一种曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，包括以下操作：将拟建造的曲线超高型桥墩墩身设置成柱板式空心结构；浇筑墩身的混凝土材料主要选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥；然后按以下方式进行施工操作：首先，对墩身混凝土浇筑采用分层浇筑方式，搭建浇筑模板，同时控制分层浇筑混凝土的入模温度，埋设测温元件和散热管，通过测温元件采集桥墩墩身混凝土的表面温度信息和中心温度信息，当墩身混凝土的表面温度和内部中心温度差值达到设定值时，利用散热管散热的降温处理方式控制所述表面温度和内部中心温度差值在理想范围内。本发明的控制措施简单、操作方便、能减小施工量和施工成本，防止温度应力裂缝发生。
【专利说明】一种曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种桥梁建筑物温度应力裂缝的控制方法，尤其涉及一种曲线超高型(例如高度大于100米)桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法。
【背景技术】
[0002]桥墩曲线墩身侧面在受到太阳暴晒后，温度会明显高于其他部位，温度梯度呈非线性分布；而遭遇突降暴雨、冷空气侵袭、日落等自然现象则可导致桥墩墩身混凝土结构外表面温度突然下降，但因混凝土内部温度变化较慢，也会进一步导致温度梯度的发生。此夕卜，在浇筑墩身混凝土过程中，水泥在水化过程中会放出大量热量，导致墩身混凝土内部温度显著升高，由于混凝土导热性能较差，墩身外部温度却没有显著升高，进而也会产生温度梯度。温度梯度使得墩身混凝土结构高温侧材料受到低温侧材料的约束，从而发生弯曲变形引起表面裂缝。
[0003]对于高度大多在50m以下的桥梁，桥墩线形多为直线线形，且墩身段浇筑混凝土的体积较小，因日照等自然条件和混凝土水化热引起的混凝土内外的温差也相对较小，该类桥墩即使存在因非线性温差带来的温度应力，但由于桥墩墩身较矮使得转动刚度较大，从而产生弯曲变形的程度也较小，因此一般不会产生明显的温度应力裂缝，或者温度应力裂缝能控制在正常使用的安全范围之内。在该类桥墩施工过程中，在墩身段无需采取控制温度应力的措施或者只需采取一些简易的措施即可。
[0004]然而，在跨越大深谷的桥梁建设中，有时需要修建100米以上的曲线高桥墩，该类桥墩由于墩身较长，且为曲线，其转动刚度较小，此外，该类桥墩浇筑的混凝土体积较大，水泥水化时会放出大量的热量，因此不能忽略因自然原因、水泥水化等因素引起的温度变化所带来的裂缝，尤其是对于曲线型桥墩，裂缝可能会使得桥墩的设计线形发生变化从而影响整个桥梁的强度与稳定性。为此，我们需要对该类桥墩研发一种经济、实用、安全的温度应力裂缝控制技术。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控制措施简单、操作方便、能有效减少混凝土浇筑体积、减小施工量和施工成本、防止温度应力裂缝发生、延长曲线超高型桥墩使用寿命的温度应力裂缝的控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种曲线超高型桥墩(特别适用于1.6次抛物线型桥墩)墩身温度应力裂缝的控制方法，包括以下操作:
[0007](I)墩身结构设置:将拟建造的超高型桥墩墩身设置成柱板式空心结构；
[0008](2)墩身浇筑材料选用:浇筑墩身的混凝土材料选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥(例如PC42.5水泥)作为主要成分，以减小水泥水化过程中释放的热量；
[0009](3)墩身施工工艺控制:以步骤(I)中设置的墩身结构为基础，并选用步骤(2)中的墩身浇筑材料，然后按以下方式进行施工操作:首先，对墩身混凝土浇筑采用分层浇筑方式(每层厚度优选小于30cm)，墩身混凝土分层浇筑可以有效减小水化热的释放从而控制水化热带来的温度应力裂缝；搭建墩身混凝土烧筑模板，同时控制分层烧筑混凝土的入模温度(优选控制不超过28°C)，在墩身混凝土的浇筑过程中埋设测温元件和散热管，在墩身混凝土的分层浇筑过程中，通过测温元件采集桥墩墩身混凝土的表面温度信息和中心温度信息，当墩身混凝土的表面温度和内部中心温度差值达到设定值(设定参考值优选25°C)时，采取加强养护和/或利用散热管散热的降温处理方式控制所述表面温度和内部中心温度差值在理想范围内。
[0010]上述本发明的技术方案主要是从曲线墩身结构、曲线墩身浇筑混凝土材料、曲线墩身施工工艺三个方面进行温控处理，从而控制该类曲线墩身因温度变化所引起的温度裂缝在桥墩正常使用的安全范围之内。在曲线墩身结构方面，采用空心式结构，同时在墩身横桥向侧与纵桥向侧均对称设置通风孔，保持良好通风效果。在混凝土浇筑方面，选用水化热较低的水泥，并可优选添加粉煤灰、高效减水剂、聚丙烯纤维来控制浇筑混凝土的升温从而达到减小温度应力裂缝的目的。在施工工艺方面，通过控制混凝土入模温度、埋设散热管、设置测温元件监测温度等多种措施。上述的处理措施能有效地控制该类桥墩因温度变化所引起温度裂缝的出现和开展，减小因温度裂缝给墩身线形带来的影响，从而达到保证桥墩和上部梁结构的稳定，可在同类曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝控制方面广泛应用。
