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1、国家游泳中心示范工程应用成果评审资料 预应力大梁大体积混凝土施工技术预应力大梁大体积混凝土施工技术国家游泳中心工程1.5m（宽）3.5m（高）34m（跨度）预应力大梁结构，在夏季高温天气下，大体积混凝土温度裂缝控制是本工程混凝土施工的重点之一。本文提出以下温度裂缝控制措施：混凝土初始温度控制，即通过对搅拌站拌合用水、水泥、砂、石分别进行降温，根据外界环境温度控制混凝土入泵温度；混凝土绝热温升控制，即混凝土配合比设计，采用高效减水剂和粉煤灰，降低了单方水泥用量，降低了水化热延缓了水化速度；混凝土浇筑控制；混凝土养护控制；预应力钢筋提前分步张拉等措施。经实际测温，混凝土内部与表面的温差及混凝土表面
2、与大气的温差不大于25，日降温速度控制在3以内，未出现温度裂缝。一、工程简介1.工程概况国家游泳中心工程是2008年奥运会主要场馆之一，场馆内部为钢筋混凝土结构，外墙及屋顶为新型延性多面体空间刚框架结构。国家游泳中心热身池上空设计为赛后溜冰场，为达到溜冰场防震动要求，溜冰场楼板下设计了8根有粘结预应力混凝土大梁，每根大梁截面尺寸为1.5m（宽）3.5m（高），跨度为34m。预应力大梁由16根直径1.2m的圆柱支撑，预应力大梁混凝土等级为C40，与之相交的梁板等级为C30，两边支撑的圆柱等级为C50。混凝土浇筑时间为2005年7月中旬，此时室外温度达到35左右，温度较高。本工程中预应力梁截面尺寸
3、大，施工复杂，裂缝控制等级为二级，是工程混凝土结构施工中的一个重点。梁柱结构布置及立面示意见下图1： a 大梁立面示意图 b 梁柱平面结构示意图图1 大梁立面及平面布置示意图梁内设计了12束预应力筋，每束由9根直径15.24mm(17)1860级高强低松弛有粘结钢绞线组成。预应力筋按双向抛物线曲线布置，有粘结预应力孔道采用镀锌波纹管。预应力筋布置见下图2：a 跨中三排波纹管及钢筋位置图 b 梁端处变两排波纹管及钢筋位置图图2 预应力筋布置示意图 2.同类工程调查研究我们调查了北京市近年施工的同类混凝土大梁工程成功案例。（1）国家大剧院560m长壳体底环梁工程梁截面为2m（高）34.3m（宽），
4、位于钢结构壳体底部。分三次浇筑完成，最厚一次浇筑1.2m，每隔35m设一个微膨胀加强带，混凝土强度等级C50，浇筑时间为2003年3月5月。（2）银泰大厦转换层大梁工程梁截面为6m(高)2m(宽)，位于混凝土和钢结构转换层。一次浇筑完成，混凝土强度等级C60，浇筑时间为2005年3月。（3）调查结论与上述工程比较而言，本工程浇筑时间处于夏季高温季节，最高气温可达35，比上述工程混凝土浇筑平均大气温度高15左右，混凝土浇筑后的温度取决于混凝土初始温度和水化升温的叠加。若不采取特殊措施，混凝土初始温度将非常高（可能达到35以上），这将直接影响到混凝土最终升温，对于温度裂缝控制非常不利。因此必须从控
5、制混凝土初始温度和水化升温入手，确保内外温差和降温速度，防止温度裂缝产生。3.预应力大梁施工重点及难点（1）预应力梁截面大，跨度大，属于大体积混凝土构件，要求一次浇筑完成，混凝土水化热大，混凝土温度下降阶段产生收缩，受已有结构约束，产生收缩而容易导致构件裂缝，裂缝表现为大梁侧面出现竖向裂缝，因此大体积混凝土防裂问题，特别是温度裂缝控制，是该部位施工的重中之重。另外，拆模后梁底可能出现纵向披裂裂缝，原因是预应力筋位置不合理，保护层偏小，预应力筋张拉后局部应力集中所致；张拉端锚头部位易出现局部裂缝，原因是张拉端锚板不平，张拉端局部受剪切应力过大产生裂缝，也是需要控制的部位。（2）由于截面大，构件重
