如何控制桥梁工程中大体积混凝土裂缝.pdf

面内剪力逐渐减小, 当承台底转动弹簧刚度小于 10 9 kNm/ rad数量级后, 截面内力变化较为显著; 墩底截 面面外弯矩、 剪力随着地基土的由硬变软呈先增大后 减小的趋势。 ( 3)随着地基土的由硬变软, 墩顶截面 面外弯矩逐渐减小, 但墩顶截面面内弯矩逐渐增大, 极 端情况下, 增大近 2 8倍, 这一点应引起工程设计人员 重视; 墩底截面面内剪力、 面外剪力随着地基土的由硬 变软呈先增大后减小的趋势。 参考文献 范立础 桥梁抗震 M 上海 同济大学出版社, 楼梦麟, 吴京宁 桩基结构体系的地震响应分析 土木工程 学报, 3 ( 5) 566 3陈国兴 土体结构体系地震性能研究 哈尔滨建筑工程学院 学报, 1994, 27( 5): 11- 18 4孙明贺. 土与结构相互作用对减震桥梁动力特性的影响 D. 兰 州: 兰州交通大学, 2007 5李光辉. 大跨度连续刚构桥空间地震反映分析 D. 成都: 西南交 通大学, 2005 6贾俊峰. 连续桥梁三向隔震体系地震反应分析 D. 哈尔滨: 哈尔 滨工业大学, 2006 7夏修身, 陈兴冲, 王常峰, 等. 高墩大跨连续刚构桥抗震性能研究 J. 西北地震学报, 2010 , 32(1): 88- 91 8高墩大跨连续刚构桥 M. 北京: 人民交通出版社, 2001 9陈星烨, 颜东煌, 刘文浩. 某连续刚构梁桥的弹塑性抗震性能分析 中外公路,(3)5 夏修身, 陈兴冲, 王常峰 铁路高墩弹塑性地震反应分析 世 界地震工程,() 收稿日期: 2010- 09- 15 作者简介: 李志华 (1978), 男, 2001年毕业于同济大学交通土建工程 专业, 工程师。 文章编号: 1672- 7479( 2010) 05- 0085- 03 如 何 控 制 桥 梁 工 程 中 大 体 积 混 凝 土 裂 缝 李志华 (天津新亚太工程建设监理有限公司, 天津300251) Issues on How to ControlBulky ConcreteCracks in Bridge Engineering LiZhi hua 摘要对桥梁工程大体积混凝土施工裂缝问题产生原因进行分析, 提出了降低混凝土温度应力、 防止混凝土产生裂缝的施工控制措施, 以及在构造设计上对大体积混凝土应采取的防裂措施。 关键词桥梁工程大体积混凝土水化热裂缝 中图分类号: U445 7 + 1文献标识码: B 随着桥梁技术的突飞猛进, 大体积混凝土在桥梁 结构中应用越来越多。我国普通混凝土配合比设计规 范规定: 混凝土结构物中实体最小尺寸不小于 1m的 部位所用的混凝土即为大体积混凝土; 美国则规定为: 任何现浇混凝土, 只要有可能产生温度影响的混凝土 均称为大体积混凝土。目前, 国内外对机械荷载引起 的开裂问题研究得较为透彻。而对温度荷载引起的有 关裂缝研究尚不充分。我们应对此加以重视, 防止危 害结构的裂缝产生。另外, 大体积混凝土内温度应力 与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、 高层建筑 的深基础底板, 而对于桥梁中大体积混凝土裂缝的研 究并未得到足够的重视。 1大体积混凝土裂缝产生的主要原因 大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起 的, 各类裂缝产生的主要影响因素如下。 1 1水泥水化热的影响 水泥水化过程中放出大量的热, 且主要集中在浇 筑后的 7 d左右, 一般每克水泥可以放出 500 J左右的 85如何控制桥梁工程中大体积混凝土裂缝: 李志华 1.:1997 2.-J . 19992:-0 .-J . J .2008 28: 7 - 81 10.J . 2008 24 2 : 117- 121 热量, 如果以水泥用量 350 550 kg/m 3 来计算, 每立 方米混凝土将释放出 17 500 27500 kJ的热量, 从而 使混凝土内部温度升高 (可达 70 ! 左右, 甚至更高 ), 尤其对大体积混凝土来讲, 这种现象更加严重。因为 混凝土内部和表面的散热条件不同, 故混凝土中心温 度很高, 就会形成温度梯度, 使混凝土内部产生压应 力, 表面产生拉应力, 当拉应力超过混凝土的极限抗拉 强度时, 混凝土表面就会产生裂缝。 1 2混凝土的收缩 混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝 土收缩。混凝土在不受外力情况下的这种自发变形, 受到外部约束时 (支撑条件、 钢筋等 ), 将在混凝土中 产生拉应力, 使得混凝土开裂, 主要有塑性收缩、 干燥 收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在 水化凝固结硬过程中产生的体积变化, 后期主要是混 凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。 