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沪通长江大桥承台大体积混凝土动态设计养护技术研究

2022-05-03 来源:客趣旅游网
第60卷第2期 铁道标准设计 V01.60 No.2 2016年2月 RAILWAY STANDARD DESIGN Feb.2016 文章编号:1004—2954(2016)02—0093—06 沪通长江大桥承台大体积混凝土动态 设计养护技术研究 李进洲,王远立 (中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063) 摘要:沪通铁路沪通长江大桥为公铁两用桥,针对沪通长江大桥北岸正桥主墩承台平面尺寸大、混凝土数量多的 工程特点,进行大体积混凝土温控方案设计,计算承台大体积混凝土的内部温度场及仿真应力场,并根据计算结果 制定出控制有害温度裂缝的温控标准和相应的温控措施,提出“动态设计养护”法。施工实践表明,设计混凝土最 优养护曲线,适时动态调整养护措施,可有效控制承台大体积混凝土裂缝。 关键词:沪通铁路;长江大桥;承台;大体积混凝土;裂缝控制;动态设计养护 中图分类号:U445.55 9 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004—2954.2016.02.020 Study on Dynamic Curing Design of Pile Cap Massive Concrete of Shanghai-Nantong Yangtze River Bridge LI Jin—zhou,WANG Yuan—li (China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan 430063,China) Abstract:Shanghai—Nantong Yangtze River Bridge on Hu-Tong Railway is a combined highway and railway bridge.In the light of characteristics of massive concrete of main span pile cap of Hu-Tong Yangtze River Bridge,temperature control scheme for massive concrete is designed and internal temperature field and simulation stress field are calculated with finite element analysis.Based on calculation results,temperature control standards and measures for preventing harmful cracks are put forward.At the same time,the method of dynamic curing design is presented.Designing optimal concrete curing curve and timely adjusting maintenance measures are effective in controlling cracks of pile cap massive concrete. Key words:Shanghai—Nantong Railway;Yangtze River Bridge;Pile cap;Massive concrete;Crack control;dynamic curing design 堤外侧北引桥¨ 。 1 工程概况 沪通长江大桥北岸正桥主要包括跨横港沙桥、跨 沪通长江大桥全长11 076,262 m,大桥北岸为南 天生港专用航道桥及跨北岸大堤桥。其中,跨横港沙 通市,南岸为张家港,见图1。沪通长江大桥北岸引桥 21×112 m简支钢桁简支梁桥起止墩号为5号~26号 和北岸正桥(HTQ一1标段)工程范围为5.066 km,自 墩,跨天生港专用航道桥起止墩号为2号一5号墩,跨 南接南岸(HTQ一2标)主通航孔斜拉桥(均为沉井基 北岸大堤桥起止墩号为0号一2号墩。沪通长江大桥 础),往北依次为跨横港沙浅水区21×112 m简支钢梁 北岸正桥承台主要参数见表1…。 桥、跨天生港(140+336+140)m钢梁柔性拱专用航道 沪通长江大桥北岸正桥3号、4号主墩承台为深 桥、跨长江北大堤2xl 12 m简支钢梁桥,以及长江北大 水区深埋式承台,采用双壁钢套箱围堰方案施工(图 2(a))。钢套箱内轮廓尺寸为55.0 mx25.0 m,外轮廓 收稿日期:2015—07—05;修回日期:2015—07一O8 作者简介:李进洲(1975一),男,工程师,2013年毕业于中南大学土木 尺寸为58 m ̄28 m,壁体厚度1.5 m。钢套箱壁体浇筑 工程学院,工学博士,E—mail:Li-5inzhou0910@126.conl。 围堰隔仓混凝土。封底混凝土厚度为5 m,封底方量 第2期 李进洲,王远立一沪通长江大桥承台大体积混凝土动态设计养护技术研究 95 为防止构件产生裂缝缩短桥梁使用寿命,需对大 方法外,还有赖于与上述因素有关的基本条件和材质 体积混凝土结构进行合理的温控设计与控制,以保证 混凝土使用寿命和运行安全。针对沪通长江大桥北岸 正桥主墩承台平面尺寸大、混凝土数量多的工程特点, 参数的正确选取 。本文温度计算中用到的水泥水 化热,混凝土配合比、强度、弹性模量及气温参数均通 过试验及相关规范资料选取。 (1)混凝土性能 进行了大体积混凝土温控方案设计,计算了承台大体 积混凝土的内部温度场及仿真应力场,并根据计算结 果制定出控制有害温度裂缝的温控标准和相应的温控 ①混凝土配合比 根据表1,沪通长江大桥北岸正桥主墩承台混凝 土设计强度等级为C40和C45两种,其配合比见表2。 