搜索
1.工程概况西江航运干线桂平二线船闸工程，是西江航运干线南宁至梧州段四个渠化阶梯的第三个梯级，距离郁江河口约4.0km，位于广西壮族自治区桂平市市郊区南侧。桂平市是广西壮族自治区东南经济较发达重镇之一；南宁至梧州二级公路东西向横穿桂平市，桂平市距西边的贵港市火车站68km，铁路运输较为便利；水路运输自广州到南宁、经西江航运干线上朔桂平市可行驶2000吨级船队；拟建的南宁到广州的城际铁路专线将途经桂平、拟建的南宁到梧州的高速公路正在规划设计之中；水路、陆路、铁路交通的便捷将为二线船闸工程建设提供良好的材料设备调迁条件。本工程建设规模为3000吨级船闸。船闸有效长度为280×34×5.6m（有效长度×有效宽度×槛上水深）。引航道按Ⅱ级航道标准布置，引航道直线段设计底宽73m。大体积混凝土由于水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这个阶段中混凝土的体积亦随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力，混凝土就会开裂。针对西江航运干线桂平二线船闸工程砼特点，根据现场提供的资料及混凝土物理、热学性能的经验取值，计算了上闸首混凝土施工期内部温度场及仿真应力场，并根据计算结果制定了不出现有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施。2.配合比设计混凝土自身的物理、热学性能是影响大体积混凝土温度裂缝控制效果最基本、最重要的影响因素，混凝土配合比优化是温控方案设计的首要任务。大体积混凝土配合比设计原则是配制出绝热温升小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比小、线胀系数小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩的混凝土。C25混凝土资料见表2-1。表2-1混凝土劈裂抗拉强度试验参考值（MPa）龄期（d）372860C25砼1.11.62.53.2表2-2混凝土物理、热性能参数参考值混凝土等级最终弹模（MPa）热胀系数(1/℃)比热(kJ/kg.℃)混凝土绝热温升(℃)C253.0×1048.0×10-61.130.03.仿真分析3.1气象资料3.1.1气温工程所在地西江流域属亚热带季风气候，气候温和，夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风。降雨系由副热带高压、热带低压、台风、东风波及西南低涡等，东西南暖气为降雨提供充足的水汽来源。据气象站资料统计，桂平市区多年平均相对湿度80％、历年最小相对湿度为9%，多年平均气温为21.5℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温－3.3℃，见桂平市历年平均气温表。表3-1桂平市历年月平均气温月份123456789101112年气温12.413.517.221.425.527.328.628.127.123.518.614.421.53.1.2降水多年平均降雨量为1731.8mm，年最多降雨量2484.7mm，最少降雨量为1191.8mm，历年日最大降雨量539.4mm，见桂平市历年降雨量表；年6月份进入雨季、雨季持续到9月份，历年12月到次年3月份为旱季。表3-2桂平市历年月降水量单位：mm月份123456789101112年多年平均53.970.2102.9219.4283.5290.7195.3225.3108.381.961.947.217403.1.3风历年平均风速1.4m/s，瞬时最大风速＞40m/s，常风向为N向，强风向SSW。3.2设计资料混凝土物理热学性能参考表2-2；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，如下所示：C(t,τ)=0.333×10-4(0.30＋4.38/τ)(1-e-0.25(t-τ))+0.333×10-4(0.252＋2.04/τ)(1-e-0.018(t-τ))；其中:C(t,τ)—徐变度(1/MPa)；t—混凝土龄期（d）；τ--徐变加荷龄期（d）。