头
封底砼浇注完毕,待封底砼强度达到设计强度80%后抽干水,清除封底砼表面浮泥、残渣,表面冲洗干净,整平封底砼顶面。
凿除桩头确保桩头嵌入承台20cm。
(三)、钢筋加工与安装
在钢筋安装之前应加工安装墩身预埋劲性骨架,劲性骨架严格按照施工设计图纸施工,采用[200槽钢和L100*100*8的角钢组合焊接,焊缝为20cm,承台预埋骨架如下图:
承台预埋劲性骨架图(红线为劲性骨架;黑色为钢筋;蓝色为砼边线)
劲性骨架的安装每节高为4.5m,[200槽钢通长预埋在承台内,L100*100*8角钢安放在主筋内侧及连接槽钢的部位,墩身钢筋贴着劲性骨架以便于安装。
⑴、钢筋加工:
钢筋在4#加工场集中加工,平板车运输至现场使用。
⑵、按照承台分层界线安装钢筋:
安装第一、二层(3m、2m)钢筋:
先安装底层骨架筋,再将基桩深入承台的钢筋按照图纸要求做成开口喇叭形状;安装框架筋、箍筋;第二层钢筋先只安装其在第一层承台内部分的钢筋,第二层水平钢筋待第一层混凝土浇筑完毕后再安装,且在第一层承台混凝土顶面处预埋劲性骨架底座。
安装第三层(1m)钢筋:
在安装劲性骨架与承台钢筋相交时要电焊固接,并保证骨架整体刚度,在劲性骨架顶部设置可循环使用的临时横联、临时剪刀撑,增大劲性骨架的整体刚度。
塔柱预埋钢筋1.5m,即穿过第三层并进入第二层0.5m。
钢筋安装应严格按设计图纸施工,施工中必须确保钢筋定位准确,钢筋的各项技术指标严格按施工技术规范要求进行控制。
承台所有钢筋连接其接头应错开布置,同一断面接头不得超过该断面接头数量的50%,并应严格按施工规范操作。
水平钢筋与主筋的交叉点应用扎丝梅花形绑扎结实,必要时,亦可用电焊点焊,但不能烧伤主筋。
为保证保护层厚度,在钢筋上按4块/m²加设砼垫块,垫块与钢筋应扎紧,并错开布置。
钢筋施工中的一些注意事项:
a、在承台基底施工时,承台测量放样要准确。
b、布筋前,放出承台中线、钢筋骨架位置线,以及塔柱钢筋预埋位置线,钢筋安装采用刚性架立结构分层进行。
c、利用定购的砼垫块对底层钢筋进行定位,两层钢筋骨架间利用短钢筋支垫,侧面保护层利用砼垫块来保证。
d、主塔主筋预埋采用劲性骨架定位安装,主塔预埋钢筋落在2个十字型的[200槽钢上。
e、按温控要求在钢筋绑扎过程中同步安装好冷却管。
f、安设计图纸布置好避雷接地钢筋。
在进行承台施工时,注意做好塔柱钢筋的预埋以及后期工序施工的预埋件预埋,砼浇筑前要确定塔吊、现浇支架等预埋件的位置及尺寸,以便及时准确预埋。
(四)、模板安装
承台模板为加工好的竹胶板(1.2m×2.4m)现场拼装组合。
模板检查合格后,涂刷脱模剂,进行模板的安装。
在钢筋绑扎好后利用吊车将模板吊入围堰内进行安装,模板安装好后,检查平面位置、高程符合设计要求后加固。
第一、二层承台模板固定采用φ21.5mm钢丝绳方木楔块组合,使用葫芦拉紧钢丝绳,第三层承台用型钢拼成框架支撑。
模板安装完成后测量定位,按设计要求调整模板的位置。
模板拼装时使用粘胶海绵条止浆。
承台各层模板安装图如下:
第一层承台模板安装示意图(蓝色为承台边线;红色为竹胶板;黑色为钢丝绳,模板下边预埋钢筋;绿色为10*10方木)
承台模板为竹胶板宽1.2m,高3.6m,竹胶板连接处加方木结合;10*10cm方木间距为30cm;钢丝绳间距为50cm一道,共7道。
第二层承台模板安装示意图(蓝色为承台边线;红色为竹胶板;黑色为钢丝绳,模板下边预埋钢筋;绿色为10*10方木)
承台模板为竹胶板宽1.2m,高3.6m,竹胶板连接处加方木结合;10*10cm方木间距为30cm;钢丝绳间距为50cm一道,共5道,模板下放植入预埋钢筋来固定模板位置,模板上口用[200槽钢压住,间距为1m。