1 3外界气温湿度变化的影响 在施工期间, 外界气温变化对防止大体积混凝土 裂缝的产生起着很大影响。混凝土内部的温度是由浇 筑温度、 水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等 各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直 接关系, 外界气温愈高, 混凝土的浇筑温度也就会愈 高; 如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内 外温差梯度。如果外界温度的下降过快, 会造成很大 的温度应力, 极其容易引发混凝土的开裂。另外, 外界 的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响, 外界的湿度 降低会加速混凝土的干缩, 也会导致混凝土裂缝的 产生。 1 4其他因素的影响 结构物基础的不均匀沉降也会产生裂缝, 这种裂 缝会随着基础沉降而不断的增大。 超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出 现裂缝, 这种裂缝称之为荷载裂缝。 混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝, 一般是混凝土配合比中, 粗骨料级配不连续, 数量不 够, 砂率及水灰比不当所造成的裂缝。 2大体积混凝土施工质量控制措施 2 1大体积混凝土配合比设计 ( )原材料选用 水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温 升, 大体积混凝土应选用水化热较低的水泥, 如低热矿 渣硅酸盐水泥、 中热硅酸盐水泥等, 并尽可能减少水泥 用量。细骨料宜采用 2区中砂, 因为使用中砂比用细 砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下, 粗骨料 选用粒径 5 20mm连续级配石子, 以减少混凝土收 缩变形。使用掺合料应添加粉煤灰。在混凝土中掺用 的粉煤灰不仅能够节约水泥, 降低水化热, 增加混凝土 和易性, 而且能够大幅度提高混凝土后期强度, 推移温 升峰值出现时间。 (2)外加剂的使用 采用减水剂, 如缓凝高效减水剂; 采用膨胀剂, 如 广泛使用 u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表 明, 在混凝土添加了膨胀剂之后, 混凝土内部产生的膨 胀应力可以抵消一部分混凝土的收缩应力, 相应地提 高混凝土抗裂强度。 2 2温控措施及施工现场控制 (1)温度预测分析 根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况 及各种养护方案, 采用计算机仿真技术对混凝土施工 期温度场和温差进行计算机模拟动态预测, 提供结构 沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况, 制 定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准, 进 行保温养护优化选择。 (2)混凝土浇筑方案 采用延缓温差梯度和降温梯度的措施, 在浇筑前 经详细计算安排分块分层浇筑次序、 流向、 浇筑厚度、 宽度、 长度、 前后浇筑的搭接时间; 控制混凝土入温度 并加强振捣, 严格控制振捣时间、 移动距离和插入深 度, 保证振捣密实, 严防漏振和过振, 确保混凝土均匀 密实; 做好现场协调组织管理, 要有充足的人力、 物力, 保证施工按计划顺利进行, 保证混凝土供应, 确保不留 冷缝; 浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行 必要的处理, 一般浇筑后 3 4 h内初步用木长刮尺刮 平, 初凝前用铁滚筒碾压 2遍, 再用木抹子搓平压实, 以控制表面龟裂; 混凝土浇筑完后, 立即采取有效保温 措施并按规定覆盖养护。 (3)混凝土温度监测 在混凝土内部、 外部设置温度测点, 设置保温材料 温度测点及养护水温度测点, 现场温度监测数据由数 据采集仪自动采集并进行整理分析。将每一测点的温 度值、 各测位中心测点与表层测点的温差值, 作为研究 调整控温措施的依据, 防止混凝土出现温度裂缝。 ( )应力检测 为反映温控效果, 可在少数混凝土层中埋设应变 计进行温度应力检测, 应变计沿水平方向布置, 检测水 平方向应力分量。 