3.3仿真计算3.3.1上闸首底板强约束区模型参数★根据上闸首底板强约束区结构的对称性，取1/2模型进行有限元剖分计算，底板强约束区计算网格剖分图见图1。★底板强约束区分两次浇筑，分别为2.2米、1米；★底板强约束区混凝土均受C20混凝土垫层约束，估算基础弹模为2.8×104MPa。★计算时考虑混凝土表面的保温，底板侧面考虑利用钢模板保温，顶面覆盖塑料薄膜保水。经热工计算侧面钢模板等效保温系数为1840kJ/（m2·d·℃），土工布等效保温620kJ/（m2·d·℃）。★计算不考虑冷却水管降温效果。★参考气候资料，风速按平均风速的三倍9m/s考虑。★计算时考虑徐变对混凝土应力的影响。★混凝土物理热学参数取值见表2-2，混凝土导热系数估算为254kJ/(m·d·℃)。★温度及应力计算从浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。图1上闸首底板强约束区1/2网格剖分图（附带等效约束基础）3.3.2上闸首底板强约束区仿真计算根据施工工期，底板约束区浇筑温度按不超过28℃计算，在以上设定条件下，底板强约束区内部最高温度为53.1℃，温峰出现时间为2天龄期。底板强约束区最高温度包络图见图2。底板强约束区温度应力计算结果见表3-3，应力场分布见图3。图2底板强约束区最高温度包络图表3-3底板强约束区温度应力场结果（施工期工况，气温稳定）3d7d28d半年底板强约束区第一层0.270.631.191.22底板强约束区第二层0.310.590.720.72龄期部位A1：底板强约束区第一层3天应力场B1：底板强约束区第一层7天应力场C1：底板强约束区第一层28天应力场A2：底板强约束区第二层3天应力场B2：底板强约束区第二层7天应力场C2：底板强约束区第二层28天应力场混凝土半年后应力场（附带等效约束基础单位：0.01MPa）图3上闸首底板强约束区应力场分布图结合表3-3温度应力结果、表2-2混凝土抗拉强度可知，浇注温度按照不超过28度控制，在不布设水管的情况下，底板强约束区温度应力比较小，如加强边角处的覆盖保温，混凝土均匀施工、精心养护，可保证混凝土不出现有害温度裂缝。3.3.3上闸首边墩强约束区模型参数★根据上闸首上游边墩强约束区结构的对称性，取下段1/2模型进行有限元剖分计算，上游边墩强约束区计算网格剖分图见图4。★上游边墩强约束区分七次浇筑，分别为1.25米、1.25米、1.5米、1.3米、1.3米、1.4米、1.4米；★边墩强约束区混凝土均受C20混凝土垫层约束，估算基础弹模为2.8×104MPa。★计算时考虑混凝土表面的保温，边墩强约束区侧面考虑利用钢模板保温，顶面覆盖塑料薄膜保水。经热工计算侧面钢模板等效保温系数为1840kJ/（m2·d·℃），土工布等效保温620kJ/（m2·d·℃）。★计算时考虑冷却水管降温效果。★参考气候资料，风速按平均风速的三倍9m/s考虑。★计算时考虑徐变对混凝土应力的影响。★混凝土物理热学参数取值见表2-2，混凝土导热系数估算为254kJ/(m·d·℃)。★温度及应力计算从浇筑开始，模拟之后半年的温度应力发展。图4上闸首上游边墩强约束区下段1/2网格剖分图（附带等效约束基础）3.3.4上闸首边墩强约束区仿真计算根据施工工期，边墩约束区浇筑温度按不超过28℃计算，在以上设定条件下，边墩强约束区内部最高温度为49.0℃，温峰出现时间为第三层混凝土2天龄期。边墩强约束区最高温度包络图见图5。边墩强约束区温度应力计算结果见表3-4，应力场分布见图6。图5边墩强约束区最高温度包络图表3-4边墩强约束区温度应力场结果（施工期工况，气温稳定）3d7d28d半年边墩强约束区第一层0.520.720.852.26边墩强约束区第二层0.520.641.021.24边墩强约束区第三层0.680.810.961.26边墩强约束区第四层0.830.801.431.52边墩强约束区第五层0.870.931.281.24边墩强约束区第六层0.900.831.501.53边墩强约束区第七层0.921.011.381.40最小安全系数1.201.581.671.50龄期部位A1：边墩强约束区第一层3天应力场B1：边墩强约束区第一层7天应力场C1