南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵施工技術(shù)

本書(shū)基于作者在南水北調天津干線(xiàn)混凝土輸水箱涵工程中開(kāi)展的施工關(guān)鍵技術(shù)研究成果，全面系統地介紹了箱涵工程施工工藝流程、施工分層及關(guān)鍵部位振搗工藝，混凝土配合比優(yōu)化，應用自行研制的輸水箱涵混凝土一體化施工工法技術(shù)及鋼模臺車(chē)技術(shù)實(shí)現混凝土運輸、入倉方式優(yōu)化及土基上模板支立優(yōu)化，采用數值分析和數值模擬技術(shù)實(shí)現多工況典型混凝土結構混凝土溫度場(chǎng)、應力場(chǎng)和位移分布的三維仿真和合理性分析，對箱涵混凝土溫控防裂進(jìn)行研究。

采用FLAC3D數值模擬軟件，建立三維數值分析模型，模擬超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵不同施工工況的應力分布及位移，進(jìn)行數值檢測和分析對比，研究混凝土澆筑、模板支立等不同時(shí)期的結構穩定安全，據此進(jìn)行施工工藝的合理性分析并提出推薦性意見(jiàn)，優(yōu)化施工工藝是本書(shū)的一大亮點(diǎn)。

南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵屬于超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵結構，其斷面尺寸大、壁厚小，混凝土結構受力條件復雜，極易產(chǎn)生各種裂縫，施工過(guò)程中極易出現不穩定狀態(tài)。為此，建立可控的、具有足夠生產(chǎn)能力的混凝土自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，將混凝土拌和物直接轉運至布料倉面，實(shí)現原材料集料、下料、投料攪拌、輸料、混凝土入倉各個(gè)環(huán)節一體的連續施工非常關(guān)鍵。

本書(shū)采用FLAC3D數值模擬軟件，建立三維數值分析模型，模擬超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵不同施工工況的應力分布及位移，進(jìn)行數值檢測和分析對比，研究混凝土澆筑、模板支立等不同時(shí)期的結構穩定安全，據此進(jìn)行施工工藝的合理性分析并提出推薦性意見(jiàn)，優(yōu)化施工工藝是本書(shū)的一大亮點(diǎn)。

本書(shū)從對輸水箱涵施工中混凝土的不同入倉方式的優(yōu)化分析研究入手，結合施工廠(chǎng)區布置提出優(yōu)化意見(jiàn)；對模板的高效重復利用及土基上模板的支立提出工藝優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)意見(jiàn)；對墻體關(guān)鍵部位混凝土振搗提出工藝措施；對混凝土輸水箱涵施工質(zhì)量、施工工藝及箱涵結構穩定等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)深入研究和分析論證。

借助箱涵混凝土溫控仿真有限元模型程序，結合不同工況進(jìn)行仿真計算和分析，研究南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵施工期間混凝土溫度控制、應力計算及裂縫防治新技術(shù)，為避免混凝土箱涵因環(huán)境氣象條件、澆筑溫度、混凝土溫差、混凝土澆筑的長(cháng)度和厚度、極限拉伸率、表面放熱性能、養護措施、間歇時(shí)間、結構施工分塊和施工分層等因素影響產(chǎn)生裂縫，開(kāi)展理論研究并提供技術(shù)支持數據。

通過(guò)上述研究論證，找出變化規律，提出針對南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵各典型結構，個(gè)性化地指導現場(chǎng)施工和控制混凝土澆筑質(zhì)量的技術(shù)研究成果，總結歸納成一個(gè)可以在南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵施工中廣泛應用的專(zhuān)項施工技術(shù)，實(shí)現南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵施工技術(shù)的集成管理，為避免輸水箱涵施工質(zhì)量事故或質(zhì)量缺陷的發(fā)生，保證混凝土箱涵的強度、工程質(zhì)量和運行安全提供了可靠的技術(shù)保證。

尤其在南水北調工程或類(lèi)似工程施工中，對于作業(yè)倉面屬于線(xiàn)性延伸的工程而言，該研究成果在于優(yōu)化施工管理、保證工程質(zhì)量和施工安全，具有質(zhì)量可靠、經(jīng)濟實(shí)用、運行簡(jiǎn)便、節能環(huán)保的價(jià)值，實(shí)現箱涵混凝土受控一次入倉、運行費用低廉的特點(diǎn)。隨著(zhù)國家對水利工程投入的增加，一大批大型超長(cháng)距離大流量輸水箱涵工程項目相繼開(kāi)工建設，超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵施工集成管理關(guān)鍵技術(shù)研究成果，在提高工程質(zhì)量，降低工程成本等方面將發(fā)揮積極作用，具有廣闊的推廣應用前景。