表2承台混凝土配合比l,g/m 措施,提出了“动态设计养护”法。施工实践结果表 明,设计混凝土最优养护曲线,适时动态调整养护措 施,有效控制了承台大体积混凝土裂缝。 2温控计算与分析 2.1 计算依据与参数的选取 混凝土浇筑后的温度与水泥的水化热温升、混凝 C40 C45 252 264 97 101 71 75 764 754 1 055 1 042 l57 160 4.2 4 4 ②混凝土物理热学参数 按照《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术 土浇筑温度和浇筑进度、外界气温、表面保护等多种因 素有关。温度计算结果的准确性除了选择恰当的计算 规程》(JTS 202—1—2010),有关承台混凝土物理热学 参数汇总见表3。 表3承台混凝土物理热学参数 水温一6 6 6 6 6 泥度一O 0 o o O 注:涡凝土绝热温升按水化热试验结果折算取值。 根据本工程施工试验室试验结果,不同龄期混凝 土的弹性模量 E 9 (1) 2010,附录)对不同浇筑月份的混凝土出机口温度进 4 5 9 行估算。考虑采取水泥进场温度控制、粗骨料遮阳、拌 " 和水冷却等方式控制原材料温度:水泥温度控制低于 60℃、粉煤灰温度控制低于35℃、拌和水温度控制低 于1O℃。出机口温度估算结果见表5。 混凝土不同龄期的绝热温升 m m m m m _42.o} (r 0) (2) 月份 1月 2月 4.O 5.6 9.7 表5不同月份出机口温度估算 平均 气温 ℃ O 6 8 l 式中, 为龄期,d;0为在龄期r的绝热温升。 (2)温度初始条件与边界条件 在不同的日期浇筑混凝土时,应选取不同的气温 和浇筑温度。沪通长江大桥桥址区东临黄海,地处长 粉煤灰 骨料 拌和水预估C40/C45 O 温度 温度 温度 出机口温度 =2 3月 4月 5月 6月 7月 8月 11月 l2月 l4.6 l9.9 23.7 28.3 27.8 4.0 江河口段中纬度地带,属北亚热带湿润季风气候区,具 有气候温和、雨水充沛、寒暑干湿变化显著、四季分明 的气候特征。有关南通市2000~2014年统计气象数 据见表4。 表4只绩, 1 5.O 南通市气象指标 2 3 4 5 6 从表5可以看出,在1月一8月及11月~12月施 平均温度/ ̄C 月份/月 4.0 7 5.6 8 9.7 9 14.65 10 19.9 11 23.7 12 工,C40/C45混凝土出机口温度可以控制为12.0~ 27.5℃。 平均温度/ ̄C 28.3 27.8 24.2 19.3 13.1 6.5 参考其他工程经验 ,按照混凝土搅拌车运输 依据当地气象资料和原材料温度的经验数据,按 照表2提供的基准混凝土配合比,根据《水运工程大 体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTS 202—1— 时间20~30 min、振捣时间1 min、日平均最高气温 25~35 qc,根据《水运工程大体积混凝土温度裂缝控 制技术规程》(JTS 202—1—201O)对出机口温度进行 第2期 李进洲,王远立一沪通长江大桥承台大体积混凝土动态设计养护技术研究 97 现为压应力,混凝土内部拉应力增大。由此可见混凝 土若出现早期开裂,一般裂缝较浅;而后期开裂则很可 能是深层裂缝,危害性很大。 表6温度计算特征值 ℃ 划分可分为温升期和降温期两个过程,升温期内部温 升较快、应变增长也快,须及时覆盖保温;降温期虽然 温度降低较慢,但是混凝土收缩效应凸现,混凝土收缩 拉应变和降温拉应变叠加在一起是比较危险的,所以 降温期必须依据温度应变数据,科学地动态调整养护 措施。 3监控指标 现场养护监控的目标是:通过对温度场及应力场 分布的实时监控,为混凝土科学养护提供量化依据,动 态调整养护措施,以保证温度场和应力场分布近似于 最优养护曲线,最终达到缩小甚至消除混凝土出现有 害裂缝的目的。 一般情况下,需要按照气温、混凝土配合比、结构 。根据 尺寸、约束情况等具体条件确定监控指标 温控标准,见表8。 表8承台温控标准 注:2号墩为2014年11月至l2月浇筑,浇筑温度按15℃计算; 3号墩为2014年l2月1日至12月31 E1浇筑,浇筑温度按lO℃计算; 13号墩为2015年5月初浇筑,浇筑温度按27℃计算;16号墩和l7号 墩为2015年7月到8月,浇筑温度按27℃计算。 GB 50496规范要求和本工程的实际情况,对承台制定 表7承台温度应力场计算结果 4 温控方案 根据前面有限元计算数据,分析结构的混凝土温 度场和应力场分布规律,从而判断混凝土的主控截面 和截面主应力方向,科学布置传感器的分布和安装方 向,制定温度测点布置方案。 本文分别对0号台、3号墩、5~7号墩、10号墩和 13号墩承台埋设了温控传感器,这里为了节省篇幅仅 对5号墩的情况进行描述,其他墩布置均与5号墩 类似。 5号墩承台混凝土第一次浇筑厚为2.5 m,布置 3层温度测点,每层6个。根据承台结构的对称性和 温度变化的一般规律,在承台中心线对称的1/4区域 布设测点,距承台混凝土底面分别为0.5、1.2、2.0 m。 根据上面的计算结果,混凝土养护过程按照时间 测点布置见图4。 l,700.600.触‘ 04: 1 =! :l: ,5 (a)5号墩承台一、三温度测点布置 (b)5号墩承台二温度测点布置 (c)5号墩承台温度测点立面布置 图4 5号墩温控测点布置(单位:cm) 第60卷第2期 铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN V01.60 NO.2 2016年2月 Feb.2016 文章编号:1004—2954(2016)02—0099—06 大断面水下盾构隧道管片设计参数及其统计分析 晏启祥,王春艳,郑代靖,李 灿 (西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,成都610031) 摘 要:以国内大型水下盾构隧道的构造设计为基础,结合国外典型盾构工程实例,分析我国水下盾构隧道衬砌构 造设计现状,并对管片外径与管片楔形量、管片厚度、管片分块数、标准块圆心角、标准块重力等衬砌构造设计参数 的相关性进行统计分析,论述管片厚度与最大水压、管片外径与隧道最小覆盖层厚度之间的关系。