控制混凝土沉井开裂的施工控制关键技术研究.pdf
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1、 桥 梁建 设2 0 1 5年第 4 5 卷第 4期 ( 总第 2 3 3 期 ) B r i d g e Co n s t r u c t i o n,Vo 1 4 5,No 4 ,2 0 1 5 ( To t a l l y No 2 3 3 ) 1 1 3 文 章编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 1 1 3 0 6 控 制混凝 土沉 井开裂 的施工控制关键技术研 究 陈开桥 , 杨 秀娟 ( 中铁大桥局集团有限公司, 湖北 武汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 :沪通 长 江 大桥 主航 道 桥 为 主跨 1 0 9 2 m 的 双塔 钢
2、桁 梁斜 拉桥 , 桥 塔 墩 采 用 8 6 9 m ( 长) 5 8 7 m( 宽) 1 0 5 m( 高) 的沉井基础, 针对超长超 宽混凝土沉井易发生早期裂纹的情况, 研 究控 制 混凝 土沉 井开 裂的施 工 关键 技 术 。考虑 造 成 混凝 土 沉 井 开裂 的 因素 混凝 土水 化 热 、 混 凝土收缩、 温度梯度 , 确定采用分节分块浇筑混凝土 、 设置后浇段 以及局部抗裂钢筋相结合的裂纹 控制措施。在上游段设置后 浇段 +增设抗裂钢筋、 留 2处不设置后 浇段的措施 , 中间段设置后浇 段 、 不设抗裂钢筋的措施 , 下游段设置后浇段+增设抗裂钢筋 , 并布置测量元件监测结
3、构应变和应 力 。结果证 明 , 设 置抗 裂钢 筋使 混 凝 土 收 缩应 力 沿钢 筋 轴 向 均 匀分 布 , 避 免 在 截 断 处 出现 应 力 集 中, 设 置后 浇段 可使后 浇段 两侧 一 定 范围的 混凝 土 自由变形 , 释 放 混凝 土收 缩 产 生的 拉 应 力 , 提 高 了混 凝土 的抗 裂性 能 , 避 免 了混凝 土沉 井 出现 裂 纹 。 关键 词 :斜拉桥 ; 沉 井 ; 混凝 土 ; 裂纹 ; 成 因 ; 施 工控制 ; 后 浇段 ; 抗裂 钢筋 中 图分类 号 :U4 4 3 1 3 1 ; U4 4 5 1 文 献标 志码 : A Re s e a r
4、 c h o f Ke y Te c h ni qu e s f o r Co ns t r u c t i o n Co n t r o l o f Cr a c k s i n Co n c r e t e Ca i s s o n C HENKa i - q i a o, Y ANG Xi u - j u a n ( Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r Br i d g e En g i n e e r i n g Gr o u p Co ,Lt d ,W u h a n 4 3 0 0 5 0,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e ma
5、 i n s h i p c h a n n e l b r i d g e o f Hu t o n g Ch a n g j i a n g Ri v e r B r i d g e i s a d o u b l e p y l o n s t e e l t r u s s g i r de r c a bl e s t a y e d b r i dg e wi t h a ma i n s p a n o f 1 0 9 2 m Th e f o un da t i on of a p yl o n p i e r o f t h e b r i d g e i s ma i n
6、l y t h e c o n c r e t e c a i s s o n f o u n d a t i o n i n d i me n s i o n s o f 8 6 9 m ( 1 e n g t h ) 5 8 7 m ( wi d t h ) 1 0 5 m ( h e i g h t ) I n v i e w o f t h e p r o b l e m t h a t s u c h v e r y l o n g a n d v e r y wi d e c o n c r e t e c a i s s o n i s p r on e t o e a r l
7、y c r a c ks,t h e k e y t e c hni qu e s f o r c o ns t r uc t i o n c o nt r o l o f t he c r a c k s i n t h e c on c r e t e c a i s s on we r e r e s e a r c he d I n c on s i d e r a t i o n o f t he f a c t o r s,s u c h a s t h e c o n c r e t e hy dr a t i on he a t , s hr i nk a g e a n d
8、t e m p e r a t u r e g r a di e nt s,t ha t c ou l d c a us e t h e c r a c ks,i t wa s d e t e r m i n e d t h a t t h e c o rn b i n e d c r a c k c o n t r o l me a s u r e s o f c a s t i n g t h e c o n c r e t e o f t h e c a i s s o n i n l i f t s a n d i n s e g me n t s a n d a r r a ng i
