团泊新桥主墩承台裂缝研究与控制

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　　摘要：通过对团泊新桥主墩承台大体积混凝土的研究，施工过程中采取了原料质量控制、配合比控制、温室控制、合理的浇筑方法、监控控制等一系列的控制裂缝措施，承台浇筑完以后对承台表面裂缝进行了检查，最大裂缝宽度0.19mm ；无贯穿裂缝；无深层裂缝，满足规范要求。
　　 关键词：主墩承台 裂缝 研究 控制
　　工程概况：
　　 团泊新桥工程主墩承台为八面柱形，平面尺寸48.6m×17.0m，厚度4m，设计C30防腐混凝土3181.6m3，属于典型的大体积混凝土工程。
　　 此承台支撑整个斜拉桥主塔、钢箱梁和主墩的最关键部位，竖向轴心压力设计值达6000t，必须保证工程质量。
　　大体积承台混凝土裂缝的分析研究
　　 承台由于混凝土方量大，要想保证质量，就得从分析大体积混凝土都有什么质量通病，就各种情况分别解决。裂缝是影响大体积混凝土最大的质量问题。现行大体积混凝土施工相关规范一般要求表面裂缝宽度不大于0.3mm，另外大体积混凝土承台的深层裂缝和贯穿裂缝对结构的危害性最大，为了保证大体混凝土的施工质量，采取有力的措施，杜绝这两种裂缝的产生。
　　三、控制裂缝产生的措施
　　 1.原材料质量控制
　　 项目设中心实验室，对进场材料，钢筋、水泥、砂石料等进行了严格检验，原材料从出厂到进场检验实行严格控制，保证原材料质量，现场多次检验结果表明原材料质量符合标准。
　　 2.合理设计配合比
　　 通过大量计算证实，混凝土的绝热温升值与水泥的品种、用量和混凝土配合比有密切的关系，混凝土配合比中水泥用量越大，混凝土水化热量越高，大体积混凝土内部的绝热温升越大，这是导致中心温度过高的最重要原因，是造成温度裂缝的关键因素。为了满足低水化热值和混凝土强度等级C30的要求，做了以下几点调整：
　　 （1）采用高效减水剂降低混凝土中水的用量；
　　 （2）采用UEA（微膨胀剂）增强混凝土的抗裂性能；
　　 （3）采用松香热聚物AE作为防冻剂，增强混凝土的防冻性能；
　　 （4）采用二级以上粉煤灰代替部分水泥来增强混凝土的和易性；
　　 3.混凝土的抗裂计算
　　 ⑴混凝土的降温系数如下表：
　　
　　
　　
　　
　　T（t）――浇完一段时间t，混凝土的绝热温升值（℃）；
　　mc――每立方米混凝土水泥用量kg/m3，取值400 kg/m3 ；
　　Q0――每千克水泥水化热量（J/kg），取461 J/kg；
　　Q――胶凝材料的水化热量（J/kg），Q=KQ0；
　　k――不同掺量掺合料水化热调整系数，取K=0.84；
　　c――混凝土的比热，取0.96kJ/(kg・℃)；
　　ρ――混凝土的质量密度，取2400kg/m3；
　　e――常数值，取2.718；
　　t ――龄期（天）；
　　m――与水泥品种、振捣时温度等有关的一个经验系数，由下表差得，一般取0.2～0.4，根据当时的施工情况，取m=0.340；
　　由上式很容易可以得出一个结论，绝热温升值的变化是由水泥掺量来决定的，要想降低绝热温升值就得降低水泥掺量，所以根据水泥掺量的多少得出以下两个表格：
　　 不同龄期参数绝热温升值
　　
　　
　　
　　 ②调整温升值的计算
　　
　　 T（t）――在t龄期时混凝土的绝热温升（℃）；
　　 ξ（t）――不同浇筑块厚度的温降系数，ξ＝Tm/Tn；
　　 Tn――混凝土的最终绝热温升值（℃）；
　　 Tm――混凝土由水化热引起的实际温升（℃）；
　　 不同龄期调整温升值计算结果
　　
　　
　　
　　 ③中心温度值计算
　　
　　 T（t）――混凝土的浇筑入模温度，取T（t）=20℃；
　　 混凝土内部3天的中心温度为T=T3+ T（3）・ξ（3）=20+31.79=51.79℃，以此类推：
　　 不同龄期混凝土中心温度值
　　
　　
　　
　　 混凝土采用草帘袋保温，根据混凝土中心温度的计算，混凝土中心温度远高于室外温度，所以过程中必须进行混凝土保温养护。
　　 ④混凝土中心温度与表面温度差值的计算
　　 不同龄期混凝土表面温度与温差值计算表
　　
　　
　　
　　 ⑶各龄期混凝土收缩变形值
　　
　　 ――非标准状态混凝土最终收缩值（即极限收缩值），取3.24×10-4；
　　 y(t)――非标准状态喜爱混凝土任意龄期（天）的收缩变形值；