研究表明:我国 大型水下盾构隧道接缝构造正在向单道止水密封、非榫槽平顺接缝、通用楔形平板型管片错缝拼装方面发展;研究 还得出管片外径与管片厚度、管片分块数和标准块重力之间呈正相关性等一系列结论。 关键词:水下隧道;盾构隧道;管片衬砌;构造设计;统计分析 中图分类号:U455.43 文献标识码:A DOl:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.021 Conformation Design and Statistical Analysis of Large Underwater Shield Tunnel YAN Qi—xiang,WANG Chun—yan,ZHENG Dai—jing,LI Can (Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering,Ministy ofr Education, Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China) Abstract:Based on conformation design of large underwater shield tunnel at home,combined with typical engineering practice of shield construction abroad,this paper analyzes current conformation design of underwater shield tunnel in our country;statistically analyzes the correlation between segment externat diameter and constitution design parameters of lining concerning segment wedge,lining thickness, segment partition number,central angle of standard piece and standard weight;discusses the relationship between segment thickness and maximum water pressure,between diameter of tunnel external segment and minimum thickness of covering layer.The research results show that the joint stuctrure of large underwater shield tunnel in China tends to employ single sealing,smooth joint without rabbet,and universal wedge'shaped segment of plate type and staggered assembling;the external diameter of segment ring positively correlates to segment thickness,number of blocks and standard weight of segment. Key words:Underwater tunnel;Shield tunnel;Segment lining;Conformation design;Statistical analysis 收稿日期:2015—04—14;修回日期:2015—05—28 基金项目:国家自然科学基金项目(51178400,51278425),教育部新世 纪人才支持项目(NCET-11-0713) 作者简介:晏启祥(1971一),男,教授,博士,研究方向为盾构法隧道理 论与新技术。 目前,国内外大型水下盾构隧道工程越来越多,如 国内已经建成武汉长江隧道,南京长江隧道,崇明长江 [6] 刘伟.矮塔斜拉桥承台大体积混凝土水化热分析与裂缝预防[J]. 施工技术,2014(12):204—207. 控措施研究[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2008(11): 888—891. [7] 张忠.核反应堆厂房基础整浇温度应力有限元分析及测试研究 [D].天津:天津大学,2012. [1I]孙小猛,徐登云.基于多目标优化的大体积混凝土承台冷却水管 布置研究[J].铁道标准设计,2014(5):74—77. [8] 庞健,柏兴伟.灌河大桥承台大体积混凝土温控措施及监测分析 [J].公路交通科技:应用技术版,2014(12):289—293. [9] 高纪兵,何官健,雷江洪,等.苏通大桥大体积承台混凝土温控研 究[J].施工技术,2005(1):242—246. [12]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[D].北京:中国水利 水电出版社,2012. [13]张心斌,程大业,等.核电站大体积混凝土裂缝控制及施工技术 [M].北京:中国建筑工业出版社,2014. [10] 刘山洪,高丽,王一,等.大跨Pc连续刚构桥大体积混凝土承台温 

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