建設高質(zhì)量的混凝土輸水箱涵，是編著(zhù)本書(shū)的出發(fā)點(diǎn)。為了更好地總結南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土輸水箱涵施工關(guān)鍵技術(shù)，并為今后類(lèi)似工程的設計和施工提供系統、完整的借鑒資料，作者開(kāi)展了多方面的實(shí)驗研究，并在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中參考和引用了許多專(zhuān)業(yè)論述，同時(shí)也得到了有關(guān)專(zhuān)家的支持，尤其是林皋院士對本書(shū)的出版傾注了大量的心血。在此向有關(guān)人員致以崇高的謝意！

由于國內外混凝土箱涵技術(shù)研究的課題很多，作者的水平有限，書(shū)中的缺點(diǎn)、錯誤和疏漏在所難免。在施工組織和箱涵技術(shù)研究資料和數據整理方面還不夠完整。懇請廣大讀者批評指正。

作者

2013年5月

第1章 概況 1
1.1 南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程混凝土
輸水箱涵關(guān)鍵技術(shù) 1
1.2 技術(shù)研究的主要內容 2
1.2.1 主要從以下方面展開(kāi)研究 2
1.2.2 鋼筋混凝土箱涵裂縫成因分析 3
1.3 國內外技術(shù)現狀 3
1.3.1 國內文獻 3
1.3.2 國外文獻 4
1.3.3 總述 6
1.4 技術(shù)路線(xiàn) 6
1.5 南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)工程簡(jiǎn)介 6
1.5.1 保定市1段工程 6
1.5.2 保定市1段施工五標 7
第2章 南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)箱涵不同
施工工藝應力應變三維分析 12
2.1 研究?jì)热?12
2.1.1 研究?jì)热?12
2.1.2 施工工藝設定 12
2.2 三維分析前期工作 12
2.2.1 計算程序介紹及原理 12
2.2.2 模型建立情況 18
2.2.3 物理力學(xué)參數 20
2.3 三層澆筑法 20
2.3.1 澆筑底板 20
2.3.2 澆筑立墻 25
2.3.3 澆筑頂板 30
2.4 兩層澆筑法 37
2.5 兩種方法對比分析 43
2.5.1 應力對比 43
2.5.2 位移對比 45
第3章 混凝土配合比，混凝土入倉方式研究 48
3.1 混凝土配合比研究 48
3.1.1 綜述 48
3.1.2 常用的主要措施 48
3.1.3 混凝土原材料使用要求 48
3.1.4 箱涵混凝土堿骨料反應及其預防 56
3.1.5 混凝土配合比優(yōu)化 58
3.1.6 天津干線(xiàn)保定市1段箱涵混凝土
施工設計要求及施工配合比 66
3.2 混凝土澆筑入倉方式研究 69
3.2.1 國內外同類(lèi)工程現狀 69
3.2.2 超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵
施工入倉方式 70
3.2.3 混凝土入倉坍落度的控制 71
3.2.4 混凝土入倉澆筑施工措施 73
3.2.5 混凝土入倉質(zhì)量保證措施 74
3.2.6 混凝土入倉安全保證措施 75
3.3 南水北調中線(xiàn)天津干線(xiàn)保定市1段箱涵
混凝土施工 75
3.3.1 工程特點(diǎn) 75
3.3.2 混凝土性態(tài)變化及解決方案 75
3.3.3 超長(cháng)距離大流量輸水箱涵混凝土
一體化連續施工系統裝置 77
3.3.4 混凝土布料機設計技術(shù)研究 88
3.3.5 超長(cháng)距離大流量混凝土輸水箱涵施工
技術(shù)工法的應用及改進(jìn) 93
3.3.6 拖式混凝土輸送泵入倉 95
第4章 混凝土澆筑 98
4.1 箱涵混凝土施工工藝流程 98
4.2 混凝土澆筑振搗工藝 98
4.2.1 混凝土鋪料及分層 98
4.2.2 混凝土平倉 100
4.2.3 混凝土振搗 100
4.2.4 模板工程 101
4.2.5 鋼筋工程 103
4.2.6 混凝土運輸 108
4.2.7 混凝土澆筑注意事項 108
4.2.8 混凝土表面修整 110