第三层承台模板安装示意图(蓝色为承台边线;红色为竹胶板;黑色为模板下边预埋钢筋;绿色为10*10方木)
承台模板为竹胶板宽1.2m,高2.4m;10*10cm方木间距为30cm;模板下放预埋钢筋来固定模板位置,模板上方使用顶板钢筋外接钢筋来压住模板,控制模板在砼浇筑时上浮,中间两道20工字钢加强模板的固定,间距30cm。
(五)、砼浇筑与养护
⑴、砼的配制
承台C35砼采用低碱普通硅酸盐水泥、粉煤灰,所用的砂子、石子、水等材料均应符合相应《技术规范》的要求。
进行砼配合比设计时,添加PCA聚羧酸缓凝减水剂,砼缓凝时间为16小时。
⑵、砼的浇筑
浇筑混凝土前,对支撑、模板、钢筋、预埋件进行检查,将模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢清理干净。
钢筋经监理工程师验收合格后,方可进行砼浇注。
砼浇注前检查混凝土的拌和质量,按设计要求控制其坍落度。
混凝土采用集中拌和,砼输送泵泵送入模的浇注方式。
混凝土分层浇注分层振捣,每层厚度为30cm,承台砼每层一次从西向东连续浇注完成。
在每层砼浇注过程中,随砼的灌入及时采用插入式振动棒振捣。
振动棒振动时移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍。
振捣过程中,振动棒与模板间距保持5~10cm的距离,并避免碰撞钢筋与骨架,不得直接和间接地通过钢筋施加振动。
振捣上层砼,振动棒应插入下层砼内5~10cm。
每一处振捣完毕后,应徐徐提出振动棒。
为防止砼在水化、凝结过程中内外温差过大,致使砼表面产生裂缝,采取如下措施:
a、采用低碱普通硅酸盐水泥并掺加粉煤灰。
b、采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合材料、掺加外加剂等方法减少水泥用料。
c、严格按照技术规范控制浇注厚度,以加快砼的散热速度。
d、砼用原材料应避免日光爆晒以降低拌和混凝土的入模温度。
e、降低混凝土拌和时所用骨料及水的温度。
f、采用布置冷却管进行通水冷却。
砼浇注完成后,及时收浆,立即进行养护。
采用土工布对混凝土进行覆盖、洒水养护,砼的养护时间不得少于7天。
承台砼浇注完成,待强度达到2.5Mpa后拆除模板。
(六)、混凝土温控措施
1、混凝土性能:
承台混凝土原材料
①水泥:
凤阳珍珠水泥P.O42.5,产地:
凤阳珍珠水泥有限公司;
②粉煤灰:
F类II级,产地:
淮南市珍宝粉煤灰开发利用有限公司;
③细集料:
明光市女山湖细度模数2.52黄砂;
④粗集料:
凤阳县灵泉马岗采石场5-25mm碎石(5-16mm,16-25mm)
⑤外加剂:
江苏苏博特新材料外加剂有限公司PCA缓凝减水剂,掺量为胶凝材料用量1.3%。
⑥水:
淮河河水
承台施工配合比:
承台混凝土标号为C35,其配合比见下表:
砼设计标号
水灰比
每立方米各材料用量(Kg)
塌落度(mm)
抗压强度(MPa)
水
水泥
粉煤灰
砂
碎石
外加剂
28天
60天
C35
0.38
150
300
95
726
1139
5.14
160-
180
40.2
注:
此配合比为暂时上报配合比,试验室还会从材料、骨料级配等方面继续优化施工配合比。
材料热特性值
混凝土组成材料
粉煤灰
水泥
砂
石
水
总计
C35
混凝土
重量比(Kg)
95
300
726
1139
150
2400
百分比(%)
3.96
12.5
30.25
47.38
6.250
材料导热系数(W/m〃k)
0.25
2.218
3.082
2.908
0.600
材料比热
(KJ/Kg〃k)
0.96
0.536
0.745
0.708
4.187
混凝土热特性值
