大體積混凝土施工技術(shù)及承臺(tái)病害分析加固設(shè)計(jì)

大體積混凝土施工技術(shù)及承臺(tái)病害分析加固設(shè)計(jì)一、前言

隨著我國的高速鐵路的不斷進(jìn)展，橋梁工程在近幾年修建鐵路中比例高達(dá)50%；但是任何混凝土工程均存在開裂的通病，因此，加強(qiáng)對大體積混凝土施工的掌握措施及病害的加固設(shè)計(jì)探討具有重要意義。

二、大體積混凝土溫度施工掌握技術(shù)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土或估計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂紋產(chǎn)生的混凝土均為大體積混凝土。裂縫嚴(yán)峻影響混凝土的施工質(zhì)量和外觀，因此橋梁墩身及承臺(tái)混凝土裂縫的掌握是施工難點(diǎn)。

混凝土的水化熱產(chǎn)生較大的溫度變化及收縮作用，是導(dǎo)致大體積混凝土消失裂縫的主要緣由，合理的掌握溫差變化是保證不產(chǎn)生裂縫的根本。一般規(guī)定將非勻稱溫差應(yīng)掌握在25°C內(nèi)。施工中主要從降低水泥水化熱、降低混凝土入模溫度、降低混凝土內(nèi)部溫度通水散熱保持混凝土表面溫度嚴(yán)格掌握拆模時(shí)間等方面做好混凝土溫度掌握工作，盡量降低混凝土內(nèi)部溫度的升降速率，確保內(nèi)外溫差掌握在25°C以內(nèi)。

掌握措施一：優(yōu)化混凝土協(xié)作比，增加粉煤灰和減水劑用量，削減水泥用量，盡量使用低熱硅酸鹽水泥，從而降低水化熱。選用優(yōu)質(zhì)的粗細(xì)骨料，嚴(yán)控含泥量；或摻入少量高效緩凝減水劑，延長混凝土凝聚時(shí)間，改善混凝土的和易性，同時(shí)削減了拌和用水量，降低了水灰比，降低了水化熱，起到了明顯降低水化熱的作用，還推遲了澆筑最高溫度峰值消失的時(shí)間。

2.掌握措施二：掌握原材料進(jìn)入攪拌機(jī)時(shí)的溫度，水泥在墩身施工前48小時(shí)備足，在拌合水中加入冰塊降低水溫；澆筑混凝土前提前2小時(shí)對模板澆水降溫。

3.掌握措施三：嚴(yán)控混凝土的攪拌運(yùn)輸過程，包括攪拌時(shí)間(不少于90s)、水溫、砼出倉溫度及坍落度（14-16cm），砼運(yùn)輸過程中補(bǔ)充減水劑調(diào)整拌合物質(zhì)量時(shí)，攪拌車應(yīng)進(jìn)行快速攪拌，攪拌時(shí)間不少于120s，運(yùn)輸過程中嚴(yán)禁向拌合物中加水。在混凝土中摻入改性聚酯纖維（每方摻1.2kg），增大混凝土抗拉強(qiáng)度。

4.掌握措施四：在墩身內(nèi)部設(shè)置冷卻管，間距1m*1m，加強(qiáng)混凝土內(nèi)部的降溫措施，在墩身護(hù)面鋼筋至混凝土面之間增設(shè)鋼筋網(wǎng)（10cm*10cm網(wǎng)格狀），增大混凝土表面的抗拉強(qiáng)度。