9、 ng t he l a t e c a s t s e g m e nt s a n d l oc a l c r a c k r e s i s t a nt r e i n f o r c e m e nt s ho ul d b e t a k e nSp e c i f i c a l l y s pe a ki ng,a t t h e up s t r e a m p a r t o f t h e c a i s s o n,t he l a t e c a s t s e g m e nt s_ 1 一c r a c k r e s i s t an t r e i n f
10、o r c e me n t we r e a r r a n g e d a n d t wo p l a c e s wh e r e t h e l a t e c a s t s e g me n t s we r e n o t t o b e a r r a n g e d we r e r e s e r v e d At t he mi d d l e pa r t ,t he l a t e c a s t s e gme nt s we r e a r r a ng e d a nd t he c r a c k r e s i s t a n t r e i n f o
11、r c e me n t we r e n o t At t h e d o wn s t r e a m p a r t ,t h e l a t e c a s t s e g me n t s + c r a c k r e s i s t a n t r e i n f o r c e me n t we r e a r r a nge d a n d t he m e a s ur e me n t e l e m e nt s f or mo ni t or i n g t he s t r uc t u r a l s t r a i n a n d s t r e s s we
12、 r e l a i d o ut The r e s u l t s i nd i c a t e t h a t t h e a r r a n ge m e n t o f t he c r a c k r e s i s t a n t r e i n f o r c e m e nt c a n m a k e t h e c o nc r e t e s h r i n ka ge s t r e s s d i s t r i bu t e un i f o r m l y a l ong t he a xi a l di r e c t i on o f t he r e i
13、nf o r c e me n t a n d c a n a v o i d t he s t r e s s c o nc e n t r a t i o n a t t he c ut o f f po i nt s The a r r a ng e me n t o f t he l a t e c a s t s e gme n t s c a n m a k e t he c on c r e t e i n t he c e r t a i n r a ng e o f bo t h s i d e s o f t he s e g me nt s de f o r m f r
14、e e l y,r e l e a s e t h e 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 1 2 7 作者简介 :陈开桥 , 高级工程师 , E - ma i l : c h e n k a i q i a o 7 7 1 1 2 9 1 2 6 c o m。研究方 向: 桥梁施工与项 目管理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 4 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n t e ns i l e s t r e s s c a us e d by t he c o nc r e t e s h r i nk a
15、 ge,e n ha nc e t he c r a c k r e s i s t a n t pe r f o r ma nc e o f t he c on c r e t e a n d e v e n t ua l l y a v o i d t he c r a c ks i n t h e c o nc r e t e c a i s s on Ke y wo r ds :c a b l e s t a ye d br i d g e;c a i s s o n;c o nc r e t e;c r a c k;f o r ma t i on c a u s e ;c o ns