6、，梁距热身池底板约14m高，给结构支撑脚手架提出了较高要求。（3）施工中梁柱节点处的配筋较多，预应力与非预应力穿插多：1）波纹管布设从梁中两排变为端部三排，与梁箍筋交叉多；2）对拉螺杆与波纹管位置矛盾处多；3）浇筑梁中混凝土时对波纹管位置难以掌控，振捣困难，易造成波纹管破裂；4）波纹管距混凝土下皮较近，容易产生蜂窝麻面、混凝土不密实；5）梁支座处设计成“类简支”结构。给施工造成了一定的困难。（4）根据设计要求，对混凝土进行配合比设计，并对混凝土原材料初始温度、拌合物温度、绝热温升及内外温差进行反复计算，最终得出最优配合比和原材料初始温度控制值。二、混凝土防裂控制措施针对重点及难点，从设计及施工
7、角度出发，分别制定了下列控制措施。1.设计构造措施为降低混凝土受已有结构约束， 防止构造裂缝温度裂缝，设计单位采取了类简支梁的构造措施，在梁柱节点断开一部分混凝土连接。如下图3：图3 预应力梁端部节点构造结构设计采用二级裂缝控制，即无裂缝设计，通过裂缝控制计算确定预应力筋配筋量，可通过提前（拆模前）施加预应力的措施控制温度裂缝。2.混凝土配合比、原材料温度、拌合物温度及绝热升温的控制为保证大体积混凝土浇筑时不出现由于混凝土水化热较快而导致温度裂缝的产生，在考虑外界环境温度条件下，满足混凝土内外温差以及表面温度与大气温差不超过25的要求，需要进行合理的混凝土配合比设计，通过对混凝土拌合物温度、出
8、机温度、入模温度、绝热温升以及内外温差的反复验算，得出混凝土各种原材料温度的最终合理控制值，再配合适当的养护措施，减少大体积混凝土由于绝热温升而引起温度收缩裂缝的产生。下面以本工程为例，在合理选择混凝土配合比基础上，通过对混凝土拌合物温度、出机温度、入模温度、绝热温升以及内外温差的反复验算后，得出了混凝土原材料温度、入模温度和浇筑温度的最终合理控制值。（1）混凝土配合比设计由于本工程混凝土强度较高，加上市场条件限制，经分析采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥的水化热速度较快，水化热较高，因此必须通过减少水泥用量，降低水泥水化热，控制混凝土绝热升温。经过搅拌站试验室多次试配的结果，为了降低水泥
9、用量，配合比设计采用了西卡高效减水剂，型号为Sikament Viscocrete。该减水剂为聚羧酸型减水剂，试验表明减水率达27%，可有效调节混凝土凝结时间。在同等水灰比下可有效提高混凝土强度，外加剂掺量为水泥重量的1.2%。同时，采用级粉煤灰替代部分水泥，粉煤灰掺量25%，取代系数1.1，可有效提高混凝土和易性，减少水化热。混凝土坍落度：180200mm。混凝土初凝时间：4h。最终混凝土配合比设计见下表1：表1 混凝土配合比选择标号水灰比砂率水泥水砂石粉煤灰外加剂：西卡高效减水剂C400.39 43%300Kg156Kg793Kg1051Kg100Kg4.8Kg（2）混凝土初始温度控制为了
10、降低混凝土初始温度，分别对搅拌用水泥、水、砂、石等采取了降温措施。1）通过对水泥出厂后较长时间的放置降温，使水泥入搅拌机温度（以下称使用温度）控制在45以下。对于散装水泥生产厂家，由于水泥供应量大，周转快，从水泥出窑到运输至搅拌站使用时间间隔较短，一般不超过一周，入搅拌站的温度一般在6070。为了降低水泥使用温度，我们与水泥生产厂家进行了协调。生产厂家适当延长了水泥的库存时间，把散装水泥用临时水泥袋包装，用鼓风机吹冷风降温。经过这样一个过程，约两周时间，可把水泥温度计降低到45左右。2）通过在搅拌用水中加刨冰，降低水温。搅拌用水中加冰后温度可用下式计算：其中： 热水（未加冰的水质量）；热水（未