[0011]上述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，优选的，所述墩身主要由四根变截面立柱组成，四根变截面立柱在矩形的四角排布，相邻两根变截面立柱通过钢筋混凝土板相互连接形成矩形薄壁结构。
[0012]上述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，优选的，在所述钢筋混凝土板的横桥向和纵桥向上对称布设有多个通风孔，多个通风孔沿墩身高度方向上基本呈等间距布置。通过设置通风孔可更好地增强空气对流，从而减小因日照等自然因素带来的墩身向阳面和背阳面的温度梯度。
[0013]上述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，优选的，对墩身立柱的曲线段与直线段结合处(即需要严格控制线形的区段)的钢筋布置做局部加强处理，包括:根据设计得出的配筋结果的基础上减小纵向钢筋间距至直线段的0.5?0.7倍，同时在受力螺旋箍筋外侧增设小直径(优选IOmm?15_)钢筋网。通过对墩柱曲线段与直线段结合处的区段纵向钢筋做加密处理，受力箍筋外侧增设小直径钢筋网可以有效改善墩身立柱混凝土表面的抗裂性能。
[0014]上述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，优选的，所述浇筑墩身的混凝土材料中还掺入有粉煤灰(添加量不大于30%)、高效减水剂和聚丙烯纤维。通过掺入粉煤灰和高效减水剂消除水泥用量的减少给混凝土强度和坍落度带来的损失，通过在浇筑混凝土中掺加聚丙烯纤维可以有效改善混凝土在受温度梯度影响时的抗裂性能。
[0015]上述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，优选的，埋设散热管时，散热管的数量从桥墩墩身混凝土体积相对较大的墩身下段到混凝土体积相对较小的墩身上段递减以缩小混凝土内外温度梯度，减小温度应力，从而降低因水化热和日照等自然因素引起温度裂缝的机率。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明从桥梁墩身结构、墩身浇筑材料和墩身施工工艺三个方面同时进行性控制，不仅能有效控制曲线超高型桥墩由于日照等自然原因和混凝土水化热产生的温度应力裂缝的发生和延展，而且本发明的控制措施易于实施和开展，安全性好；另外，本发明的控制措施步骤简单、操作方便，能有效减少浇筑的混凝土体积，减小施工量和施工成本，对于曲线超高型桥墩的稳定性和使用寿命的延长具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明具体实施例中墩身结构与通风孔在横桥向的布置示意图。
[0018]图2为本发明具体实施例中墩身结构与通风孔在纵桥向的布置示意图。
[0019]图3为本发明具体实施例中墩身立柱局部配筋示意图(为清楚的显示配筋结构，省略了立柱上的剖面线)。
[0020]图4为本发明具体实施例中墩身上段散热管的布置示意图。
[0021]图5为本发明具体实施例中墩身下段散热管的布置示意图。
[0022]图6为本发明具体实施例中墩身测温元件布置示意图。
[0023]图例说明:
[0024]1、变截面立柱；2、钢筋混凝土板；3、立柱直线段；4、立柱曲线段；5、系梁；6、通风孔；7、结合面；8、纵向钢筋；9、螺旋箍筋；10、小直径钢筋网；11、散热管；12、测温元件。
【具体实施方式】
[0025]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0026]实施例:
[0027]—种本发明的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，包括以下操作:
[0028](I)墩身结构设置:将拟建造的曲线超高型(105m)桥墩墩身设置成如图1和图2所示的柱板式空心结构；该墩身主要由四根变截面立柱I组成，四根变截面立柱I在矩形的四角排布，相邻两根变截面立柱I通过钢筋混凝土板2相互连接形成矩形薄壁结构。在钢筋混凝土板2的横桥向和纵桥向上对称布设有多个通风孔6，多个通风孔6沿墩身高度方向上基本呈等间距布置(本实施例中的间距约为5m)。通风孔6基本都设置在墩身的系梁5与墩顶实心段之间、相邻的上下两系梁5之间、以及系梁5与墩底实心段之间。除系梁5与墩底实心段之间的通风孔6孔径取1250cm外，其余孔径取1000cm。通过设置通风孔6可更好地增强空气对流，从而减小因日照等自然因素带来的墩身向阳面和背阳面的温度梯度。如图3所示，对墩身立柱的外边缘钢筋布置做局部加强处理，包括:对变截面立柱I中的纵向钢筋8在立柱曲线段4与立柱直线段3的结合面7处(需要严格控制线形的区段)做了加密处理，即根据设计得出的配筋结果的基础上减小纵向钢筋8的间距(其间距取为直线段的
0.6倍左右)，同时在受力螺旋箍筋9外侧增设布置直径为12cm、间隔为15cmX 15cm的小直径钢筋网10。
