1、隧道锚锚塞体大体积混凝土温度监测与裂缝控制施工工法1前言大体积混凝土域早是从建造混凝土水坝开始使用的，随着生产力的发展及科学技术水平的不断提高，我国桥梁建设也逐渐向大路径方向发展,桥梁建设领域大体积结构部件逐渐增多。大体积混凝土与普通钢筋混凝土结构相比,具有厚度、被而尺寸大，混凝土用量多，工程条件复杂，施工技术要求高等特点。混凝土硬化过程中会放出大量水化热，混凝土的导热系数较小，热量不断的在结构物内部聚集,使得结构物内部温度不断升高，由于表面散热较好，混凝土表面温升较小，体积膨张相时于内部也较小，这种内外膨胀的差异会使混凝土表面出现裂缝，当混凝土温峰过后，温度下降，体积收缩，混凝土在不均匀的温
2、度变化及边界约束下会在混凝土内部产生温度拉应力，存在产生裂缱的危险，对结构的整体性与耐久性构成威胁，因此大体枳混凝土除了满足普通混凝上的强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，也要满足定的温度要求。隧道锚锚塞体大体枳混凝上具有单次浇筑方量大、施工场地狭小、水压大、混凝土标号高等特点，施工困难，混凝土产生温度裂缝风险较大.由我项目承建的重庆万州至湖北利川高速公路（重庆段）驸马长江大桥南岸锚碇锚塞体，施工时正值或季，为保证锚塞体施工历址，避免而泡裂缝，在采取合理的施工工艺的基础上，重点控制混凝土绝热温升，降低入模温度，实施现场动态管控，达到了良好的效果。经过总结整理，形成本工法。2工法特点（1）合理选
3、择原材料，进行配合比优化，采用双掺技术，提面粉煤灰用量，延长初凝时间，降低绝热温升。（2）采用拌合水冷凝系统仃效降低了混凝土的出机及入模温度，节约建筑成本。（4）利用自然地理特点合理设计循环冷却系统，并采用智能控制系统，对循环水温度进行自动撩制。（4）针对夏季施工大体枳混凝土入模温度高、绝热温升高等特点，特别适用于夏季隧道锚锚塞体施工。3适用范围本工法主要适用于隧道锚锚塞体大体积混履土现场施工温度监测与裂缝控制：对其他具有自然落差，深埋式大体积混凝土施工具有一定的借鉴价值.4工艺原理（1）大体积混凝土施工过程中，以部分粉煤灰代替水泥，不仅可以改善混凝土的和易性和以泵性，而且还可以减少混凝土的用
4、水量，降低水灰比，使大体枳混凝土的强度和密实度提高.另外，在大体积混凝土中掺入粉煤灰时.是用等信取代法取代部分水泥，使大体积混凝土的水泥用量大大减少，可降低水泥水化热产生的内部温度和推迟水泥水化热峰值出现的时间。混凝土配合比优化过程中应在保证强度及耐久性的前提下尽量提高胶凝材料中粉煤灰用量。2）鸵季高温季安拌合站拌合用水的温度稳定在26*C28C,通过采用冷凝设备时拌合用水强制降湿，使拌合用水温度降至5-C-IOTt可有效将新拌混凝土的出机温度控制在30C以卜;（3）利用隧道锚各施工平台间具有天然落差的特点，设计半自动冷却水循环系统,该系统可使冷却水从高地势处放置的适温水集水箱，经控制阀门，流
5、经分水器，进入锚塞体内的冷却水管，回流至锚塞体洞口的热源集水箱，此循环路径不需设置动力驱动，热源、冷源集水箱与适温集水箱间通过抽水泵联通，在适温集水箱中放置智能温度感应装置，控制热源、冷源集水箱中水泵开关，保证进出水温差、进水与内部温度之差.（4）通过仿真模拟确定圾优冷却水管布置方案，在冷却水管布置完毕后，在不同U高位置设置一定数5的温度传感器.混凝土浇筑前应先进行通水试验，确保水管的承压能力达到要求，通水正常后可进入泵送混凝土浇筑阶段。5）通过智能测温系统对混凝土内部温度、进出口水温、环境温度等变化进行实施监测，并根据监测结果及时对现场施工进行反馈，实现动态管控。5施工工艺流程及操作要点5.