11、加冰的水温度）； 冰的质量； 冷水（冰水混合溶解后）水温度； 水的比热，4.2KJ/kgk； 冰的融解热：335KJ/Kg； 冰的温度按0计算。根据上式，已知每立方米用水量，即=+总量，已知未加冰的水温度，设定加冰后目标温度，可计算需加入的冰质量：由上式可知，若每立方米混凝土用水156Kg，由30降为15，则每立方米需用冰21.3Kg。需注意的是，为了保证投入水中的冰迅速溶解，应将冰块破碎成冰屑后投入蓄水池。大块的冰投入水中后很难溶解，难以达到生产降温目的。3）通过砂石料场加顶盖防日光直射，用地下抽取的冷水冲洗石料堆等措施，可保证砂石原材料温度控制在25以内。综上所述，混凝土主要原材料温度控制
12、目标见下表2：表2 混凝土原材料温度控制值原材名称水泥粉煤灰水砂石温度（）45301525254）拌合物温度计算根据建筑施工手册计算，得出混凝土拌合温度，拌合物的出机温度，混凝土浇筑温度。根据上述计算和规范相关要求，对实际浇筑混凝土的出机温度限定为26，控制入泵温度在2628，控制混凝土入模温度在30以下。应注意的是，本工程浇筑时环境温度最高为35。为了严格控制上述温度限定值，加强对驻站人员的管理，在搅拌前测量每盘原材料的温度，混凝土到达现场后进行测温，对于有个别入泵温度高于12时，也可用于大梁混凝土浇筑；对于入泵温度高于3以上时，在有施工条件的情况下可浇筑在同等混凝土强度等级的部位。对部分运
13、输车辆进行罐体防护，当拌合物的温度高于环境温度时，采用裸罐车辆运输；当拌合物的温度低于环境温度时，用带有保温被的车辆进行运输。（3）混凝土升温计算1）混凝土不同龄期的绝热温升计算经计算，不同龄期的绝热温升（）见下表3：表3 不同龄期绝热温升值t（d）1236915（）30.9642.246.448.748.848.8由上表可知，混凝土在16天内基本完成水化过程，最高升温48.8。根据经验，在13天内，混凝土中心区域可近似认为绝热升温。即第三天混凝土最高温度：2）混凝土内外温差验算按混凝土上表面5cm蓄水养护方式，计算混凝土内外温差：注意：其中施工期大气平均气温取40，混凝土实际厚度取3.5m。
14、根据上述公式，计算得出： 根据经验第三天混凝土内部温度最高（76）时，而，混凝土表面温度与混凝土中心温度之差未超过25，满足大体积混凝土的测温养护要求。因此，在实际施工中决定通过混凝土测温跟踪内外温差，保证内外温差不超过25；若温差超过25时，及时再覆盖一层塑料布，以减小内外降温梯度。根据经验，我们将温度监控的重点放在混凝土浇筑后7天，即升温阶段，每2h测温一次，降温阶段每6h测一次(降温速率2.5天),待内外温差稳定15后停止测温。同时测量大气温度，计算混凝土内外温差，当发现温度变化异常时，及时采取有效措施。本工程采用JDC-2建筑电子测温仪进行混凝土温度监控，每个测温点监测混凝土表面、中心
15、及底部三个温度，测温点的平面布置见下图4。图4 大梁测温点布置图3.混凝土浇筑工艺控制措施为了避开夏季中午高温阶段浇筑混凝土，宜在夜间低温阶段浇筑，根据混凝土一次浇筑工程量，配置了相应的混凝土供应设备和泵送浇筑设备，确保在下午19点至第二天中午12点之间完成浇筑。为此，把八道混凝土大梁分成两次浇筑，每次浇筑四道，施工缝留置在次梁净跨中段的1/3范围内。实际浇筑时间为第一次浇筑从7月9日20:00至7月10日12:00，第二次浇筑从8月3日19:00至8月4日13:00，浇筑期间平均大气温度30。为防止混凝土浇筑受交通影响严重，施工前确定多条混凝土运输路线，在混凝土浇筑时现场与搅拌站必须保持密切
16、联系，随时根据浇筑进度及道路情况调整车辆密度。现场设专人管理指挥，以免车辆相互拥挤阻塞。为防止在混凝土浇筑过程中出现大雨现象，混凝土浇筑前一天要密切关注天气变化，在有中雨以上预报时，及时决策推迟混凝土浇筑时间。浇筑时采用“斜向分层法”，从一端逐渐向另一端铺开混凝土，每层铺开混凝土厚度不大于30cm，当大梁部分混凝土浇至板底时，该部位混凝土随板混凝土一起浇筑，逐渐向前展开。这样可保证混凝土水化热不过于集中，且能完成一次连续浇筑。混凝土浇筑顺序图见下图5。图5 混凝土浇筑顺序图聚羧酸类减水剂有时易使混凝土出现“假凝”现象，即在已浇筑混凝土表面快速形成一层硬壳，实际内部混凝土并未凝固，从而影响混凝土