冷卻管采納50鍍鋅管材，經(jīng)過計(jì)算單根管水流流量按3m3/h掌握。混凝土內(nèi)部溫度和水溫差掌握求在20°C～25°C之間。按承臺(tái)溫度應(yīng)力場特征，水平布置散熱管，主墩承臺(tái)各設(shè)4層，每層設(shè)15道測溫管，上下層距底面和表面均為1.0m;采納25.4的鋼管，散熱管進(jìn)出水口均露出承臺(tái)側(cè)面20cm;同一層散熱管的進(jìn)水口連接在一根總管上，各設(shè)閥門，用1臺(tái)25-120型離心式水泵，單根管水流流量按3m3/h掌握，出水口匯于同一水箱內(nèi);為便于掌握溫度，分別設(shè)3個(gè)6m3的水箱供水。在降熱過程中，若通過測溫管實(shí)測混凝土內(nèi)部溫度與測量進(jìn)水口水溫差別大于25°C時(shí)，應(yīng)調(diào)整水溫，若水溫比混凝土內(nèi)部溫度低的多，則加熱進(jìn)水散熱管采納耐腐蝕的鍍鋅鋼管，與鋼筋一起綁扎。在使用前要求通水進(jìn)行密閉性試驗(yàn)，防止管道在焊接接頭位置處漏水或堵塞。通水散熱后對散熱管作壓漿處理。

5.掌握措施五：高墩施工采納泵車輸送，現(xiàn)場嚴(yán)格監(jiān)測砼坍落度、入泵溫度、入模溫度、冷卻管進(jìn)出水溫柔外部環(huán)境溫度。澆注施工時(shí)采納連續(xù)整體澆筑，層厚300~500mm，準(zhǔn)時(shí)清除混凝土表面的泌水?；炷翝仓鏈?zhǔn)時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理。

6.掌握措施六：拆模時(shí)承臺(tái)、墩身表面與大氣溫差不大于20℃，對墩身采納整體薄膜包裹養(yǎng)護(hù)，靠墩身自身水分蒸發(fā)保證混凝土表面溫度。

三、承臺(tái)混凝土裂縫處理技術(shù)分析

1、做好科學(xué)的設(shè)計(jì)

（一）混凝土基礎(chǔ)除應(yīng)滿意承載力和構(gòu)造要求外，還應(yīng)增配承受因水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力及掌握裂縫開展的鋼筋，以構(gòu)造鋼筋來掌握裂縫，配筋應(yīng)盡可能采納小直徑、小間距。采納直徑8—14mm的鋼筋和100～150mm間距足比較合理的。配筋率應(yīng)在O．3％～O．5％之間。

（二）當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)置于巖石地基上時(shí)，宜住混凝土墊層上設(shè)置滑動(dòng)層，滑動(dòng)層構(gòu)造可采納一氈一油。避開結(jié)構(gòu)突變(或斷裂突變)產(chǎn)生應(yīng)力集中。轉(zhuǎn)角和孔洞處增設(shè)構(gòu)造加強(qiáng)筋。

（三）大塊式基礎(chǔ)及其他筏式、箱式基礎(chǔ)不應(yīng)設(shè)置永久變形縫(沉降縫、溫度伸縮縫)及豎向施工縫?？刹杉{“后澆縫”和“跳倉打”來掌握施工期間的較大溫差及收縮應(yīng)力。以預(yù)防為主。在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮到可能漏水的內(nèi)排水措施，以及施工后的經(jīng)濟(jì)牢靠的堵漏方法。

2、嚴(yán)格掌握施工材料和配比質(zhì)量

選材及混凝土配比設(shè)計(jì)依據(jù)工程結(jié)構(gòu)的不同.我們需要選擇適當(dāng)?shù)乃嗥贩N、等級和混凝土強(qiáng)度等級，應(yīng)盡量避開使用高強(qiáng)度的水泥。要留意工程所采納的必需是質(zhì)量合格的砂、石等原材料，并需要根據(jù)技術(shù)的規(guī)范要求，進(jìn)行合理地?fù)胶弦约疤砑庸こ绦枰耐饧觿?。需要正確的運(yùn)用混凝土補(bǔ)償收縮的技術(shù)。當(dāng)建筑采納膨脹劑的時(shí)候，要留意考慮到不同的膨脹效果和不同的品種和摻料.要通過詳細(xì)的試驗(yàn)來確定材料的最佳配置。