[0029](2)墩身浇筑材料选用:浇筑墩身的混凝土材料选用低水化热的PC42.5水泥作为主要成分，以减小水泥水化过程中释放的热量；同时，精心设计优化混凝土配合比，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，尽可能地降低混凝土的单位水泥用量，并掺加适量的粉煤灰,但掺量不能大于30%，同时掺加适量的高效减水剂，此外还需添加0.9kg/m3聚丙烯纤维。
[0030](3)墩身施工工艺控制:以步骤(I)中设置的墩身结构为基础，并选用步骤(2)中的墩身浇筑材料，然后按以下方式进行施工操作:
[0031](3.1)首先，对墩身混凝土浇筑采用分层浇筑方式，分层浇筑时需严格控制混凝土的烧筑速度，一次烧注的混凝土不可过高、过厚，每层厚度小于30cm,分层烧筑可以有效减小水化热的释放从而控制水化热带来的温度应力裂缝。
[0032](3.2)搭建墩身混凝土浇筑模板，同时控制分层浇筑混凝土的入模温度，高温季节施工时，混凝土最高浇注温度不得超过28°C，夏季施工要尽量安排在温度较低的夜间进行，粗骨料要用冷水冲洗，用冷水拌和，将入模温度控制在28°C以内。这样可以推迟水化热高峰值的出现。
[0033](3.3)如图4?图6所示，在墩身混凝土的浇筑过程中埋设测温元件12和散热管
11。如图6所示，测温元件12布置在散热管口与散热管11中部，测试元件12接头的安装位置应保证准确，且固定牢固，并与结构钢筋及其他金属体绝热；在墩身混凝土的分层浇筑过程中，通过测温元件12采集桥墩墩身混凝土的表面温度信息和中心温度信息，同时还要测量大气温度，并做好记录，温度上升阶段，每隔2h测量一次温度；温度下降阶段，每4h测量一次温度；当墩身混凝土的表面温度和内部中心温度差值达到或超过25°C时，要及时采取洒水、覆盖蓄热降升温措施。如图4和图5所示为墩身散热管布置示意图，散热管的数量从桥墩墩身混凝土体积相对较大的墩身下段到混凝土体积相对较小的墩身上段递减以缩小混凝土内外温度梯度，其中每隔IOm设置一个散热管布置截面，墩身下段每个截面布置4X4根散热管11，墩身上段每个截面布2X4根散热管11，散热管11贯通变截面立柱I与钢筋混凝土板2。
【权利要求】
1.一种曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，包括以下操作: (1)墩身结构设置:将拟建造的曲线超高型桥墩墩身设置成柱板式空心结构； (2)墩身浇筑材料选用:浇筑墩身的混凝土材料选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥作为主要成分； (3)墩身施工工艺控制:以步骤(I)中设置的墩身结构为基础，并选用步骤(2)中的墩身浇筑材料，然后按以下方式进行施工操作:首先，对墩身混凝土浇筑采用分层浇筑方式，搭建墩身混凝土烧筑模板，同时控制分层烧筑混凝土的入模温度，在墩身混凝土的烧筑过程中埋设测温元件和散热管，在墩身混凝土的分层浇筑过程中，通过测温元件采集桥墩墩身混凝土的表面温度信息和中心温度信息，当墩身混凝土的表面温度和内部中心温度差值达到设定值时，利用散热管散热的降温处理方式控制所述表面温度和内部中心温度差值在理想范围内。
2.根据权利要求1所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:所述墩身主要由四根变截面立柱组成，四根变截面立柱在矩形的四角排布，相邻两根变截面立柱通过钢筋混凝土板相互连接形成矩形薄壁结构。
3.根据权利要求2所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:在所述钢筋混凝土板的横桥向和纵桥向上对称布设有多个通风孔，多个通风孔沿墩身闻度方向上基本呈等间距布置。
4.根据权利要求3所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:所述通风孔设置在墩身的系梁与墩顶实心段之间、相邻的上下两系梁之间、以及系梁与墩底实心段之间；系梁与墩底实心段之间的通风孔的孔径大于其他位置处的通风孔的孔径。
5.根据权利要求4所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:对墩身立柱的曲线段与直线段结合处做局部加强处理，包括:根据设计得出的配筋结果的基础上减小纵向钢筋间距至直线段的0.5?0.7倍，同时在受力螺旋箍筋外侧增设直径为IOmm?15mm的钢筋网。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:所述浇筑墩身的混凝土材料中还掺入有粉煤灰、高效减水剂和聚丙烯纤维，粉煤灰添加量不大于30%。
7.根据权利要求1?5中任一项所述的曲线超高型桥墩墩身温度应力裂缝的控制方法，其特征在于:埋设散热管时，散热管的数量从桥墩墩身混凝土体积相对较大的墩身下段到混凝土体积相对较小的墩身上段递减以缩小混凝土内外温度梯度。
【文档编号】E01D21/00GK103643626SQ201310693618
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】杨小礼, 刘义立, 许敬叔, 任高峰, 方哲 申请人:中南大学, 中铁二十局集团第三工程有限公司