6、1工艺流程IM1.工甲番【，材”世强I虻台比也化图5-1施工工艺流程图5.2施工要点5.2.1 配合比优化以本工程为例：采用下泵送混凝土，设计混凝土强度等级为C40抗港，设计坍落度为160mm-180mm,缓凝时间大于等于度为本工程混凝土原材料采用：水泥：华新水泥（秘归）有限公司生产的PQ42.5普通硅酸盐水泥：粉煤灰：重庆华珞粉煤灰开发有限贡任公司生产的卜.类Il级粉煤灰：粗骨料：由港利商贸碎石加工厂生产的（570）mm和（IO-25）nun两级粒料按4:比例掺配而成的5-25）mm连续级配卵碎石：细骨利：港利商贸碎石加工厂生产的II区级配机制砂，细度模数为2.8.外加剂：山西凯迪建材有限公
7、司生产的聚竣酸高性能减水剂，减水率为29%：水：长江水。混凝土配介比优化结果如表5“所示，其物理力学性能如表5-2所示。表5/混版土配合比优化结果Kg/4水泥粉煤灰砂大碎石小碎石水外加剂2S41918228042011535.72表5-2优化配比的物理力学性能物理性能力学性能坍落度泌水率粉煤灰抗压强度/MPa劈裂强度/MPamm7%上浮3d7d28d60d90d3d7d28d18()O无24.731.645.859.0161.52.222.883.145.2.2混凝土性能参数确定混凝土配合比及强度参考值如表5-K表52所示，物理热学参数根据配合比进行计算并参考工程经验取值如表5-3所示。表53
8、混凝土物理感学卷数弹模（MPa）热张系数导热系数kJ/比热绝热温开3.5x10*8IO69.060.9446.5混凝土导热系数、比热采用费量百分比加权方法得到。也Ij100C=K（*C也）00（式式中：X、n分别是混凝土及混;凝土各原材料的导热系数：c、Cn分别是混凝土及混凝土各原材料的比热：bn是混凝土各原材料的重量百分比：kc是比热修正系数，取1.05.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剖分，如式3所示：C（）=C（I+9.20w5）（1,m,y）+C（I+1.704u5lomm,）（式3）I2式中:C=O.23E2,C2=O.52E2,Ez为最终弹模。5.2
9、3 冷却水管布置D冷却水管水平管间距和上下值间距不大F1.0m.2）单根管长小于等于250m。3）冷却水管采用O40X2.5mm、具有一定强度、导热性能好的铁皮管制作。弯管部分采用冷弯工艺或通过卡压弯头紧密连接，直管连接可采用卡压弯头或一定厚度的胶皮套管和12#铁丝（非扎丝）绑扎密封。4）冷却水管需选用耐水压无缱钢管，管道连接接头处需用多道铁丝绑扎严密，防止接口处漏水，对混凝土造成二次损害。S锚塞体左右洞各分为8层浇筑，1、8浇筑层不布设冷却水管，27浇筑层各布设3层冷却水管，共18层；图5-2水管连接密封方式（卡压湾头）图53水管连接密封方式（胶皮套管）5.2.4 温度场仿真分析隧道锚锚塞
10、体混凝土浇筑温度按照30.0C取值，风速按W40ms,其他物理热学参数如表5-3所示，按5.2.3所诉冷却水管布巴，利用ANSYS有限元分析软件建立仿其模型,并进行仿真分析计算,计算所得温度场分布如图54所示。322911*0DSOIeWe-OOlT44*o图5-4隧道锚锚塞体内部燃高温度包络图（单位：C）5.2.5 半自动智能水循环系统设计（1）冷却水循环系统包括：山顶的大集水箱，作为恒定冷源：四个底部设置开美阀的小集水箱，在左右洞顶各放两个，分别各控制一层通水温度，用于实施调控进水温度：四个分水器，每个分水港上开一个进水口与小集水箱连接、一个排气口用r排水排气、7个出水口与用于通水降温的冷
11、却水管相连：两个盛水桶，用于盛放从混凝土中循环出来的热水：两个抽水泉，用于招盛水桶中的热水抽到洞顶小集水箱中，与山顶大集水箱相互配合，调节水温。2）水循环系统中配理温度控制系统，包括放置在涧顶集水箱中的入水口温度传感胧和出水口温度传感器、用于控制水泵开关的三通电蹂例和独立的温度控制器，先前对集水箱水温及进出水口温差进行设定，温度传感器测得集水箱水温结果反馈给温度控制器，温度控制器做出反应，自动对三通电磁阀做出反应，对集水箱（循环水入水水源）进行温度调节，至温度满足设定值后电磁同关闭，循环往纪，保证冷却入水温度，及进出II水温。（3）半自动水循环系统设计简图如图5-5所示：I.冷源泉水彷：2,调