17、表面施工成型。因此要求每次振捣时间不宜过长，约30s即可。达到设计标高后，应快速用木刮杠刮平，木抹子压实后及时用塑料布覆盖保湿。在白天时应对泵管进行草帘被覆盖，浇水降温；夜间时可掀开草帘被。4.混凝土养护控制混凝土养护对控制早期塑性裂缝具有极其重要的作用，及时、长期的保湿养护可有效防止因混凝土因水化阶段失水而产生干缩裂缝和塑性收缩裂缝，并保证混凝土内外温差不超过25。对顶板上表面，对于表面已浇筑完的混凝土应及时覆盖塑料布洒水养护，混凝土终凝后，采用蓄水养护的措施，蓄水5cm高，养护15天。对混凝土侧面，采取带模喷水养护的措施，混凝土初凝后可松开侧面对拉螺栓，但不拆除模板，利用原有模板起到保湿作
18、用，在炎热及干燥气候条件下浇水湿润养护21天。按每根大梁每100m3制作一组抗压试块，养护龄期28天。同时应另增加五组同条件试块在现场作同条件养护以确定1d、2d、3d、7d、14d混凝土强度，从而确定预应力筋张拉时间及拆模时间。三、预应力钢筋的控制措施1.布设原则按照流水顺序布筋，在预应力布筋前应在梁箍筋上根据预应力筋曲线布置大样图,对有粘结预应力梁应先从梁一端穿入波纹管，边穿边用连接套管连接，连接套管两端应用粘胶带缠绕密实；波纹管就位后按照图纸要求将规定数量钢绞线打开后单根或成束从波纹管一端穿入并从另一端穿出，穿筋时注意不要戳伤波纹管且波纹管两端外露的预应力筋长度要相等。预应力金属波纹管支
19、架与箍筋焊接，支架间距为1000mm。2.布筋技术要点（1）波纹管拼装时取大于主管3mm波纹管做连接头，接头长度取300mm，管接口用粘胶带密封，以防接口漏浆。波纹管在孔道端部与预埋垫板喇叭管相接，在接缝处进行密封以防漏浆。（2）灌浆孔的间距：对预埋金属螺旋管不宜大于30m；锚垫板上设有灌浆兼排气孔，曲线孔道在每一跨的波峰位置设一排气孔，在跨中位置设一排水孔，详见下图6：图6 灌浆孔示意图（3）预应力筋铺放完毕之后，应逐根检查曲线、矢高、反弯点位置及高度，检查支架高度和支架点是否焊牢，波纹管与马凳用细钢丝绑牢，以防浇筑混凝土时波纹管位置上偏或上浮，对波纹管破损处应用水密性胶带缠绕修补。（4）波
20、纹管安装就位过程中，尽量避免反复弯曲，以防管壁破裂，还要防止电焊火花烧伤管壁。3.预应力筋用支架有粘结预应力筋的支架用F12的钢筋制作，距梁底高度为施工图纸所示的预应力筋中心线距梁底的矢高减波纹管半径，支架跟梁箍筋焊接，马凳竖向偏差应控制在5mm范围内。4.端模张拉端处模板需用木模板。梁端模板、预应力筋张拉端模板应在预应力筋张拉端处锚垫板焊接固定后再支，支此处模板时不可更改预应力筋的方向及位置。5.节点安装张拉端采用凹进式，张拉端处环壁立筋和梁端主筋可预先调整排列，使钢筋的净间距满足锚垫板的安放和张拉端锚具安装，以保证张拉所需的断面尺寸。预应力张拉完毕后，在张拉端作防腐处理后并用C30微膨胀细
21、石混凝土封堵。有粘结预应力节点安装见下图7：3701500150350013504001951350370400195370图7 有粘结预应力张拉端大样示意图四、现场施工控制措施1.应用计算机，根据图纸和波纹管曲线走向对梁箍筋进行CAD放样（见下图8）；与设计协商后，对梁中局部箍筋与波纹管位置冲突处进行箍筋间距调整（见下图9）。图8 原图纸中梁箍筋与波纹管位置排列图图9 与设计协商后，梁箍筋与波纹管位置调整图2.脚手架设计考虑周密，现场监控到位。充分考虑市场上脚手架扣件质量不合格，进行有针对性计算；派专人负责，随时检查现场搭设情况，不合格及时整改。（见下图10）图10 大梁模板及支撑断面图3.