　　 M1～M10――考虑各种非标准条件，与水泥品种吸毒、骨料品种、水灰比、水水泥浆量、养护条件、环境相对温度、构件尺寸、混凝土捣实方法、配筋率等有关的修正系数。
　　 混凝土收缩变形不同条件影响修正系数
　　
　　
　　
　　 ⑷各龄期混凝土收缩当量温差
　　
　　――不同龄期混凝土收缩相对变形值，负号表示降温；；
　　――混凝土线膨胀系数取1×10-5/℃；
　　
　　
　　
　　 ⑸各龄期混凝土最大综合温度
　　
　　 Tj――混凝土浇筑温度，取25℃；
　　 T（t）――龄期（天）的绝热温升；
　　 Tq――混凝土浇筑后达到稳定时的温度，取25℃；
　　 混凝土最大综合温差
　　
　　
　　
　　 ⑺外约束为二维时温度应力计算
　　
　　――各龄期混凝土弹性模量；
　　――各龄期混凝土最大综合温差；
　　――各龄期混凝土松弛系数
　　――混凝土线膨胀系数（ 1×10-5/℃）；
　　――混凝土泊松比，取值0.15；
　　 ――外约束系数,取值0.4；
　　 混凝土松弛系数如下表
　　
　　
　　
　　 ⑻验算抗裂度是否满足要求
　　 根据经验资料，把混凝土浇筑后的15d作为混凝土开裂的危险期进行验算。
　　（抗裂度验算）
　　 ftk=2.01 N/mm2(28天轴心抗拉强度)，
　　 条件龄期15天抗拉强度设计值（达28天强度的75%），龄期15天温度应力0.86MPa
　　，抗裂满足要求。
　　 结论：承台混凝土外部约束满足混凝土的抗裂要求。
　　 4.采取温控措施
　　 承台自身体积大，不利散热，容易造成内外温差过大，产生温度裂缝，所以通过内部安装冷却水管降温。
　　 采用Φ50×1.5mm的热传导性能良好的无缝钢管。冷却水管横桥向间距1m ，分上、中、下三层布置 ，层间距1m；设3个进水口，每个进水口通水能力不小于5.5m3/h；9个出水口，出水口处设节流阀调节流量。
　　 水管布置：可直接绑扎在承台钢筋上的直接绑扎在承台钢筋上，不可直接绑扎的增设架立钢筋绑扎。并与钢筋骨架或架立钢筋绑扎牢靠, 以防水管在混凝土振捣过程中变形或接头脱落。
　　 冷却管网安装完成后, 冷却管网分区分层编号,每一层管网的进出水管均编号登记, 将进出水管与总管、水泵接通, 每层冷却水管各自独立供水, 进行通水试验, 对接头缝隙进行处理, 保证密封、通畅。承台混凝土浇筑至埋过一层冷却水管后开始通水降温。
　　
　　 管冷前MIDAS模拟水化热情况
　　
　　 管冷后MIDAS模拟水化热情况
　　 实施效果：冷却水循环降温，混凝土内外温差控制在25℃以内。
　　 6.正确的浇筑方法
　　 针对承台超宽超大的结构特点，混凝土浇筑方法对混凝土的质量影响很大，浇筑不连续极易造成施工冷缝 ，所以必须采用正确的浇筑办法，保证浇筑的连续性，降低先浇混凝土对后浇混凝土的影响 。采用斜面分层，薄层连续浇筑的浇筑方案，分层厚度不大于30cm；应用多溜槽配合泵车泵送混凝土进行浇筑。
　　 承台混凝土浇筑采用斜面分层、薄层连续浇筑的浇筑方法，利用多个溜槽直接浇筑混凝土和泵车泵送同时进行。人工及时振捣，保证分层厚度不超过30cm且分层均匀，浇筑连续。
　　 7.监控控制
　　 施工过程中对大体积混凝土的温度进行监控，是现场控制的依据，以便采取积极有效的措施 ：
　　 ⑴在承台内设测温点，预埋测温元件。
　　 ⑵承台混凝土浇筑后开始温度监测，前3天每隔2小时测温一次，第一周内每隔4小时测温一次，第二周每隔6小时测温一次。温度监测由实验室负责，现场工序工程师根据监测结果，调节冷却水流量，控制降温的幅度和降温速率，在保证内外温差符合要求的同时，避免降温过快造成冷却水管周围局部温度梯度过大，形成裂缝。
　　8.养护到位
　　 大体积混凝土承台期间，静海县当日平均气温在25℃以上，日间最高温可达40℃，水份蒸发速度极快，承台表面易干燥开裂。
　　 采取措施：在承台表面覆盖2层土工布蓄水养护。安排专人负责洒水，现场施工管理人员随时检查，保证养护到位，防止干燥开裂。
　　四、结论
　　 通过这一系列的措施的控制，承台浇筑完以后对承台表面裂缝进行了检查，表面裂缝宽度不超过0.2mm，检查107个点，最大裂缝宽度0.19mm ；无贯穿裂缝；无深层裂缝，满足规范要求。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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