4.3 混凝土雨季施工 110
4.3.1 雨季施工工作措施 110
4.3.2 中雨以上天氣施工工作措施 110
4.3.3 小雨天氣施工工作措施 110
4.3.4 澆筑過(guò)程施工工作措施 111
4.4 混凝土養護 111
4.5 混凝土溫度控制措施 111
4.5.1 溫度控制一般要求 111
4.5.2 出機口溫度計算 111
4.5.3 降低混凝土澆筑溫度的措施 112
4.5.4 降低混凝土的水化熱溫升 113
4.5.5 溫度測量 113
4.6 表面保護 113
4.7 質(zhì)量檢驗及施工強度分析 113
4.7.1 混凝土原材料質(zhì)量檢驗 113
4.7.2 混凝土拌和與混凝土拌和物的
質(zhì)量控制 114
4.7.3 澆筑質(zhì)量檢查與控制 114
4.7.4 強度檢驗與評定 115
4.7.5 箱涵混凝土缺陷處理技術(shù) 116
第5章 箱涵施工廠(chǎng)區布置優(yōu)化 121
5.1 施工廠(chǎng)區布置方案 121
5.2 施工分區規劃和施工布置內容 121
5.2.1 施工營(yíng)地及施工臨時(shí)道路布置 121
5.2.2 施工用風(fēng) 123
5.2.3 施工供水 123
5.2.4 施工用電 125
5.2.5 堆土區規劃 127
5.2.6 混凝土生產(chǎn)系統 127
5.2.7 施工輔助工廠(chǎng) 129
5.2.8 辦公及生活設施 130
5.3 施工優(yōu)化 132
5.3.1 防雨排水系統優(yōu)化 132
5.3.2 混凝土澆筑過(guò)程中防雨措施 134
5.3.3 施工臨時(shí)道路優(yōu)化 134
5.3.4 防雨防風(fēng)設置優(yōu)化 135
5.3.5 基槽底部鋼模臺車(chē)道路 136
5.3.6 安全保證措施 136
5.3.7 環(huán)境保護及文明施工 137
第6章 模板支立方案優(yōu)化研究 138
6.1 概述 138
6.2 大模板設計研究 138
6.2.1 設計思想及計算依據 138
6.2.2 模板結構及參數確定 139
6.2.3 模板側壓力分析計算 139
6.2.4 內模面板承載力分析驗算 140
6.2.5 橫筋計算 142
6.2.6 豎向主梁計算 144
6.3 內模臺車(chē) 145
6.3.1 內模臺車(chē)主體圖 145
6.3.2 施工布置 147
6.3.3 施工方法 147
6.4 外模 148
6.4.1 外模板組裝 148
6.4.2 外模板的布置及構造 148
6.4.3 安裝人員及設備 149
6.5 底板外模及內模 150
6.6 堵頭側模 150
第7章 箱涵關(guān)鍵部位混凝土澆筑施工工藝
研究 152
7.1 箱涵混凝土施工概況 152
7.2 施工分層及倉塊劃分 152
7.3 混凝土面層處理 153
7.4 混凝土上下結合處施工縫面處理 153
7.4.1 施工縫面處理方法優(yōu)化選擇 153
7.4.2 鑿毛 156
7.4.3 模板 157
7.5 施工縫面處理 157
7.6 混凝土澆筑 157
第8章 箱涵混凝土變形縫施工技術(shù)及箱涵抗浮
穩定分析 159
8.1 設計技術(shù)要求 159
8.1.1 總體要求 159
8.1.2 止水材料 160
8.1.3 填縫填料 162
8.1.4 嵌縫材料 163
8.2 變形縫施工 164
8.2.1 一般規定 164
8.2.2 橡膠止水帶施工 164
8.2.3 閉孔泡沫塑料板施工 165
8.2.4 聚硫密封膠施工 165
8.2.5 質(zhì)量控制與檢驗 166
8.3 箱涵抗浮穩定分析 166
8.3.1 抗浮措施的選擇 166
8.3.2 抗浮方案的優(yōu)化設計 167
第9章 箱涵混凝土溫控仿真有限元子模型法
程序開(kāi)發(fā)及施工期防裂技術(shù)研究 168
9.1 混凝土溫度場(chǎng)有限單元法計算方法 168
9.1.1 不穩定溫度場(chǎng)的基本理論 168
9.1.2 不穩定溫度場(chǎng)的有限元隱式解法 169
9.2 混凝土應力場(chǎng)的有限單元法計算方法 170
9.2.1 應力求解的基本理論 170
9.2.2 應力場(chǎng)的有限單元法隱式解法 171
9.3 水管冷卻混凝土溫度場(chǎng)的有限元
迭代求解 172