12、节水何：3、热源型水箱，4.分水：5,创注软管：6.福农体I7.无SnK管：8、浇筑笈混款土:9、水祭：10.闻咬控制JS：11.连接电线：12.温度传感器.图5-5半自动水循环系统筒图5.2.6 水循环系统控制运行（I）系统试用与通水为防止通水过程中爆管对混凝十产生二次伤害，在混凝土浇筑前进行通水试压，在保证流员的前提下将水流量通至最大，通水3小时,将有漏水、渗水的接头进行加固.再通水、稳压3小时，至3小时稔压无漏水渗水现缴，试压完成。当混凝土埋没过冷水管后应立即通冷却水降温，考虑混凝土浇筑过程中对冷却水管的扰动，前期可籽水流量控制至设计流量的一半，待混凝土达到终凝后将水流量开至最大。re5
13、6通水试压(2)循环水回流控制在温开阶段应控制入水口温度和混凝上内部最高温度温差在2025C为宜，尽量在温升阶段将混凝土内部温度降下来“入水口温度需依靠循环出的热水和冷水源中冷水进行调节，在温降阶段应使流量减半，循环水一直循环，满足降温速率W20Cd的技术要求,若温差最高温度在55T以上，或内表温差难以满足可适当调整水景和入水与最高温温差,降温速率按W3.0Cd控制，此时应保证降温速率均匀，且内部降温同步。(3)循环水系统关闭依照先前施工方案及模拟方.案确定，当混凝土内部最离温度W40C时，关闭该层混凝土水循环系统，连续监测数据48h内,该控制层面测点温度无反弹，可判定该层面温度稳定，拆除水循
14、环系统连接管，对混凝土内埋设冷却水管进行压浆处理。5.2.7 混凝土入模温度控制(1)冷凝设备强制降低拌合用水温度项目采用MGS1.-549型螺杆式冷凝机组冷却拌合用水,从而达到降低混凝上入模温度的目的。冷凝机组主要由：制冷机组、冷却塔、蒸发器、冷凝器、冷却水进出口及冷冻水进出口六部分组成。高温拌合用水从冷冻水进水口进入系统，经蒸发港及冷凝器中转，最后回流至储水池，经冷却输入水池的冷却水温远低于水池中原有水温，两种水体经过冷热交换，再通过不断的循环往复，最终使得储水池中的水温达到既定要求，项目所采用冷凝机组冷却水量为WX)Inin,控制温度为8,C,工作效率可满足拌合站混凝土产出(50mVh)
15、的需水量。同时对拌合站蓄水池做遮阳处理，通水连接管道均包裹三层土工布保温，以大限度降低拌合用水限度.1、冷水系统控M柜I2、相冷机组：3、混合水箱:4,水泵I5,工曼生产一备:6.Mrh7、补给水入门；8.冷却水出水：9.冷却水进水；10.冷冻水出水；I1.冷冻水进水：12,设备出水I13、设进水I14.冷却塔.图5-7冷却系统工作原理u2)现场温度控制措施尽量避开高温时段施工。地泵泵口搭设遮阳棚，避免混凝土遭受太阳光直射。隧洞外暴漏泵管用土工布包更，并不定时洒水降温.5.2.8 混凝土养护措施1)混凝上表面蓄水养护，蓄水高度不小于5cm.水源来至冷却水循环出水口，水温大于3(C(2)在温度骤
16、降，最高温度降低较该季度平均气41低3C,或雷雨天气时，应在隧道锚洞口搭设土工布、彩条布等保温材料，保证隧道锚洞内温度处于稳定状态，做好保温处理。5.2.9 句质性施工混凝土按规定厚度、顺序和方向浇筑，分层布料厚度控制在3O5()cm。正确进行混凝上拌和物的振捣，振动棒垂直插入，快插慢拔，振捣深度超过每层的接触面10-20cm,保证下层在初凝前再进行次振捣。振捣时插点均匀，成行或交错式前进，以免过振或漏振，避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，以免造成离卜料口远处砂浆过多而开裂.5.2.10 温度监控措施1）仪器选用及注意事项温控监测采用SZwTMCUxx无线自动测温系统，进行温度自动采集，此系统
