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6 4 世 界 桥 梁 2 0 l 5， 4 3( 4 ) 大体 积混凝土后期 裂纹成 因分析 陈 国祥 ( 中铁大桥局集 团有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 为减小大体积混凝 土后期裂 纹的产生 ， 以某 3 8 i n钢 一混 结合 梁悬 索桥北岸重力式锚碇为背景 ， 对造成后期裂缝 的成 因进行分析 。分析结果显示 ： 分层龄期差造成上层混 凝土的收缩受到下层混凝土 的约束 ， 从 而使上层 混凝土 的底 部承受较 大 的拉应力 I 夕 部 温度 在短时间内降低时产生的冷击效应导致混凝土表面产生 附加拉应力 ； 混凝土 自身的收缩 是由于混 凝土膨 胀剂掺量不足 ； 结 构 自身抗温变构造钢筋不足 ， 导致结构 自身抵抗 开裂的能力偏弱 。 关键词 ：悬索桥 ； 锚碇 ； 大体积混凝土 ； 后 期裂纹 ； 成 因； 龄 期； 冷击效应 ； 膨胀卉 】 中 图 分 类 号 ：U4 4 3 ． 2 4 ； U4 4 1 ． 5 文 献 标 志 码 ： A 文 章 编 号 ： 1 6 7 l 一7 7 6 7 ( 2 0 1 5 ) 0 4 — 0 0 6 4 —0 5 l 引 言 随着现代工程建设 的发展 ， 大体积混凝土结构 在 建筑 工程 、 水工 坝 体 和 桥 梁建 设 中 的应 用 屡 见不 鲜 。温度 裂缝 是很 多 大体 积 混 凝 土 工程 的“ 通 病 ” ， 给工程 带来 了严 重影 响 ， 长 期 困扰着 工程 界 的设计 、 施工等人员 ， 因此， 大体积混凝土的温度控制问题越 来 越 引起人 们 的重视 。我 国很 多学 者 已对大体 积 混 凝土温度控制作 了研究 ，参考文献[ 1 ] 中全面 阐述 了大 体积 混凝 土结 构 温 度 场 、 温 度 应 力 的计 算 方 法 和控制温度防止裂缝的工程措施 ； 参考文献[ 2 ] 、 [ 3 ] 指出， 在大体积混凝土的浇注和养护过程中， 会产生 自生 应力 和约 束应 力 。对大 体积混 凝 土 的开裂 现象 进行 控制 ， 必 须探 明引 起 其 开 裂 的 主要 原 因。本 文 以某钢 一混结 合 梁悬 索 桥 的重 力 式锚 碇 为 背 景 ， 对 施 工完 成后 陆续 出现 裂 纹 的现 象 进 行 研究 ， 总 结 原 因， 为同类工程提供参考 ， 避免发生类似开裂现象 。 2工 程 概 况 某 长江 大 桥 全 长 3 2 2 9 ． 6 8 1 I -D - ， 其 中 主桥 采 用 8 3 8 m钢一混结合 梁悬索桥 。北岸锚 碇位于 西坝 上 ， 采 用重 力式 锚碇 ， 锚碇 基础 采用 外 径 6 3 m， 壁 厚 1 ． 2 m 的圆形地 下 连续墙 加 环形钢 筋 混凝 土 内衬 支 护结 构 。锚 碇 底 板 为钢 筋 混 凝 土 结 构 ， 截 面 为 R一 2 6 ． 8 m 的 圆形 ， 采 用 C 3 0微 膨 胀混凝 土 浇筑 。底板 到 地下 连续墙 顶 采用 混 凝 土 进 行填 充 ， 填 芯 为顶 面 R一2 7 ． 8 m、 底 面为 R一2 8 ． 8 m 的变 截 面 圆形混 凝 土 结构 ， 填 芯采 用 C 3 0混 凝 土 浇筑 。北 岸 锚碇 底 板 和填 芯如 图 1所示 。 单 位 ： c m 图 1 北岸锚碇底板和填 芯 锚碇散索鞍支墩为钢筋混凝 土结构 ， 位于基础 顶 面 ， 左 、 右 各 一 个 。散 索 鞍 支 墩 平 面 呈 不 规 则 梯 形 ， 高 4 ． 0 8 m， 顺 桥 向长 8 ． 9 9 m， 横 桥 向宽 9 ． 0 m， 散索 鞍 支 墩 结 构 如 图 2所 示 ， 采 用 C 4 0混 凝 土 浇 筑 。锚碇 压重 块设 计 成“ = = ) ” 形 ， 长 2 1 ． 5 m ， 宽 3 7 ． 0 m， 高 6 ． 6 ～7 ． 3 m， 中间设 置宽 2 ． 0 m 的后 浇带 ， 压 重块 结 构 如 图 3所 示 ， 压 重 块 采 用 C 3 0混 凝 土 浇 筑 ， 后浇 带采 用 C 3 0 微 膨胀 混凝 土 浇筑 。 