重力式锚碇底板超大仓面不均匀分层施工技术

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第３６卷第２期２０１９年３月㊀

土木工程与管理学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ

Ｖｏｌ.３６Ｎｏ.２

Ｍａｒ.２０１９

收稿日期:２０１８￣０５￣２１㊀修回日期:２０１８￣０７￣２９

作者简介:周乐木(１９８２￣)ꎬ男ꎬ湖南邵阳人ꎬ高级工程师ꎬ研究方向为桥梁施工技术研发及施工管理(Ｅｍａｉｌ:１５４５０８６７０＠ｑｑ.ｃｏｍ)

重力式锚碇底板超大仓面不均匀分层施工技术

周乐木ꎬ㊀殷㊀源ꎬ㊀李伟业ꎬ㊀谢㊀超

(湖北省路桥集团有限公司ꎬ湖北㊀武汉㊀４３００５６)

摘㊀要:随着我国基础建设的快速发展ꎬ大体积混凝土在桥梁建设中被广泛应用ꎮ大体积混凝土温度应力分析㊁温度场控制㊁抗裂分析是施工过程中的重要研究课题ꎮ本文依托棋盘洲长江公路大桥锚碇底板工程ꎬ根据热传导理论结合有限单元法ꎬ建立了重力式锚碇底板仿真计算模型ꎮ通过系统参数分析提出了棋盘洲长江公路大桥重力式锚碇底板超大仓面不均匀分层施工技术方案ꎮ结合现场实测数据验证了本论文所提出的重力式锚碇底板超大仓面不均匀施工技术方案的有效性ꎮ

关键词:重力式锚碇ꎻ㊀不均匀分层ꎻ㊀温度应力分析ꎻ㊀有限单元法ꎻ㊀收缩混凝土中图分类号:Ｕ４４５.５５㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:２０９５￣０９８５(２０１９)０２￣０１３２￣０６

Ｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍＬａｙｅｒｅｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＧｒａｖｉｔｙＡｎｃｈｏｒａｇｅ

ＢｏｔｔｏｍＰｌａｔｅ

ＺＨＯＵＬｅ￣ｍｕꎬＹＩＮＹｕａｎꎬＬＩＷｅｉ￣ｙｅꎬＸＩＥＣｈａｏ

(ＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅＲｏａｄａｎｄＢｒｉｄｇｅＣｏｌｔｄꎬＷｕｈａｎ４３００５６ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＣｈｉｎａꎬｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｂｒｉｄｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓꎬｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｓｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｌｉｅｓｏｎｔｈｅａｎｃｈｏｒａｇｅｆｌｏｏｒｏｆｔｈｅＱｉｐａｎｚｈｏｕＣｈａｎｇｊｉａｎｇＨｉｇｈｗａｙＢｒｉｄｇｅ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｇｒａｖｉｔｙａｎｃｈｏｒａｇｅ

ｆｌｏｏｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｌａｙｅｒｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｖｅｒｓｉｚｅｄｗａｒｅｈｏｕｓｅｆｌｏｏｒｏｆｔｈｅｇｒａｖｉｔｙａｎｃｈｏｒａｇｅｆｌｏｏｒｏｆｔｈｅＱｉｐａｎｚｈｏｕＣｈａｎｇｊｉａｎｇＨｉｇｈｗａｙＢｒｉｄｇｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅ￣ｓｉｚｅｄｗａｒｅｈｏｕｓｅｆｌｏｏｒｏｆｔｈｅｇｒａｖｉｔｙａｎｃｈｏｒａｇｅｆｌｏｏｒｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒａｖｉｔｙａｎｃｈｏｒꎻｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｌａｙｅｒｅｄꎻｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎻｓｈｒｉｎｋａｇｅｃｏｎｃｒｅｔｅ

㊀㊀随着我国各项基础设施建设的快速发展ꎬ建筑规模不断扩大ꎮ混凝土作为一种性能稳定㊁受力性能较好的材料ꎬ目前被广泛应用于我国桥梁等基础设施中ꎮ重力式锚碇作为悬索桥主要受力构件ꎬ具有施工质量和技术要求高㊁单方混凝土用量大㊁连续性整体浇筑高等特点ꎮ同时ꎬ由于重力式锚碇尺寸较大ꎬ在施工过程中温度控制㊁分层施工工艺等因素直接影响着其后期使用过程中的工作性能ꎮ因此ꎬ针对重力式锚碇大体积混凝土施

工过程中温度应力分析㊁温度场控制ꎬ提出有效的施工工艺是目前工程界重点关注的关键技术问题之一ꎮ

国内外很多学者针对大体积混凝土施工过程中温度场分布及温度应力分析进行了大量的理论及试验研究ꎮ美国的威尔逊教授[１]最早利用有限元时间过程分析法来分析混凝土温度场ꎻ日本的专家学者[２ꎬ３]不仅考虑了混凝土徐变应力场的计算ꎬ而且对温度应力场也进行了深入研究ꎻ国内

