承臺大體積砼施工前的溫度應(yīng)力估算及采取的裂縫控制技術(shù)措施

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摘要：介紹重慶白果渡嘉陵江大橋主橋承臺大體積砼施工前溫度應(yīng)力的估算，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施。
 

關(guān)鍵詞：大體積砼 承臺 裂縫控制 溫度應(yīng)力 施工技術(shù)措施

1  引言

　　白果渡嘉陵江大橋是國道212線四川武勝至重慶合川高速公路橫跨嘉陵江的一座特大橋，全橋長1433米，主橋?yàn)椋?30+230+130）m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)，單箱單室，下部結(jié)構(gòu)為16根24米長Ф230cm的群樁基礎(chǔ)，上接大體積分離式承臺。單幅承臺結(jié)構(gòu)尺寸為18.7mx10.2mx5m，單幅承臺砼方量為953.7m³，一次澆注完成。

2 簡述

2.1 溫度應(yīng)力的主要成因：

　　綜上所述，在承臺大體積砼施工前，必須進(jìn)行砼的溫度變化，應(yīng)力變化的估算，以確定養(yǎng)護(hù)措施、分層厚度、澆筑溫度等施工措施，并以此來指導(dǎo)施工。

3 C30承臺大體積砼砼裂縫控制的施工計(jì)算

3.1相關(guān)資料：

3.1.1 配合比
水泥：粉煤灰：砂子：碎石：水：NNO -Ⅱ減水劑
369： 50   ：677 ：1148：176：3.66
 1： 0.136：1.835：3.111：0.48：1%

3.1.2 材料：
水泥：騰輝F.032.5級水泥
碎石：草街連續(xù)級配碎石（5~31.5mm）
混合中砂：機(jī)制砂40%，渠河細(xì)砂60%
粉煤灰：硌黃華能電廠Ⅱ級粉煤灰
外加劑：達(dá)華NNO-Ⅱ型緩凝減水劑

3.1.3 氣象資料
　　相對濕度80~82%；年平均氣溫17.5~17.6℃，最高氣溫40.5℃，夏熱期（5~9月份）平均氣溫20℃。

3.1.4采用自動配料機(jī)送料，裝載機(jī)加料，拌和站集中拌和，混凝土泵輸送砼至模內(nèi)。

3.2 砼最高水化熱溫度及3d 、7d的水化熱絕熱溫度

C=369kg/m³；粉煤灰32.5水泥：水化熱Q_7d=257J/kg，Q_28d=222J/kg（騰輝水泥廠提供的數(shù)據(jù)）；c=0.96 J/kg.k；ρ=2400 kg/m³。

3.2.1 砼最高水化熱絕熱溫升

Tmax=CQ/cρ=(366*257)/(0.96*2400)=40.83℃

3.2.2 3d的絕熱溫升

　　T_（3）=40.83*(1-e^-0.3*3)=24.23℃

　　ΔT_（3）=24.23-0=24.23 ℃

3.2.3 7d的絕熱溫升

    T_（7）=40.83*(1-e^-0.3*7)=35.83℃

    ΔT_（7）=35.83-24.23=11.6 ℃

(4)15d的絕熱溫升

   T_（15）=40.83*(1-e^-0.3*15)=40.38℃

　　T_（15）=40.38-35.83=4.55 ℃

3.3 砼各齡期收縮變形值計(jì)算

ε_y（t）=ε_y⁰（1-e^-0.01t）*M₁*M₂*…*M₁₀

查表得：M₁=1.10，M₂=1.0，M₃=1.0，M₄=1.21，M₅=1.2，M₆=1.11(1d)、1.09(3d)、1.0(7d)、0.93(15d) ， M₇=0.7，  M₈=1.4，M₉=1.0，M₁₀=0.895