北岸 锚碇 各浇 筑块 主要 实测 温控 参数 如表 1 所 示 。在 整个 温控 过 程 中 ， 南岸 承 台、 塔 座 、 锚 块 和北 岸锚碇底板 、 填芯 、 锚块 、 散索鞍支墩等各浇筑分块 混 凝 土 内部 最高 温 度 、 里 表 温 差 等 主 要 温控 指 标 基 本 满足 规范 要求 。在 整个 浇筑 养护 期 间 ， 南岸 承 台 、 塔 座 、 锚块 和北 岸锚 碇底 板 、 填 芯 、 锚 块 、 散索 鞍支墩 等各浇筑分块混凝土均未出现温度裂缝 。 3后期 裂纹 现象 北 岸 锚 碇 主 体 混凝 土浇 筑 于 2 0 1 4年 9月施 工 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 —0 4 — 1 3 作者简介 ： 陈 国祥( 1 9 6 5 ～) ， 男 。 高级工程 师， 2 0 0 3年毕业于 中南大学桥梁工程专业 ( E — ma i l ： 6 9 1 4 4 5 1 1 0 @q q ． c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 大体积混凝 土后期 裂纹成因分析 陈国祥 6 5 高温持续时间开始时起 ， 至停止通循环水 时间段 内的里表温差 。 } 堕 { L ! 8 9 9 ( a )侧立面 9 0 0 l 旦 一 望L 熘 ( b ) 正面 ( c )平面单位：C m 图 2散 索鞍支墩 结构 r 压重块2 上游( 1 下游) I } 0 5 9 ： ∞ 压重块l 上游 ( 2 下游) ： —。 - 一 ● 5 8 0 ， 器 2 4 7 4 ．9 ．6 2 3 ． 5 ’ 3 6 7 8 ． 4 ’ ( a )侧 立面 ( b ) ] ／ 2 平 面 单位：c m 图 3压 重 块 结 构 完 成 ， 浇筑 养护 期 间未 发 现 明 显裂 缝 。施 工 完 成 后 约 2个月 ， 陆续发现在北岸散索鞍支墩 、 压重块表面 出现裂缝 ， 并有逐渐扩展趋势 ， 裂缝分布示意如图 4 所示 。2 0 1 5年 1月经详细排查 ， 总计发现北岸锚碇 及 塔座有 6 6处裂缝 ， 裂 缝 宽度 大部分 ( 4 7处 ) 在 0 ～ 0 ． 2 mm； 1 2处 裂 缝 宽 度 在 0 ～ 0 ． 3 mi l l ， 裂 缝 编 号 为 ： 2 、 4 、 1 9 、 2 8 、 3 1 、 3 2 、 4 4 、 4 5 、 4 8 、 5 2 、 5 7 、 5 9 ； 7处 裂 缝宽度在 0 ～1 I n m， 裂缝编号为： 1 5 、 1 6 、 2 3 、 2 4 、 2 9 、 3 0、 6 O。 L —呈 ! ． } 。 ～ l ／ l ( a )压重块平面 1 ． 里 ． I 韪医亚] ( b )压 重块 前端立面 3 7 0 0 豇匿醯翻日 卫 ( d )压重块后端立 面 (c 黍 蒜 墙 、 支 墩 (e 滴 妻 警 、 侧 墙 下 游 侧 立 面 内 侧 丑 咖 ( f )压重块、侧墙、支墩 上游侧立面 ( g )下游支墩、侧墙 内侧立面 单位：c n l 图 4北岸锚碇裂缝分布示意 4 大体 积 混凝 土后期 裂纹 成 因分析 考 虑 到在施 工期 和养 护期 均未 出现 裂纹 ， 因此 ， 初步认 为 混凝 土 的水 化 热控 制 得 当 ， 施 工 过 程 中降 温措施等温控合理 。引起并导致大体积混凝土开裂 的原因归根结底与内外温差 、 混凝土收缩 、 约束条件 以及 自身的结构抗裂特性相关L 4 ] 。 T ● 上 T T 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 大体积混凝 土后期裂纹成因分析 陈国祥 6 7 普遍 存在 拉应 力 ， 计 算最 大值 约 1 ． 8 MP a 。 4 ． 3 材料 配 合 比考 虑不 周 的因素 混凝 土 在 不 受外 力 作 用下 ， 由于 收缩 的 自发 变 形 而产生 拉应 力 ， 也 可 能造成 混凝 土开 裂产生 裂缝 。 浇带施工缝分布， 宽度也均达到 1 mm， 应为后浇带 膨胀 剂掺 量不 足所 致 。