承台混凝土(C35)
封底混凝土(C20)
最终弹性模量(MPa)
3.15×104
2.55×104
泊松比
0.2
0.2
比重(×103kg/m3)
2.5
2.5
绝热温升(℃)
45.12
—
材料导热系数(W/m〃k)
2.64
2.733
材料比热(KJ/Kg〃k)
0.928
0.8939
计算使用公式
①、材料导热系数
、材料比热
、绝热温升
p、pc、ps、pg、pw-----为混凝土、水泥、砂、石子、水、粉煤灰每立方米混凝土所占百分比;
、
c、
s、
g、
w-----为混凝土、水泥、砂、石子、水、粉煤灰的导热系数;
c、cc、cs、cg、cw----分别为水泥、砂、石子、水、粉煤灰的比热;
T(t)----浇筑完一段时间,混凝土的绝热升温值,℃;
mc----每立方米混凝土水泥用量,㎏/m3;
Q----水泥水化热量,J/㎏。
抗裂安全度
通过计算可知混凝土可能产生最大收缩应力在15天时,T(15)=44.67℃,查表可知,M1=1.25,M2,M3,M5,M8,M9均为1,M4=1.42,M6=0.93,M7=0.7,M10=0.95(路桥施工计算手册),则混凝土的收缩变形值为:
混凝土15d收缩当量温差为:
混凝土15d的弹性模量为:
混凝土的最大综合温差为:
则基础混凝土最大降温收缩应力为:
,满足要求。
2、温控标准
根据温控计算及规范要求,提出不出现有害温度裂缝的温控标准如下:
混凝土内部允许最高温度
混凝土内部最高温度是指混凝土浇注块内部最高温度的允许值,承台允许最高温度取值为46℃。
浇注温度
混凝土入仓并经过平仓振捣后,在上层混凝土覆盖前距混凝土表面10-15cm处的温度为浇注温度。
控制浇注温度对降低混凝土内部最高温度具有重要意义。
应控制混凝土浇注温度不大于T+4℃(T为浇注期间平均温度)。
内外温差
混凝土块体内部平均温度与表面温度之差为内外温差。
为防止混凝土内外温差过大引起表面裂缝,施工中需控制混凝土内外温差小于25℃。
保温标准
混凝土表面裂缝多发生在浇注初期,而初期的气温骤降是引起表面裂缝的主要外因。
当平均气温在2-3天内连续下降6-9℃时,未满28天龄期的混凝土暴露表面可能产生裂缝。
因此应采取的保温标准为2-3天内连续下降小于6-9℃。
降温速率
控制降温速率可使混凝土内部温度应力得到及时释放,对减少温度裂缝具有重要意义。
混凝土降温速率应控制在不大于3℃/d。
3、温控措施
混凝土原材料选择及质量控制
在满足混凝土设计强度的前提下,合理选择混凝土原材料,选择级配良好的砂、石料、外加剂,以降低水泥用量,控制砼水化热温升,是大体积混凝土温控的重要环节。
优化混凝土配合比,降低水化热温升
配合比设计应在规范允许范围内尽量掺加粉煤灰等矿物掺合料,采用缓解水化热效果好的外加剂,以减少水泥用量,降低混凝土的水化热温升。
混凝土应具有良好的粘聚性,不离析、不泌水,初始坍落度应控制在16-18cm,初凝时间16h。
对混凝土施工的一般要求
为确保大体积混凝土施工质量,提高混凝土的均匀性和抗裂能力,必须加强对混凝土每一环节的施工控制,现场人员从混凝土的拌合、运输、浇筑、振捣到养护保温整个过程实行有效监控。
混凝土施工严格按照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)进行,并特别注意以下方面:
混凝土拌制配料前,各种衡器应请计量部门进行计量标定,称量误差应符合规范要求。
应严格控制新拌混凝土质量,使其和易性满足要求。
坍落度检验应在出机口进行,每车检一次,拒绝使用坍落度过大或过小的混凝土料。
应及时监测粗、细骨料的含水率,遇阴雨天气应增加监测频率,随时调整砼施工配合比。