17、包括:32通道无线采集箱、无线发射与接收天线、无线遥控主机、无线自动测温软件等。该软件的主要技术指标有：测量范围为-2OC8OC;分辨率为0.25C；测板误差为1匕；测量有效长度为100Om4测点埋设前需对每个位巴测点编号标记清楚，做到位巴与编号的统一，数据采集设置为自动采集，时间间隔为Ih,降温期可设置为2h,保证数据采集过程中仪器正常供电。图5-8无线自动测温系统|）立面（2）温度测点布置本项目每层混凝土浇筑厚度均不超过4n,故选用隧道锚锚塞体每层浇筑的中心1/4截面作为参考面，每浇筑层布设约14个测试点，分别位于浇筑层上底而与上顶面，体交界面、模板交界面、中心位理和中轴线上，测点布置如图
18、5-9所示。2）平面图5-9塔塞体温度冽点示意图由于锚塞体中无支撑钢筋骨架，在选取测点截面后，在x、y、Z三个坐标轴方向相互垂直焊接支掠钢筋，湿控线沿钢筋走向绑扎.图5-10测点的绑扎与t也定5.2.11温度监测绪果及分析将各U温控数据进行汇总分析，各参数汇总数据如表5-4所示.表S7各层面温控参数入模弗度/最高温度/也大温升/内衣温差/表环温差/温升速率温降速率高温泉中CeCCcC/dC/d半径/m128.564.5036.020-2510-15/2.0/229.167.2537.815-255-1519.71.54328.367.2539.015-25约IO27.01.75127.571.
19、0043.515-25约1035.82.05528.172.5044.4约20约1022.52.17627.865.OO37.2约205-1022.62.05726.662.0035.415-201032.62.15825.864.50：限7约2551028.01.6/监测结果可看出：各温控参数均在规范要求可控范围内，绝热温升在35C45C,内表温差15C25C,表环温差5C15C,温开阶段2OC/d-35T/d.前期降温速率l.5,Cd-2.(Cd.高温集中半径47m6材料与设备本工法所需的材料与如表6-1：表61材料与设备总汇设备名称规格型号单位数瞅用途冷域系统YGS1.-549套1拌合用
20、水强制冷却堵车8口3辆6混凝土运箱无健钢管402.511m米若干冷却水管用胶皮套管米若干冷却水管连接铁丝根若干冷却水管连接绑扎墨拄线根若干温度测点布置无线自动测温系统SZIT-MCl套I温度监测水泵台4用于水循环系统集水箱Iom$个6用于水循环系统分水器带10个进出水口个4用于水循环系统钢丝软管IOrrm根若干用于水驯化系统连接电控箱套2用于设备用电排插件3用于温度采集箱用电ANSYS有照元分析软件套1数伯分析扎丝把若干谓控线绑扎胶带卷若干温控线余长顺宣钢筋12m根若干ifi控线固定支探送尺5把1测点位前测量手套双若干温控测点布置7质量控制本工法控制温度指标应满足GB5(M96-20()9&大
21、体积混凝土施工规范强中技术指标要求。 2）严格按照优化后配合比制备新拌混凝土，尤其控制水泥掺量，新拌混凝土坍落度满足海工要求。保证水循环系统的正常运行，及时对进出水口水温进行调节。混凝土浇筑前需提前试水，待试水试验满足要求，即无漏水，水流量稳定后方可进行混凝土浇筑。保证无线自动测温系统正常工作，需有专人进行负货，确保采集数据真实有效，并根据各湿度场监测结果，对现场施工进行动态调节。（6）待混凝土内部最高温度W40C,且内部温度与环境温度温差15C,方可停止通水降温。（7）冷却水管水平与竖直方向间距不得大于1m,且冷却水管布置所面不能出现盲区。 8）对混凝土入模温度严格控制，当混凝十.入模温度大
22、F30C时，应降低拌合用水温度，加强拌合用水和新拌混凝土的保温。混凝土浇筑完成后应在混;凝土顶面蓄水养护,蓄水高度约为5cm。8安全措施（1）施工过程中应合理安排车辆运输通道， 2）现场施工人员限戴好个人安全防护用品，禁止酒后上岗等。（3）夜间施工需加强照明，保证安全生产. 4）配电箱及用电设备配置专人专职负员. 5）水循环系统及无线温控采集系统配置漏电保护器，避免漏电。 6）对所有用电设备均需设置挡雨棚。（7）集水箱放置平稳，避免发生倾斜，集水箱侧壁设置爬梯，管道连接安装需专业施工人员操作完成。 8）集水箱四周设置防撞护栏。（9）在隧洞内布设的水管、温控线等不得占用逃生通道。（10）温控测点
