承台大体积砼施工前的温度应力估算及采取的裂缝控制技术措施

摘要：介绍重庆白果渡嘉陵江大桥主桥承台大体积砼施工前温度应力的估算，并根据验算结果采取相应的施工技术措施。

关键词：大体积砼 承台 裂缝控制 温度应力 施工技术措施
1  引言

　　白果渡嘉陵江大桥是国道212线四川武胜至重庆合川高速公路横跨嘉陵江的一座特大桥，全桥长1433米，主桥为（130+230+130）m预应力砼连续刚构，单箱单室，下部结构为16根24米长Ф230cm的群桩基础，上接大体积分离式承台。单幅承台结构尺寸为18.7mx10.2mx5m，单幅承台砼方量为953.7m3，一次浇注完成。
2 简述
2.1 温度应力的主要成因：
2.1.1 大体积砼在硬化期间，水泥水化后释放大量的热量，使砼中心区域温度升高，而砼表面和边界由于受气温影响温度较低，从而在断面上形成较大的温差，使砼的内部产生压应力，表面产生拉应力（称为内部约束应力）。
2.1.2 当砼的水化热发展到3～7d达到温度最高点，由于散热逐渐产生降温产生收缩，且由于水分的散失，使收缩加剧，这种收缩在受到基岩等约束后产生拉应力（称为外部约束应力）。

2.2  温度应力在承台砼内的分布如下图所示：

　　综上所述，在承台大体积砼施工前，必须进行砼的温度变化，应力变化的估算，以确定养护措施、分层厚度、浇筑温度等施工措施，并以此来指导施工。
3 C30承台大体积砼砼裂缝控制的施工计算
3.1相关资料：
3.1.1 配合比
水泥：粉煤灰：砂子：碎石：水：NNO -Ⅱ减水剂
369： 50   ：677 ：1148：176：3.66
1： 0.136：1.835：3.111：0.48：1%
3.1.2 材料：
水泥：腾辉F.032.5级水泥
碎石：草街连续级配碎石（5~31.5mm）
混合中砂：机制砂40%，渠河细砂60%
粉煤灰：硌黄华能电厂Ⅱ级粉煤灰
外加剂：达华NNO-Ⅱ型缓凝减水剂

3.1.3 气象资料
　　相对湿度80~82%；年平均气温17.5~17.6℃，最高气温40.5℃，夏热期（5~9月份）平均气温20℃。
3.1.4采用自动配料机送料，装载机加料，拌和站集中拌和，混凝土泵输送砼至模内。

3.2 砼最高水化热温度及3d 、7d的水化热绝热温度
C=369kg/m3；粉煤灰32.5水泥：水化热Q7d=257J/kg，Q28d=222J/kg（腾辉水泥厂提供的数据）；c=0.96 J/kg.k；ρ=2400 kg/m3。
3.2.1 砼最高水化热绝热温升
Tmax=CQ/cρ=(366*257)/(0.96*2400)=40.83℃
3.2.2 3d的绝热温升
　　T（3）=40.83*(1-e-0.3*3)=24.23℃
　　ΔT（3）=24.23-0=24.23 ℃
3.2.3 7d的绝热温升
    T（7）=40.83*(1-e-0.3*7)=35.83℃
    ΔT（7）=35.83-24.23=11.6 ℃
(4)15d的绝热温升
   T（15）=40.83*(1-e-0.3*15)=40.38℃
　　T（15）=40.38-35.83=4.55 ℃
3.3 砼各龄期收缩变形值计算
εy（t）=εy0（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
则有：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收缩变形值
εy（3）=εy0*（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收缩变形值
  εy（7）=εy0*（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收缩变形值
  εy（15）=εy0*（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 砼收缩变形换算成当量温差
3.4.1 3d
T（y）（3）=-εy（3）/α=(-0.146*10-4)/(1.0*10-5)=-1.46℃
3.4.2 7d
T（y）（7）=-εy（7）/α=(-0.307*10-4)/(1.0*10-5)=-3.07℃
3.4.3 15d
T（y）（15）=-εy（15）/α=(-0.588*10-4)/(1.0*10-5)=-5.88℃

3.5 各龄期砼模量计算E（t）=Ec*（1-e-0..09t）
3.5.1 3d龄期
   E（3）=3.0*104*（1-e-0..09*3）
        =7.1*103N/mm2
3.5.2 7d龄期
   E（7）=3.0*104*（1-e-0..09*7）
        =1.40*104N/mm2
3.5.3 15d龄期
   E（15）=3.0*104*（1-e-0..09*15）
        =2.22*104N/mm2
3.6 砼的温度收缩应力计算
砼强度换算f（n）=f（28）*lgn/lg28，砼抗拉强度ft=0.23*f2/3cu      对于C30砼f（28）=15 N/mm2
3d龄期: f（3）=f（28）*lg3/lg28=15* lg3/lg28=8.76 N/mm2
ft=0.23f2/3(3)=0.23*4.952/3=0.668 N/mm2
7d龄期: f（7）=f（28）*lg7/lg28=15* lg7/lg28=8.76 N/mm2
ft=0.23f2/3(7)=0.23*8.762/3=0.98 N/mm2
由于在七月份浇注承台砼，气温较高，假设入模温度To=30℃，Th=25℃
  3.6.1  3d龄期     H（t）=0.57,R=0.35,V=0.15
  ΔT= To+2/3T(t)+Ty(t)-Th=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龄期     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      

抗裂安全系数：K=0.98/0.93=1.05