从 减 小混凝 土材 料后 期 收缩 角度， 混凝土配合 比水泥含量较大 、 粉煤灰掺量偏少 也是 容易 引起 混凝 土后期 开 裂 的一 个原 因。锚碇 混 编号为 1 5 、 1 6 、 2 3 、 2 4 、 2 9 、 3 O的裂缝均为沿压重块后 凝土配合 比如表 3所示 。 表 3锚碇混凝土配合 比 4 ． 4 结构 自身抗 裂性 混 凝 土是 多相复 合脆性 材 料 ， 抗拉 强 度低 ， 极 限 拉伸变形小[ 1 o 3 。在混凝土表面适量配筋 ， 约束混凝 土在 达到抗 拉极 限强 度后 的塑性 变形 从 而分担 混凝 土 的 内应力 ， 推 迟混凝 土裂 纹 的 出现 ， 亦 即提 高 了混 凝土 的极 限拉 伸 ， 防止或 减少裂 纹 的产生 l l 。 北岸锚碇压重块及散索鞍支墩内部钢筋较少 ， 仅有按 1 ． 2 m间距布置的架立筋， 钢筋骨架对大体 积混 凝土 的 收 缩 变 形 约 束不 强 。表 面 为 按 间 距 1 5 c m 布置的 1 6钢筋， 对混凝土局部抗裂作用不够 。 5 结 论 ( 1 )不同层龄期差是某大体积混凝 土后期裂纹 形 成 的主导 因素 。数 值 分 析 表 明 ， 由于 不 同层 混 凝 土 龄期 差 的影 响 ， 上 层 混凝 土 的干 缩 会 受 到下 层 混 凝 土 的约束 ， 从 而使 上 层 混凝 土 的底 部 承受 较 大 的 拉 应力 。 ( 2 )冷击 效应是 大 体积混 凝 土后 期 裂纹 形成 的 另一 重要 因素 。数 值 分析 表 明 ， 当外 部 温 度 在短 时 间内降低时， 混凝土外层温度已经降低， 而 内部温度 仍 然 很高 ， 造成 内外 温差 拉大 ， 混凝 土表 面产生 附加 拉应 力 。 ( 3 )部 分 后 期 裂 缝 沿 压 重 块 后 浇 带 施 工 缝 分 布 ， 且 宽度较 大 ， 应 为 混 凝 土 自身 收 缩 所致 ， 归 结 为 混 凝土 膨胀剂 掺量 不足 。 ( 4 )结构 自身 抗 温 变构 造 钢 筋 不 足 ， 导 致 结 构 自身抵抗开裂的能力偏弱， 也是造成某大体积混凝 土后期 裂纹 的原 因之 一 。 参 考 文 献 ： [ 1 3朱伯芳．大体 积混凝 土 温度 应力 与 温度 控制 E M] ．北 京 ： 中国电力出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 3吴海军， 陈艾荣．桥梁结构耐久性设计方法研究[ J ] ．中 国公 路 学 报 ， 2 0 0 4， 1 7 ( 3 )： 5 7 — 6 1 ． [ 3 ]刘来君 ， 贺拴海 ， 宋一凡．大跨径桥梁施工控制温度应力 分析[ J ] ．中国公路学报 ， 2 0 0 4 ， 1 7 ( 1 ) ： 5 3 —5 6 ． [ 4 ]刘远飞 ， 吴 飞 ， 高志刚．大体积混凝土温度裂缝成 因分 析与对策研究 [ J ] ．山西建筑 ， 2 0 1 3 ， ( 3 9 ) ： 1 0 8 —1 1 0 ． [ 5 ]李华．大 体积 混凝 土桥 台裂 纹检 测及 成 因分析 [ J ] ． 建筑与工程 ， 2 0 0 8 ， ( 1 2 ) ： 8 5 —8 6 ． [ 6 ]李春旗．桥梁 大体 积混凝 土 构件 非荷 载裂缝 成 因分析 ( 硕士学位论文 ) [ D ] ．武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 9 ． [ 7 ]黄耀 英 ， 郑宏 ， 周 宜红．考虑混凝土龄期及弹塑性徐变 的大 体积混 凝土温度应力研究E J ] ．四川大学学报 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t he l a t e c r a c ks ．