㊀第２期周乐木等:重力式锚碇底板超大仓面不均匀分层施工技术

方面ꎬ刘宁等[４]综合考虑各种随机因素对三维大体积混凝土结构随机温度场的计算方法进行了研究ꎬ提出了基于随机场局部平均的温度场随机变分原理和随机有限元列式ꎬ并首次视复频响应函数为随机函数ꎬ给出了复频响应函数–随机有限元法ꎬ有效地克服了谱密度法求解随机温度场时不能考虑材料物理参数随机性的局限性ꎮ针对采用统一的时间步长计算不经济的特点ꎬ朱伯芳[５]提出了一种求解不稳定温度场的分区异步长解法ꎮ即在温度变化剧烈的区域采用较小的时间步长ꎬ而在温度变化速率较小的区域采用较大的时间步长ꎬ从而可大大提高计算效率ꎮ马保国等[６ꎬ７]研究微矿粉在大体积混凝土中水化热㊁抗裂分析以及自催化效应ꎮ研究表明ꎬ通过原材料的选择㊁施工工艺的改进等措施ꎬ能够降低大体积混凝土温度峰值ꎮ刘沐宇等[８]在大体积混凝土施工过程中进行了实时温度监测ꎬ实现了大体积混凝土温度控制的信息化施工ꎬ为大体积混凝土保温保湿养护提供了相关科学依据ꎮ张湧等[９]针对桥梁大体积高强度混凝土施工特点ꎬ从配合比设计㊁材料选择㊁降温及保湿等方面分析了大体积混凝土的温度特性ꎬ指出水泥在硬化过程中释放大量的水化热ꎬ产生的温度应力超过混凝土的极限抗拉强度是导致裂缝的主要原因ꎮ同时ꎬ结合实测大体积混凝土结构温度场ꎬ分析了造成大体积混凝土开裂的主要因素ꎮ王强等[１０]针对高强混凝土中总胶凝材料用量较多导致水化热剧烈ꎬ从而产生裂缝的问题ꎬ依据水化热试验确定大体积高强度混凝土水化热的计算参数ꎬ运用

ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对大体积高强度混凝土施工过程中的温度场进行了分析ꎮ谭广柱等[１１]通过对大体积混凝土温度场和应力场的现场测试ꎬ建立了相关数值计算模型ꎬ根据大体积混凝土的现场力学性能非线性增长的特性ꎬ分析了养护过程中大体积混凝土应力场的分布㊁变化过程ꎮ孙维刚等[１２]以普立特大桥重力式锚碇散索鞍支墩基础第一层混凝土浇筑为例ꎬ对其水化热温度进行了连续监测ꎬ利用混凝土温度有限元理论ꎬ结合散索鞍支墩基础所处的环境状况ꎬ建立了考虑冷却管的三维有限元模型ꎬ对混凝土浇筑过程中的温度场进行了模拟计算ꎮ赵蒙屏等[１３]将混凝土徐变模型和本构方程引入ＡＮＳＹＳꎬ在ＵＳＥＲＭＡＴ.Ｆ中通过高斯积分直接生成温度徐变荷载ꎬ实现混凝土温度徐变应力分析ꎬ克服了传统通过调用温度徐变荷载文件而计算效率较低的缺陷ꎮ夏雄等[１４]通过分析大体积混凝土中心温度的经时变化㊁表面温度的经时变化ꎬ总结出大体积混凝土中心最高温度㊁表面温度随时间变化的３个阶段并对其变化曲线进行描述ꎮ

既往研究表明ꎬ大体积混凝土温度控制是一个系统工程ꎬ需要多方位㊁多角度综合考虑ꎮ因此ꎬ本文依托棋盘洲长江公路大桥重力式南锚碇底板超大仓面施工为背景ꎬ采用有限元模型模拟补偿收缩混凝土条件下大体积混凝土内部温度应力分布情况ꎮ依据数值分析结果提出棋盘洲长江公路大桥重力式南锚碇底板超大仓面不均匀分层施工技术ꎬ为防止锚碇底板温度裂缝的产生提供有力保证ꎮ

１　工程背景

棋盘洲长江公路大桥重力式南锚碇基础采用内径为６１ｍ㊁壁厚１.５ｍ的圆形地下连续墙加环形钢筋混凝土内衬结构(见图１)ꎮ基坑深度５２ｍꎬ底板平面形状为半径２８.０ｍ的圆形板状大体积混凝土结构ꎬ底板厚度６ｍ(见图２)ꎬ混凝土强

度等级为Ｃ３０ꎬ抗渗等级Ｐ１２ꎬ混凝土方量约为１５３１０.６ｍ３ꎮ南锚碇基础抵抗长江水位最大水头差为４９.８ｍꎬ因此进行南锚碇底板施工过程中温度控制ꎬ提出有效的施工工艺ꎬ严格控制底板裂缝的产生ꎬ具有重要的工程意义ꎮ

图１㊀地下连续墙施工现场

28 m

图２㊀底板示意

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