拉薩納金大橋混凝土溫度應力控制及裂縫防治技術

摘 要：以拉薩市納金矮塔斜拉橋為背景，針對底板混凝土在施工過程中出現縱向裂縫的現象，采用Midas FEA實體計算軟件，從施工工藝、底板縱向裂縫分布特征以及貫通情況，分析了底板縱向裂縫的原因，并提出解決裂縫的防治措施。

關鍵詞：拉薩納金大橋；混凝土；溫度；裂縫；控制

1 溫度應力與裂縫控制

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。大體積混凝土澆筑后，水泥在水化過程中產生大量水化熱，使混凝土溫度上升，由于混凝土表面散熱快，內部散熱慢，形成混凝土中心溫度高，表面溫度低，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，這種由于溫度的升降變化而引起的應力就稱為溫度應力?；炷两Y構溫度應力變化規律與其它結構相比有一定的差別，產生這些差別的主要原因主要有兩個方面：一是混凝土的彈性模量是隨著齡期的變化而變化的：二是因為混凝土的徐變的影響。工程實際中，混凝土的溫度應力分析比較復雜，它要受結構形式、氣候條件、施工工藝、材料特性以及使用條件等多種因素的影響。

一般來說，裂縫是指固體材料中的某種不連續現象，在學術上屬于結構材料強度理論范疇。近代科學關于混凝土強度的微觀研究以及大量的工作實踐所提供的經驗表明：裂縫是不可避免的，是一種人們可以接受的材料特征。如建筑物抗裂要求過嚴，必將付出巨大的經濟代價；科學的要求應是將其有害程度控制在允許的范圍內，有害與無害裂縫的界限是由生產和生活使用功能以及環境條件決定的。這些關于裂縫的預測和處理工作，統稱為建筑物的“裂縫控制”。

2 拉薩納金大橋溫度與裂縫控制

納金大橋設計為矮塔斜拉橋，位于海拔3650米的拉薩市，屬高原溫帶半干旱大陸性氣候，全年多晴朗天氣，降雨稀少，常年氣溫偏低，日溫差大，平均溫差達到14.1℃。日照充分，風力較大。主橋為（70+117+117+70m）三跨矮塔斜拉橋，橋寬33m，采用單箱五室斷面，主體結構為C50高性能混凝土。0#梁段采用支架現澆，1-11#梁段采用掛籃懸臂施工。其中1#塊長4米，底板寬23.351米，底板厚0.644米，腹板厚0.75米，澆筑方量為163.4m3。

某市一座類似橋梁在澆筑完3個主墩1#梁段7天左右后均發現中軸線位置出現一條縱向細小裂紋，掛籃前移后，底板也出現了類似縱向裂紋，寬度在0.1mm-0.12mm左右。見圖3。

3 裂紋成因初步分析

根據裂紋產生的部位、走向、寬度等特征，初步認為有如下幾種原因。

（1）0#塊澆筑與1#塊澆筑時間間隔太長，相距100多天，0#塊混凝土收縮徐變基本完成，對1#塊新澆混凝土有約束作用。

（2）當地晝夜溫差大，1#塊澆筑期間，白天溫度達到18℃，但晚上溫度能達到零下2℃，在混凝土水化熱后期，底板內外溫差過大使混凝土產生拉應力。

（3）高原地區，對混凝土特性要求高，施工方采用高性能混凝土，水化熱過大，混凝土在高溫狀態下溫度下降會發生收縮，但受到與其接觸的已澆筑混凝土的約束而產生拉應力。根據監控單位在1#塊埋設的溫度傳感器，測出混凝土澆筑后底板平均最高溫度達到60℃。

（4）箱梁寬度為底板寬度23.351米，單箱五室，腹板對底板的收縮有約束作用。

4 水化熱數據分析

4.1 水化熱溫度分析

24小時、36小時、72小時、150小時1#塊水化熱溫度場等值線分別如下圖4。24小時工況時，水化熱溫度達到62.8℃，分布在底板與腹板交匯處內部，36小時后開始降溫，到150小時基本與達到環境溫度。

4.2 水化熱橫向應力分析

36小時、150小時1#塊橫向應力云圖如下圖5?；炷翝仓跗谝蚧炷羶炔繙囟壬甙l生膨脹，但表面混凝土隨環境溫度的變化，下降較快，產生表面拉應力，最大為3.3MPa。后期降溫時，因混凝土降溫收縮，底板拉應力開始變大，在150小時時，底板中軸線位置拉應力達到3.0MPa。