The r e s ul t s o f t he a na l ys i s i n di c a t e t ha t t he e x i s t — e n c e o f a ge d i f f e r e nc e a m o n g di f f e r e nt l a y e r s of c o nc r e t e ma ke s t h e s h r i nka ge o f t h e c o nc r e t e i n t he u p p e r l a y e r r e s t r i c t e d b y t h e c o n c r e t e i n t h e l o we r l a y e r ，wh i c h c a u s e s t h e b a s e o f t h e c o n c r e t e i n t he upp e r l a y e r t o b e a r gr e a t e r t e ns i l e s t r e s s ． The c hi l l i n g e f f e c t t ha t i s t r i g ge r e d b y t h e dr o p o f a m b i e nt t e mpe r a t u r e i n a s ho r t p e r i o d woul d i n duc e a dd i t i o na l t e ns i l e s t r e s s i n t h e s u r f a c e o f t h e c on c r e t e s t r uc t u r e ． The a ut o — s h r i nka ge o f c onc r e t e c a n b e a t t r i b ut e d t O t he i n s u f f i c i e nc y o f t he e x — p a n d i n g a d mi x t u r e ． Ne v e r t h e l e s s ，t h e i n a d e q u a c y o f t e mp e r a t u r e — r e s i s t a n t r e i n f o r c e me n t i n t h e s t r u c t u r e m a k e s t h e s t r uc t u r e h a v e we a k c r a c ki n g — r e s i s t a nt a b i l i t y ． Ke y wo r d s ：s us pe ns i on b r i dg e；a nc hor bl o c k；ma s s i v e c o nc r e t e；l a t e c r a c k；c a us e；a ge；c h i l l — i ng e f f e c t ；e x pa n di ng a d m i x t ur e ( 编辑 ： 赵 兴雅 ) mm．．． ⋯mmmmmmmmmlmm， -mmmm mmmmmmm’ mmm，，’， 欢迎订 阅 2 0 1 5年度 世 界 桥 梁 《 世 界 桥 梁 》 是 中文核 心期 刊 、 中 国学 术期 刊综 合评 价 数据 库 统计 源 期 刊 、 中 国核 心期 刊 ( 遴 选 ) 数据 库 收 录期 刊 、 中 国学 术期 刊 ( 光盘版 ) 入 编期 刊 、 中 国科 技期 刊精 品数 据库 入选 期刊 、 中国科 技期 刊 网入 网期 刊 、 万方 数 据数 字化 期刊 群 收录期 刊 、 中文科 技期 刊数 据库 收 录期 刊 、 《 C A J —C D 规范 》 执行 优 秀期 刊 。 《 世 界 桥 梁 》 国际标 准连续 出版物 号 I S S N 1 6 7 1 —7 7 6 7 ， 国内统一 连续 出版 物号 C N 4 2 —1 6 8 1 ／ U， 邮发 代 号 3 8 —5 5 。《 世 界 桥 梁 》 为双月刊( 单月 2 8日出版) ， 大 1 6开本， 每册定价 1 8 ． O 0元 全年定价 1 0 8 ． O 0元。 全 国各地 邮局 均可 订 阅 ， 编辑 部亦 可办 理 邮购 。 《 世 界 桥 梁 》 持有广 告 经营许 可证 ， 代 办设计 ， 收费合 理 ， 时效 持久 ， 欢迎 洽谈 。 编辑部地址 ： 武汉市建设大道 1 0 3号 电话 ： ( 0 2 7 ) 8 3 5 5 0 0 8 1 E— ma i 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