：边墩强约束区第一层28天应力场A2：边墩强约束区第二层3天应力场B2：边墩强约束区第二层7天应力场C2：边墩强约束区第二层28天应力场A3：边墩强约束区第三层3天应力场B3：边墩强约束区第三层7天应力场C3：边墩强约束区第三层28天应力场A4：边墩强约束区第四层3天应力场B4：边墩强约束区第四层7天应力场C4：边墩强约束区第四层28天应力场A5：边墩强约束区第五层3天应力场B5：边墩强约束区第五层7天应力场C5：边墩强约束区第五层28天应力场A6：边墩强约束区第六层3天应力场B6：边墩强约束区第六层7天应力场C6：边墩强约束区第六层28天应力场A7：边墩强约束区第七层3天应力场B7：边墩强约束区第七层7天应力场混凝土半年后应力场（附带等效约束基础单位：0.01MPa）图6上闸首边墩强约束区应力场分布图结合表3-4温度应力结果、表2-2混凝土抗拉强度可知，浇注温度按照不超过28度控制，在布设水管的情况下，边墩强约束区温度应力主要存在以下特点：⑴早期内部温度高，造成较大的表面温差应力，早期安全系数较低，出现表面微裂纹的可能性较大，后期微裂纹可能扩大为可见裂缝。⑵由于长方体的结构特点，约束区底部边角处的结合处约束较大，出现裂缝的可能性较大，应加强边角处的覆盖保温。⑶边墩强约束区放热快，通水降温完成后应着重于保温养护；⑷尤其是早龄期，应有防止温度骤降和防雨的应急措施，稳定的环境温度有利于混凝土徐变发挥作用，降低开裂风险。4.温控指标结合仿真计算结果和已有现场经验，按照施工流程，从配合比优化到养护完成提出以下控制指标。4.1混凝土性能参数★C25混凝土绝热温升小于30.0℃；★C25混凝土28天劈裂抗拉强度大于2.5Mpa。4.2混凝土温度★水泥温度不宜高于50℃；★混凝土浇筑温度不宜高于28℃；★底板强约束区混凝土内部最高温度控制不超过53.1℃。★边墩强约束区混凝土内部最高温度控制不超过49.0℃。4.3冷却水★冷却水流速应达到0.65m/s以上，流量应大于45L/min；★单根冷却水管长度不超过200m；★冷却水不宜过冷，冷却水水温与边墩强约束区内部最高温度温差不宜大于30℃，可采用上表面蓄水循环或水箱混合调温。4.4保温养护★内外温差控制小于25℃；★混凝土降温速率不宜大于3℃/d；★淋注于混凝土表面的养护水温度不低于混凝土表面温度15℃；★混凝土内部断面均温与环境温度之差小于20℃方可拆模。★鉴于边墩强约束区底部结合处应力较大，建议加强保温养护。5.控制措施及现场监测大体积混凝土温控施工贯穿了从混凝土的原料材选择、配比设计以及混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护、保温等的全过程，是一个系统工程，需要施工各个环节精心组织，紧密配合才能达到良好的控制效果，具体有如下几个方面。5.1冷却水管的埋设及控制5.1.1水管位置根据混凝土内部温度分布特征及控制最高温度的要求，边墩强约束区埋设七层冷却水管，水管水平间距为1.0m，冷却水管外径32mm。水管布置示意图见附图1。5.1.2冷却水管连接◆冷却水管可采用丝扣连接或橡胶管套接，确保不漏水。采用橡胶管套接时，两根冷却水管在橡胶套管内应对碰，避免橡胶管弯折阻水，用多重铁丝扎紧。5.1.3冷却水管使用及其控制◆冷却水管使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水，通水时间在1h左右，对于管道漏水、阻水的部位立即进行修复；◆冷却水管进水口处设置分水器，每层冷却水管设置两个分水器，分水器设置泄压阀门；每套水管设置单独的阀门，并对每套水管逐一编号；◆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尽快减缓或停止通水，冷却水流量控制应委派专人管理；◆建议设立水箱，将海水抽入水箱后与冷却出水中和循环使用，以减小冷却水与内部的温差，实时监控冷却水进水温度，宜控制水温与内部最高温度差在30℃以内；◆升温时段通水流量应使流速达到0.65m/s以上，形成紊流，降温时段，可通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土；◆供水泵采用离心式水泵，水泵功率