16、t r uc t i o n c on t r o l ;l a t e c a s t s e g m e nt ;c r a c k r e s i s t a nt r e i nf o r c e me n t 1概述 沪通 长江 大桥 主航道 桥为 ( 1 4 2 +4 6 2 +1 0 9 2 4- 4 6 2 +1 4 2 )m双塔五跨公铁合建钢桁梁斜拉桥 , 桥 塔采 用钢 筋混凝 土结 构 , 承台 以上塔 高 3 2 5 m, 桥 面 以上桥塔 呈倒 Y形 , 桥 面 以下 塔 柱 内收 为 钻石 形结 构 ; 主梁采用 3片“ N” 形桁架结构 , 桁宽 3 5 m, 中
17、心 桁高 1 6 3 m; 斜拉索采用直径 7 mm平行钢丝斜拉 索 , 抗拉强度标准值为 2 0 0 0 MP a , 配合主梁三桁结 构 , 斜拉索采用三索 面布置 ; 主航道桥 2个边墩 、 2 个辅助墩及 2 个桥塔墩基础均为沉井基础_ 1 。 桥塔墩采用倒 圆角的矩形沉井基础 ( 图 1 ) , 倒 圆半径 7 4 5 m, 沉井 总平 面尺寸 8 6 9 m5 8 7 m, 高 度 1 0 5 m; 其 中底部 为钢壳 混凝 土结 构 , 设计 分 节 为 8 0 m+7 6 0 m一5 O m; 顶部 为 C 4 0钢 筋混凝 土结构 , 设计分节为 4 6 0 m4 - 7 0
18、 m4-2 6 0 m +2 3 m4-9 7 m一5 5 m。沉井 平面 布置 2 4 个 1 2 8 m1 2 8 m 井孑 L , 混凝 土沉 井外壁 厚约 1 6 m, 内部 隔墙厚 约 1 1 m, 隔墙 相交处有 约 1 5 m1 5 m 的 倒角。沉井混凝土采用翻模法施工 , 标准节段浇筑 高度为 6 m, 节 段混凝 土方 量为 6 6 8 8 m。 。 混 凝土沉 井基 础为超 长 、 超 宽框 架结构 , 在施 工 过程 中受混凝 土水 化热及 日照 、 温度 梯度差 等影 响 , 在 结 构 投 入 使 用 之 前 混 凝 土 沉 井 易 发 生 早 期 裂 纹口 。因此
19、 , 有必要根据沉井结构特点 。在施工 前期对混凝土沉井裂纹成因进行分析 , 采用合理 的 施工技术 , 避免裂纹发生, 确保混凝土施工质量 。 2混 凝土 沉井裂 纹成 因分 析 2 1 混凝土强度及临时荷载的影响 根据设计要求, 沉井混凝土施工前 , 其底部钢沉 井 隔舱 混凝 土 已全 部 浇筑 完 成 , 并 要求 吸泥 下 沉 至 预定标高 , 使沉井处于稳定状态 ; 在后续节段浇筑过 程中, 沉井姿态变化小 , 混凝土沉井仅受 自重荷载 , 在浇 筑及 养护过 程 中未承 受较 大外部 临时荷 载 。因 此 , 混凝 土强度 及 临 时荷 载对 混 凝 土 沉井 框 架 结 构 产
20、 生裂纹 的影 响较小 。 2 2 混 凝土水 化热 的影 响 根据沉井混凝土配合 比技术参数 , 取混凝土水 泥用 量为 2 6 0 k g m。 、 最 大 绝 热 温 升 为 5 0 4 、 导 1 2立面 8 6 9 0 2 1 2剖面 8 6 9 0 2 ( a )立面 1 2顶面 1 2剖面 6 5 m 高设计 水位 5 6 m 高设计水位 ( b )平面 单位:c m 图 1桥塔墩沉井基础 Fi g 1 Ca i s s o n Fo un da t i o n o f Py l o n Pi e r 温系 数为 1 2 5 6 。混凝 土沉井 外壁 厚约 1 6 m, 内部 隔
21、墙 厚约 1 1 m, 隔墙 相交处 有 约 1 5 m1 5 m 的 倒角 , 相当于每个隔墙相交处有 1个 约 3 m3 m 见方 的小实 体 。选取沉 井平 面一个 局部 单元作 为分 析对象, 隔墙相交的地方定义为 A 构件 , 2个 A 构 件之间的隔墙定义 为 B构件 ( 图 2 ) 。构件 A的截 面面积相 比构件 B大 , 其 降温速率较慢 , 在 同一环 境下水化热散热时间长, 构件产生降温幅度差, 结构 可 能会产 生裂 纹 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 控 制混凝 土沉井开裂的施工控制关键技术研究 陈开桥 , 杨秀娟 1 1 5 图
22、2混凝土沉井 隔墙 Fi g 2 Pa r t i t i o n W a l l s o f Co nc r e t e Ca i s s on 2 3上层混 凝 土收缩 受下 层结 构约 束 的影 响 混 凝 土沉 井 下 部 接钢 沉 井 段 , 钢沉 井 段 内部 已 浇筑混凝土 , 可视为温度和 收缩稳定段。钢沉井段 由于 刚度较 大 , 可认 为 混 凝 土 沉 井段 下 部 为 刚 性 约 束 。在混凝 土 沉井混 凝 土浇筑 初 期 阶段 , 上 、 下层 混 凝土 存在 不 同龄 期 造成 的强 度 差 、 刚 度 差 、 温 度 差 , 上层混凝土的变形将受下层混凝土约束
23、, 当上层混 凝土进入降温阶段 , 其变形主要为收缩, 由于受到下 部 混凝 土 的约束 , 将 承受拉 应力 , 结 构可能 会 开裂 。 2 4温度梯 度 的影 响 采 用 MI DAS软 件建 立 1 4混 凝 土沉 井 空 间计 算 模 型 ( 图 3 ) , 整 体 升 温 工 况 假 设 混 凝 土 沉 井 的 初 始温度为 1 0, 考 虑整 体升温 1 5, 最终温度为 2 5 ; 整体降温工况假设混凝土沉井的初始温度为 1 0 , 考虑 整 体 降温 1 5 , 最 终 温 度 为 一5 ; 温 度梯度工况考虑混凝土温度沿高度和宽度方向进行 梯度变化 , 建立温度梯度变化的不
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- 关 键 词:
- 控制 混凝土 沉井 开裂 施工 关键 技术研究
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