4.3 水化熱裂縫指數分析

5 分析

通過計算可知如下結論：

（1）由計算所得的溫度與監控單位實測數據基本吻合，模擬過程中環境溫度采用正弦曲線，基本與實際環境吻合，最高溫度出現在澆筑后24小時左右。

（2）混凝土澆筑初期，混凝土內部升溫膨脹，使混凝土表面容易產生裂縫，因此在施工過程必須加強養護。

（3）混凝土澆筑后期，箱梁底板、頂板橫向拉應力逐漸增大，本橋屬寬橋，且由于腹板的約束，頂、底板橫向應力在150小時左右，水化熱應力超過允許應力，容易產生裂縫，與現場裂縫基本吻合。

（4）矮塔斜拉橋雖然可以降低梁高，但支點附近底板厚度隨跨徑的增大而增大，水化熱比較明顯，特別對于寬橋，在設計過程中，需要重視水化熱的作用，可適當增大底板橫向配筋率。

（5）懸臂澆筑一般在0#塊澆筑后，一般需要安裝掛籃以及預壓工作，1#塊澆筑間隔時間長，新老混凝土收縮徐變不一致，施工時盡量優化工序，縮短澆筑間隔時間。

6 應用措施效果

6.1 在底板增設抗拉桿和防裂鋼筋?？估瓧U采用20#槽鋼，目的是治止1#塊縱向裂縫的繼續發展；防裂鋼筋采用Ф20螺紋鋼，防治底板表面裂縫的產生。

6.2 箱室腹板、端模及倒角模板加固必須牢固。腹板及倒角模板要采取即拉又撐的方法，倒角模板與前塊段砼要貼合密實牢固；端模要采取角鋼或>20mm的鋼筋橫拉且密度不小于30cm一道。

6.3 采用座地混凝土泵車澆筑混凝土時泵管要統一布置在前一塊段的混凝土上，接頭位置在兩片三角梁中間，配備足夠長的軟管，其軟管長度需要保證同時能澆筑兩個底板和兩個腹板，最好配備一個三通兩閥的接頭。

6.4 所有底板、腹板均分兩層或兩層以上澆筑，并由端部到根部進行澆筑，確?；炷琳駬v密實。

6.5 底板設置“后澆帶”，寬度不小于50cm，深度不小于35cm。待腹板混凝土澆筑完成后，由天窗下放混凝土，一次澆筑完成后澆帶，最后要注意后澆帶的二次收壓面。

6.6 底板、腹板的混凝土坍落度要做特殊設計，要求底板比頂板混凝土坍落度略低，便于腹板砼澆筑。

6.7 頂板混凝土表面嚴格進行二次收漿，接縫處振搗，拍壓密實。養護劑到場后，派專人在混凝土初凝前及時噴灑。

6.8 新老梁段底板、頂板和腹板接縫處，澆筑混凝土之前，必須用水濕潤鑿毛面，保證新老混凝土的良好銜接。

6.9 繼續加強對混凝土內部溫度的監控，同時加強灑水養生控制，確保混凝土表面長期濕潤，養生天數確保在7天。

6.10 優化施工工序，盡量減少兩個塊段施工的間隔時間。

6.11 嚴格按照設計圖紙推進工序，三向預應力結束后，安裝斜拉索，然后進行掛籃前移。避免掛籃自身對箱梁的影響。

通過以上措施，箱梁底板裂縫的問題得到了根本的解決。各梁段頂、底板沒有任何裂縫發生。

同樣，嚴格執行上述措施后，箱梁其余部位：腹板、頂板、橫隔梁等，也沒有產生裂紋。因此，注重養生質量和時間，使之與混凝土水化熱的時間相同，能有效消除混凝土表面裂縫。同時嚴格按照既定工序施工，確保施工質量，也能有效避免裂縫的產生。

參考文獻

[1]《拉薩市納金大橋工程圖設計》[S].江蘇省交通規劃設計院有限公司，2010.10.

[2]JTJ/TF50-2011《公路橋涵施工技術規范》[S].北京：人民交通出版社，2011.8.

[3]《〈公路橋涵施工技術規范〉實施手冊》[S].北京：人民交通出版社，2011.8.

作者簡介：恩艷芳（1976，7-），女，山西省繁峙縣人，現職稱：工程師，學歷：本科。