四、承臺(tái)混凝土裂縫及加固案例討論

1.案例分析

某鐵路高架橋目前為四線鐵路，其中1,2線建設(shè)時(shí)間較早，4線為新建鐵路?，F(xiàn)場勘察后發(fā)覺高架橋承臺(tái)開裂是普遍狀況，其中個(gè)別承臺(tái)開裂狀況嚴(yán)峻，且大部分裂縫在承臺(tái)表面呈現(xiàn)肯定規(guī)律性，即從墩柱底四個(gè)角開裂，分別向每側(cè)的中線匯合后再延至承臺(tái)四邊的中線位置后，順承臺(tái)頂向下進(jìn)展。

（1）承臺(tái)開裂緣由的數(shù)值分析

（一）承臺(tái)有限元模型的建立

承臺(tái)有限元模型包含了橋墩、承臺(tái)和樁。其中，墩取0.5m，樁取1.6m，且樁外臂與承臺(tái)不相互作用。模型采納solid45實(shí)體單元進(jìn)行離散，共有36560個(gè)單元，27836個(gè)節(jié)點(diǎn)，將樁底面上全部節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度均進(jìn)行約束，在承臺(tái)頂部施加由上部結(jié)構(gòu)及橋墩傳下來的3533kN的豎向力。

（二）計(jì)算結(jié)果分析

承臺(tái)頂面主拉應(yīng)力σ，分布云圖，由該圖可知:沿實(shí)際裂縫進(jìn)展方向，主拉應(yīng)力均大于0，且最大主拉應(yīng)力約為0.3MPa，表明承臺(tái)頂面裂縫進(jìn)展區(qū)域的確有拉應(yīng)力存在。

通過對上述資料的分析，初步得出病害緣由:首先承臺(tái)及樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)滿意當(dāng)時(shí)規(guī)范的要求，承臺(tái)的尺寸及樁基的布置滿意剛性角的需要，開裂的緣由主要是由于在當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)混凝土強(qiáng)度等級低(本橋承臺(tái)為C18混凝土)，承臺(tái)配筋量小，致使混凝土承載力量較低，難以應(yīng)付常年運(yùn)營荷載作用下的各種外界環(huán)境的侵蝕和破壞。由于承臺(tái)內(nèi)鋼筋很少，只在承臺(tái)底面及樁頂處各布置了1層鋼筋網(wǎng)，承臺(tái)混凝土一旦由于各種緣由消失初始裂縫，承臺(tái)剛度會(huì)隨之降低，又缺乏鋼筋對裂縫的約束，裂縫就會(huì)連續(xù)進(jìn)展，寬度也會(huì)增加。

2.承臺(tái)加固方案

（一）加固步驟

主要加固步驟:（1）將原有承臺(tái)側(cè)面挖開;（2）清理承臺(tái)側(cè)面及頂面，將原頂面后澆的混凝土清掉，并清理裂縫內(nèi)殘?jiān)?，按要求進(jìn)行植筋，打磨表面混凝土。(3)在承臺(tái)4個(gè)側(cè)面立模板，澆筑混凝土，并預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉孔道;(4)待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，分次對稱張拉承臺(tái)側(cè)面后澆混凝土內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋;(5)澆筑承臺(tái)頂面混凝土;(6)基坑回填。

（二）加固材料

主要的加固材料有:（1）c30混凝土;（2）低回縮預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，彈性模量為1.95x105MPa，符合GB/T5224-2023標(biāo)準(zhǔn)，錨具采納低回縮錨具，回縮值小于1mm;(3)HRB335鋼筋。

（3）預(yù)應(yīng)力的模擬

在空間有限元分析中，預(yù)應(yīng)力的處理方式主要分為兩種:分別式和整體式。分別式就是將混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼束的作用分別考慮，以外荷載的形式取代預(yù)應(yīng)力鋼束的作用，如等效荷載法，而整體式則是將混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼束劃分為不同的單元一起考慮，通常用link單元來模擬預(yù)應(yīng)力筋，采納降溫法和初應(yīng)變法來模擬預(yù)應(yīng)力。本文采納等效荷載法來模擬預(yù)應(yīng)力，在加固外包混凝土高度范圍內(nèi)分別施加了3個(gè)350kN的外力來模擬預(yù)應(yīng)力。

（4）計(jì)算結(jié)果分析

加固后承臺(tái)頂面主拉應(yīng)力分布云圖，由圖