則有：M₁M₂M₃M₄M₅M₇M₈M₉M₁₀

       =1.10*1.0*1.0*1.21*1.2*0.7*1.4*1.0*0.895=1.401

3.3.1 3d收縮變形值

 ε_y（3）=ε_y⁰*（1-e^-0..03）*1.401*M₆

      =3.24*10^-4*（1-e^-0..03）*1.401*1.09=0.146*10^-4

3.3.2 7d收縮變形值

  ε_y（7）=ε_y⁰*（1-e^-0..07）*1.401*M₆

        =3.24*10^-4*（1-e^-0..07）*1.401*1.0=0.307*10^-4

3.3.3 15d收縮變形值

  ε_y（15）=ε_y⁰*（1-e^-0.15）*1.401*M₆

        =3.24*10^-4*（1-e^-0..15）*1.401*0.93=0.588*10^-4

3.4 砼收縮變形換算成當(dāng)量溫差

3.4.1 3d

T_{（y）（3）}=-ε_y（3）/α=(-0.146*10^-4)/(1.0*10^-5)=-1.46℃

3.4.2 7d

T_{（y）（7）}=-ε_y（7）/α=(-0.307*10^-4)/(1.0*10^-5)=-3.07℃

3.4.3 15d

T_{（y）（15）}=-ε_y（15）/α=(-0.588*10^-4)/(1.0*10^-5)=-5.88℃

3.5 各齡期砼模量計(jì)算E_（t）=E_c*（1-e^-0..09t）

3.5.1 3d齡期 

   E_（3）=3.0*10⁴*（1-e^-0..09*3）

        =7.1*10³N/mm²

3.5.2 7d齡期 

   E_（7）=3.0*10⁴*（1-e^-0..09*7）

        =1.40*10⁴N/mm²

3.5.3 15d齡期 

   E_（15）=3.0*10⁴*（1-e^-0..09*15）

        =2.22*10⁴N/mm²

3.6 砼的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算

砼強(qiáng)度換算f_（n）=f_（28）*lgn/lg28，砼抗拉強(qiáng)度f_t=0.23*f^2/3_cu      對于C30砼f_（28）=15 N/mm²

3d齡期: f_（3）=f_（28）*lg3/lg28=15* lg3/lg28=8.76 N/mm²

f_t=0.23f^2/3₍₃₎=0.23*4.95^2/3=0.668 N/mm²

7d齡期: f_（7）=f_（28）*lg7/lg28=15* lg7/lg28=8.76 N/mm²

f_t=0.23f^2/3₍₇₎=0.23*8.76^2/3=0.98 N/mm²

由于在七月份澆注承臺砼，氣溫較高，假設(shè)入模溫度To=30℃，T_h=25℃

  3.6.1  3d齡期     H_（t）=0.57,R=0.35,V=0.15

  ΔT= To+2/3T_(t)+T_y(t)-T_h=30+2/3*24.23+1.46-25=22.61 ℃

σ=-(7.1*10³*10*10^-6*22.61*0.57*0.35)/(1-0.15)

  =0.377 N/mm²＜(0.668/1.15)=0.581 N/mm²           可

3.6.2 7d齡期     H_（t）=0.502,R=0.35,V=0.15

  ΔT= 30+2/3*35.83+3.07-25=31.96 ℃

σ=-(1.4*10⁴*10*10^-6*31.96*0.502*0.35)/(1-0.15)

  =0.93 N/mm²＜0.98N/mm²      

抗裂安全系數(shù)：K=0.98/0.93=1.05<1.15   

4  裂縫控制的施工技術(shù)措施

　　通過以上分析可知，承臺基礎(chǔ)在露天養(yǎng)護(hù)期間，7d齡期時，抗裂安全系數(shù)K值稍小于1.15，此時砼有可能出現(xiàn)裂縫，因此，在設(shè)計(jì)配合比、砼施工過程及養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)采取一定措施，以減小砼表面與內(nèi)部溫差值，使得砼表面與砼內(nèi)部溫差小于25℃，σ/（1.15）＜f_t，則可控制裂縫的不出現(xiàn)。采取如下措施：