9.3.1 水管冷卻空間溫度場(chǎng) 172
9.3.2 沿程水溫增量的計算 173
9.3.3 水管冷卻混凝土溫度場(chǎng)的迭代求解 174
9.4 有限元仿真計算的單元形式 174
第10章 箱涵結構防裂縫研究 176
10.1 裂縫產(chǎn)生機理 176
10.1.1 裂縫分類(lèi) 176
10.1.2 裂縫的產(chǎn)生機理 176
10.1.3 箱涵混凝土裂縫 176
10.2 結構優(yōu)化設計 177
10.2.1 總述 177
10.2.2 箱涵荷載分析計算 179
10.2.3 箱涵參數 180
10.2.4 箱涵荷載組合 180
10.2.5 內力計算方法 180
10.2.6 荷載和內力計算結果 180
10.2.7 配筋計算結果 183
10.2.8 抗裂度驗算 183
10.2.9 承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用
極限狀態(tài)驗算 183
10.3 SAP84平面有限元分析 186
10.3.1 計算參數的選取 186
10.3.2 計算方法 187
10.3.3 SAP84三維有限元分析 187
10.4 箱涵結構防裂縫措施 187
10.4.1 合理選擇結構型式 187
10.4.2 合理布置分縫間距 188
10.4.3 科學(xué)確定箱涵倒虹吸結構尺寸 188
10.4.4 合理配置鋼筋是防裂縫的關(guān)鍵 188
10.4.5 合理優(yōu)化混凝土配合比 189
10.4.6 混凝土溫控設計及選擇適宜的澆注
時(shí)間 190
10.4.7 控制原材料溫度 191
10.4.8 拌和運輸環(huán)節的溫控 191
10.4.9 保證混凝土倉號正常溫度 191
10.4.10 混凝土的養護 191
10.5 箱涵結構防裂縫需要注意的問(wèn)題 192
第11章 混凝土溫度場(chǎng)和應力場(chǎng)有限元子模型法
及程序開(kāi)發(fā) 193
11.1 有限元子模型法的原理 193
11.2 有限元子模型法的計算網(wǎng)格 194
11.3 有限元子模型法的實(shí)現 194
11.4 混凝土溫度和應力有限元子模型法 196
11.4.1 切割邊界條件 196
11.4.2 子模型切割域 197
11.4.3 混凝土溫度場(chǎng)和應力場(chǎng)子模型法 197
11.5 有限元子模型法修正算法及程序開(kāi)發(fā) 199
11.5.1 修正分析 199
11.5.2 子母模型聯(lián)合反饋修正算法 199
第12章 計算模型仿真與工況分析 202
12.1 計算資料收集和計算 202
12.1.1 工程區氣象資料 202
12.1.2 混凝土配合比 204
12.1.3 熱學(xué)與力學(xué)性能指標 204
12.2 計算模型與仿真假定 206
12.2.1 計算模型 206
12.2.2 計算假定 207
12.2.3 特征點(diǎn)和特征截面 207
12.3 夏季施工計算結果分析 208
12.3.1 計算工況設定 208
12.3.2 工況X1計算結果分析 208
12.3.3 工況X2計算結果分析 216
12.3.4 工況X3計算結果分析 218
12.3.5 工況X4計算結果分析 219
12.3.6 工況X5計算結果分析 220
12.4 秋季施工計算結果分析 220
12.4.1 計算工況設定 220
12.4.2 工況Q1計算結果分析 221
12.4.3 工況Q2計算結果分析 224
12.4.4 工況Q3計算結果分析 225
第13章 結論 226
13.1 創(chuàng )新點(diǎn) 226
13.2 結論和建議 227
13.2.1 結論 227
13.2.2 建議 228
13.3 推廣應用前景 229
附錄1 南水北調中線(xiàn)干線(xiàn)工程混凝土輸水箱
涵施工操作指南（試行） 231
附錄2 水工混凝土輸水箱涵一體化施工
技術(shù)工法 259
參考文獻 269

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27. 畫(huà)法幾何與機械制圖習題集（多學(xué)時(shí)） [主編 趙軍]
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