86铁道勘察2010年第 5期 14 (5)通水冷却 采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中设冷却水 管。冷却水管使用前进行试水, 防止管道漏水和阻塞, 根据混凝土内部温度监测, 控制冷却水管进水流量及 温度。 2 3构造设计上对大体积混凝土采取防裂 措施 设计合理的结构形式, 可以减少工程数量, 减低水 化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点, 设计挖空非关 键受力部分混凝土体积, 利用土方压重方案, 来减少混 凝土结构体积。 大体积混凝土体积庞大, 施工周期一般较长, 依据 结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期, 打 破正常标准 28 d的评定验收龄期, 改为 60 d或更多。 评定验收龄期应充分考虑混凝土的后期强度, 从而减 低设计标号, 达到减少混凝土水泥用量, 减低水化热的 目的。 边界存在约束才会产生温度应力, 可采用改善边 界约束的构造设计, 如遇有约束强的岩石类地基、 较厚 的混凝土垫层等时, 可在接触面上设滑动层来减少温 度应力。在外约束的接触面上全部设滑动层, 则可大 大减弱外约束。 还可采取增配构造钢筋等措施。配筋应尽可能采 用小直径、 小间距, 全截面含筋率控制在 0 3 % 0 5 % 之间。 3结束语 在控制大体积混凝土温度裂缝时既要控制混凝土 的内外温差又要防止混凝土表面温度的突然变化。实 际施工中应随时监测混凝土内部温度和内外温差的变 化趋势, 并据此来调整温控措施, 确保混凝土不开裂。 影响大体积混凝土开裂的因素很多, 应从造成裂缝的 各种原因着手, 采取全面防治措施, 并根据工程具体情 况确定防裂重点。 参考文献 1李瑛. 高标号混凝土掺入粉煤灰性质改善的试验 J. 铁道勘 察, 2007, 33(2): 89- 91 2马红宾. 商品混凝土裂缝的成因和预防措施 J. 铁道勘察, 2007 , 33(4): 103- 105 (上接第 81页 ) 高、 欠超高与过超高之和、 设计超高与欠超高之和进行 检算。具体检算结果见表 8 。 表 8超高设计舒适度检算mm 曲线编号 超高设计值 h过超高 hg欠超高 hq hg+ hqh+ hq 165- 1 58 87 373 8 28061 425 486 8105 4 38044 712 256 992 2 47531 06 937 981 9 55028 311 539 861 5 610063 334 197 4124 1 从表 8可以看出: ( 1)车站两端的曲线过超高和 欠超高基本上都小于 40mm, 通过与表 1和表 2对比, 可以看出基本能达到高速铁路规范 (试行 )所采用的 优秀条件。 ( 2)车站两端的曲线过超高和欠超高之和 的最大值也只有 97 4mm, 通过与表 3对比, 完全能达 到优秀条件。 ( 3)车站两端的曲线设计超高和欠超高 之和最大也只有 124 1mm, 远远小于表 4所要求的优 秀条件值 210mm, 全部达到优秀条件。 结论 按照目前确定的行车组织方案和 VS 曲线, 沈 丹客运专线车站两端曲线设计超高值可以按照上文的 标准进行设计, 然后再对设计超高进行检算后确定实 设超高。通过对沈丹客运专线车站两端曲线实设超高 的分析可以得出, 无砟轨道客运专线的平面条件和行 车组织方案是决定曲线超高的最主要条件。为了设置 合理的超高, 需要在初步设计阶段对平面条件进行反 复优化, 尽可能采用较大的曲线半径, 并分析进出站列 车与高速列车的速度关系, 以减小未被平衡的欠超高 和过超高, 既能保证旅客的舒适度, 又可以保持两股钢 轨受力比较均匀, 有利于曲线的养护。 参考文献 1TB106212009高速铁路设计规范 (试行 ) S 2GB500912006铁路车站及枢纽设计规范 S 3GB500902006铁路线路设计规范 S 4铁建设 2005140号新建时速 200 250km客运专线设计暂行 规定 S 5白宝英. 高速铁路线路平面设计标准应用分析研究 J. 铁道工程 学报, 2009(6): 50- 53 6刘彬. 武广客运专线武汉试验段无砟轨道曲线超高合理值的探 讨 J. 铁道建筑, 2008(9): 104- 107 7梁锷. 提速线路曲线超高的设置 J. 铁道运营技术, 2005, 11 ( 2): 4- 6 王元智 高速公路超高设计方法的研究 船海工程, 3 ( 3) 663 郝瀛 铁路选线设计 M 北京 中国铁道出版社, 常治平 铁路线路及站场 M 北京 中国铁道出版社, 87如何控制桥梁工程中大体积混凝土裂缝: 李志华 4 - 8.J .20098 :0- 9.:1988 10.:2008