4.1 采用雙摻技術(shù)，摻入粉煤灰和NNO-II型緩凝減水劑，粉煤灰摻入采用超量代換法，減水劑的緩凝時間15個小時（通過實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果表明），延緩砼的初凝時間，延緩砼水化熱峰值的出現(xiàn)。

4.2 通過技術(shù)性能比較，石灰?guī)r碎石的線膨脹系數(shù)較小，彈模低，極限拉伸值大，據(jù)相關(guān)資料表明，在相同溫差下，溫度應(yīng)力可減小50%，能提高砼的抗拉強(qiáng)度，因此，選用石灰?guī)r碎石作為粗骨料；控制骨料（砂、石）的含泥量，以減小砼的收縮，提高極限拉伸。

4.3 嚴(yán)格控制砼的入模溫度在30℃左右。選擇在傍晚開始澆注承臺砼，對粗骨料進(jìn)行噴水和護(hù)蓋；施工現(xiàn)場設(shè)置遮陽設(shè)施，搭設(shè)彩條布棚，避免陽光直曬；在水箱中加入冰塊，降低拌和水的溫度；在基坑內(nèi)設(shè)一大功率的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)散熱。

4.4 埋設(shè)6層冷卻管，每層冷卻管配一潛水泵，在第一批開始砼初凝時由專人負(fù)責(zé)往冷卻管內(nèi)注入涼水降溫，冷卻水流速應(yīng)大于15L/min，冷卻水采用嘉陵江水，持續(xù)養(yǎng)生7天。通過冷卻排水，帶走砼體內(nèi)的熱量，許多工程實(shí)踐表明，此方法可使大體積砼體內(nèi)的溫度降低3~4攝氏度。

4.5 澆注砼時，采用薄層澆注，控制砼在澆注過程中均勻上升，避免砼拌和物堆積過大高差，砼的分層厚度控制在20~30cm。

4.6 設(shè)10臺插入式振搗器，加強(qiáng)振搗，以期獲得密實(shí)的砼，提高密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，澆注后，及時排除表面積水，進(jìn)行二次抹面，防止早期收縮裂縫的出現(xiàn)。

4.7 砼澆注后，搭設(shè)遮陽布棚，避免陽光曝曬承臺表面。

4.8 砼澆注后，砼表面用土工布覆蓋保溫，并灑水養(yǎng)生，使砼緩慢降溫、緩慢干燥，減少砼內(nèi)外溫差。

4.9 砼澆筑后，每2小時量測冷卻管出口的水溫和砼表面溫度，若溫差大于20℃時，及時調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，如加快冷卻水的流通速度等措施，以控制溫差小于25℃。

5  溫度監(jiān)測

　　承臺砼入模溫度為30℃～34℃，1.5d后中心溫度最高達(dá)50℃，溫升達(dá)20℃，3d后中心溫度達(dá)57℃～60℃，溫升27℃～30℃，經(jīng)過10～12d降溫階段后，中心溫度基本穩(wěn)定。

　　承臺中心與側(cè)面中心溫度的最大溫差為10℃，與承臺表面的最大溫差為17℃左右，因此，在養(yǎng)護(hù)階段必須做好承臺表面的保溫措施，延緩承臺表面的降溫速度，減小溫差。

6 結(jié)束語

　　通過事先裂縫控制的驗(yàn)算及裂縫控制方案的周密考慮，成功地控制了承臺裂縫的產(chǎn)生，施工后檢查承臺砼各表面整體光滑，未見收縮裂縫。從本工程的裂縫控制得出：裂縫控制應(yīng)以合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，具體施工中從合理選材入手，加以事先裂縫控制驗(yàn)算并采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，全方位、多層次地進(jìn)行裂縫控制，才能做到真正意義上的裂縫控制。