浇筑前应对模板、钢筋、预埋件、监控元件及线路等进行检查,同时检查是否有碎渣异物等,检验合格后才能开盘。
为防止混凝土离析,应符合下列规定:
.当直接从高处卸料时,高度不应超过2m;b.当高度超过2m时,应通过串筒、溜槽等措施;c.在串筒出料口下面,混凝土堆积高度不应超过1m,及时摊平,分层振捣。
混凝土应按规定厚度、顺序和方向分层浇筑,必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。
如因故停歇,时间超过混凝土初凝时间时,混凝土界面按工作缝处理。
混凝土分层浇筑厚度不宜超过0.3米,并保持从界面一侧向另一侧浇筑的顺序和方向。
浇筑混凝土时,应采用振动器振实:
①使用插入式振动器时,移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍,与侧模应保持5—10cm距离,应避开预埋件或监控元件10—15cm,应插入下层混凝土5—10cm;②对每一部位混凝土必须振动到密实为止,密实的标志是:
混凝土停止下沉,不再冒气泡,表面呈平坦、泛浆。
在浇筑混凝土过程中,必须及时清除表面积水。
严格按《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)要求进行层间水平施工缝处理。
二次振捣可以有效减少混凝土因沉陷收缩产生的早期裂缝,因此混凝土浇筑完毕后,在混凝土初凝以前应进行二次振捣。
调整工作时间,应尽量选择气温较理想的天气施工,同时尽量安排每一次浇筑层的中下部混凝土在同一时间段浇注。
降低入仓温度,根据气温调整混凝土的浇注温度。
a、水泥提前入罐,让其自然冷却,确保拌合前的水泥温度不高于60℃。
b、搭设凉棚,堆高骨料,低层取料和用凉水喷淋骨料等方法降低骨料温度。
当气温较低时,采用温水拌合混凝土,运输保暖等措施。
c、加快运输和入仓速度,减少混凝土在运输和浇注过程中的温度回升。
埋设冷却水管及其要求
水管布置
根据混凝土内部温度分布特征,承台拟埋设5层冷却水管。
冷却水管采用外径φ25mm内径φ23mm的铁制水管,其水平间距为1.0m,竖向层距为1.0m,水平布置在承台内,没根冷却水管贯通承台进出水口分别布置在承台的东、西面。
承台模板拆完后,在承台与钢板桩围堰间砖砌两道3m高50cm厚的隔断墙,将承台的外围分成东西两部分,西半部分做为蓄水压力池,流到东面的水通过水泵回到西面。
用22KW泥浆泵把淮河水抽到承台外与围堰内,然后每层配两台潜水泵使水得到循环,达到冷却效果。
冷却水管布置见下图:
冷却水管布置图
冷却水管使用及其控制
a、冷却水管应采用导热性能好的金属管,水管安装保证质量,确保通水期间的水流通畅,中途不得发生停水事故。
b、混凝土浇筑完成后24小时拆模,随即开始通水,通过自流水调节砼内外水温不超过25℃,若不能满足要求,立即启动水泵循环系统,保证砼内外水温差值达到要求。
同时观测砼内外温差,控制在20℃以内。
混凝土峰值过后即停止通水,在混凝土降温速率不超过3.0℃/d时,恢复通水,通水流量应达到25L/min,通水时间根据测温结果确定,(具体结束时间视混凝土温升、温降情况而定);
c、待通水冷却全部结束后,采用C35水泥浆对冷却水管进行灌浆填实处理。
d、为保证冷却水的初期降温效果,项目部应提前成立专职小组,专人负责,优化冷却水管的管路布置,合理选择水泵,并配备检修人员,准备1~2台备用水泵,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,操作人员应听从专职小组统一指挥,及时开启和关闭阀门。
冷却
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