22、计算和放样结合，合理调整对拉螺杆间距。严格按照规范进行计算对拉螺杆的间距；根据计算结果进行对拉螺杆定位，并在计算机制图中再现对拉螺杆的实际位置，避免现场施工时波纹管与对拉螺杆相碰。（对拉螺杆位置调整见下图11）图11 对拉螺杆位置调整图4.对施工人员进行针对性培训，项目技术部进行方案交底，使项目部管理人员和分包管理人员了解施工的重点、难点及本工程的重要性，统一思想；为确保将方案落实到现场施工过程中，组织专项责任师对现场操作人员进行专项交底，让每一个工人知道施工方法、施工工艺；邀请知名专家给项目部管理人员及分包班组长等人员讲课，进行技术培训，提高参施人员的质量意识及技术技能。五、效果检查1.实测
23、温度曲线根据实际各测温点实测温度的平均值给出实测温度曲线如下图12，由曲线可知，混凝土浇筑第65小时，即第三天末内部温度达到最高点75，之后开始缓慢降温，温度监控期表面温度与中层温度之差未超过25。图12 实测混凝土升温曲线2.混凝土裂缝检查经张拉后检查，张拉端锚具下混凝土密实，未出现批裂裂缝；大梁侧模拆除后，梁侧表面未出现可见裂缝；大梁支撑脚手架拆除后再次检查，梁底无可见裂缝。六、结论和建议国家游泳中心较高强度预应力大体积混凝土大梁工程通过重点控制混凝土原材料温度、入模温度及浇筑温度，并加强养护，降低了混凝土水化热，避免了温度裂缝的产生。通过技术措施控制预应力钢绞线及套管位置和锚固端防止预应
24、力张拉批裂裂缝，整体控制成功，为其他同类工程提供了借鉴。大体积混凝土温控防裂控制，涉及到设计、原材料、施工、环境等诸多因素，为了控制裂缝，应着重从控制温升、延缓降温速率、减少混凝土收缩等方面采取措施，并根据现场测试数据及时调整养护措施。这些措施之间是相互联系、相互制约的，必须结合实际，全面考虑合理采用，才能受到良好的效果。Adhered to comprehensively strengthen the partys ideological, organizational, style, system, and focus on fighting corruption and upholdin
25、g integrity, continuously improve the scientific level of the construction, in order to promote sound and fast economic and social development to provide strong protection. 1. the exploration and innovation, strengthening the partys ideological building. Persist in the first place to ideological con
26、struction, strengthening and improving the theory work, persistently arm the vast numbers of party members and cadres with theories of socialism with Chinese characteristics, strengthen the ideal and belief education, establish a correct world Outlook, views on power and interest. Advancing the cons
27、truction of study-oriented party organization and the learning cadre, establish a sound learning system, continuously enhance the overall quality. Further emancipating the mind, improve the ability of integrating theory with practice, problem solving and the combine to solve practical problems, to i
28、mprove the theory, combining knowledge and improve the art of leadership, adhere to, which was to promote, in an effort to promote scientific development and social harmony made new achievements. 2. work hard, strengthen cadre. Stick through the construction of party system construction, and constantly strengthening the partys leadership, organization, and work systems, party systems, monitoring systems and the81