23、布置时需设置专门人行通道，加密角钢间距，带好安全帽、手套等个人防护用品，必要时系上安全带避免海外跌落。9环保措施（1）严格执行国家环保部门要求，各项控制指标均不超过规定的允许位。（2）混凝上选车清洗后污水需经沉淀池沉淀，经环保部门认可后方可播放。（3）冷却水需有独立的取水和排水系统，不能对居民饮水水源造成污染。10资源节约（I）大体枳混凝土中用粉煤灰代咨45%的水泥，每立方米节约水泥l9IKg,全隧道锚锚塞体可节约水泥2800吨.2）通常大体积混凝土配合比设计中会选用粉煤灰和矿粉作为掺合料使用，本工程仅选用粉煤灰作为掺合料，节省一个矿粉盛放灌，同时也节约了前期人力物力的投入.3）本工法冷却水循
24、环水系统依据地势高度差设计，无动力驱动，节约电能，同时采用自动反馈系统对循环水温进行调节，节省了人员投入成本。11效益分析II.I经济效益1）对于混凝土浇筑温度的控制，现在项目多采加冰片的技术手段，加冰片技术成本约为3万门（XX）11,采用制冷水技术，浇筑完成I5000m3混凝土共产生约8万元电费，较加冰片技术节共约成本约37万元，平均每方混凝土可节约成本约25元。（2）本工法设计冷却水循环系统，循环水重第利用，可节约水资源约5万吨，按每吨1.1元计算，可节约5.5万元水费，且本系统依据地理优势设计，节约动力驱动，设置半白动水温调节装置.节约人力物力，该系统的运用共节约电贽、材料、人力等费用约
25、计8万元。（3）经配合比设计将原设计配比15%粉煤灰掺量增加至45%，水泥掺量由原设计配比85%降低至55%,该配合比优化每方混凝土共节约成本75元，共计节约成本12万元。4）与一般工法施工相比，本工法在1.5万方隧道锚锚塞体混凝土浇筑施工中的运用共计节约成本66.65万元，平均每方混凝土可节约成本约44.4元，具体经济效益总汇如表11-1所示。表I1.l总体施工经济效益比较（万元）方案建筑Iei材料混拽材料人工成本机桢台班水电费6计本工法的工513187.2828.22574.42一般工法it工5256010.8837.27641.07共计节约成本66.6511.2社会效益本项目施工严格按照
26、本工法涉及条例执行，工期共计93天，期间数据温控数据采集完性有效，及时对现场施工进行动态调整，取得了良好的效果，经长期观测混凝土无裂缝产生，整体结构无损害，有效的解决J战道锚施工场地狭小，高标号混凝土温度控制技术难度大等技术难题，保证了施工工期和质量，取得良好的社会效益。12应用实例亚庆驸马长江大桥全长2.01Km,主桥采用主跨105Om双塔单跨钢箱梁悬索桥，南岸铺碇采用框架式前铺室及支墩与陞道锚锚塞体结合的结构方案，利用锚址区附近的岩体对混凝土锚塞体形成一个锁止机构，将主缆中的拉力传递给更深层次的岩体，从而对主缆进行锚固。隧道锚洞开挖深度63.8m,其中开挖前锚室部分18m,锚塞体长35.0
27、m,后锚室长3.8m,锚塞体中心线倾角为40。，前锚面尺寸为1213m,后锚面尺寸为1820m,锚塞体混凝土采用C40抗渗混凝土，左右洞总浇筑方量约为1.5万方。锚寒体左右洞各分为8层浇筑，I8层浇筑fit分别为38Om3、100Om3、140Om3、160Om乂150Om八20Om3、450m200mI,8浇筑层不布设冷却水管，2-7浇筑层各布设3层冷却水管，共18层：水管水平管间距为KXkm,垂直管间距为100cm,每层设置3个进水口、3个出水口。施匚工期共计93天，温度控制期间内表温差、降温速率等均满足GB50496-2009大体积混凝土施工规范中技术指标要求。施工完成后进过长期观察，混凝十.没有裂缝产生，并对隧道锚温度场进行科学有效的分析，整个施工过程达到了预期效果。其成功的温控措施和监控手段受到了业主和监理的一致好评，为后续类似工程施工方案和湿控措施的制定提供一定的工程借鉴.
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