摘要：采用后浇带法实现超长大体积混凝土整体基础，可兼顾土建结构和上部电器设备设置要求，而混凝土后浇带临界浇筑长度取值是该方法的关键技术问题之一。本文采用ANSYS有限元软件建立超长大体积混凝土基础模型，分析了不同季节、入仓温度和地基约束工况下的后浇带合理浇筑长度。计算结果表明，浇筑长度对混凝土温度应力影响明显，而合理的浇筑长度选取应综合考虑入仓温度、季节和基础约束程度等因素。
关键词：整体基础；大体积混凝土；后浇带；临界浇筑长度
后浇带法整体混凝土基础设计中最关键的技术问题之一是混凝土临界浇筑长度，直接影响混凝土早期温度应力和开裂风险。因此，提出适用于GIS超长大体积混凝土整体基础的后浇带临界浇筑长度对解决超长大体积混凝土裂缝问题具有重要的现实意义。鉴于此，本文针对基于后浇带超长大体积混凝土整体基础设计和施工对临界浇筑长度的要求，采用有限元仿真分析，从浇筑季节、入仓温度、地基约束程度等方面探讨了后浇带浇筑长度与混凝土温度应力的关系，提出了超长大体积混凝土整体基础在不同季节、不同入仓温度和不同地基约束条件下后浇带临界浇筑长度的取值建议。
1有限元模型与计算参数
某大型GIS超长大体积混凝土基础，其混凝土强度等级为C30，长度为180.0m，宽度为10.0m，厚度为0.5m；垫层混凝土厚度为10cm，强度等级为C15。考虑结构的对称性，取1/4建模，模型共计为4878个节点、4320个单元，如图1所示。基础表面施加第三类热传导边界，对称面上施加法向位移约束和绝热对流边界。软土地基弹性模量为10.0MPa，岩石基础的弹性模量为40GPa，混凝土抗裂安全系数取1.5。
图一
取基础中点截面处的下（1号点）、中（2号点）、上（3号点）为特征点，分析混凝土温度应力变化规律。
2有限元仿真结果分析
本文有限元分析以夏季浇筑、入仓温度为33.0℃、基础为软土地基为基本工况，通过不同浇筑长度（30m、35m、40m和45m）分析揭示超长大体积混凝土整体基础后浇带浇筑长度对混凝土温度应力的影响，进而分别就不同入仓温度（33℃、30℃、27℃和24℃）、不同季节（春、夏、秋、冬）和地基类型（软土地基、岩基）开展后浇带临界浇筑长度影响因素分析。
2.1浇筑长度对温度应力的影响
分别选取30m、35m、40m和45m来研究浇筑长度对超长大体积混凝土温度应力的影响，如图2所示。由图2可以看出，超长大体积混凝土早期温度应力均表现为典型的内外温差和后期温降作用下的应力发展变化特点，即表面点先拉后压、内部点先压后拉。混凝土膨胀阶段，上表面点由于内外温差引起的拉应力随着浇筑长度增加而略微增加；内部点由于膨胀变形受到约束产生压应力，随浇筑长度也有所增加；而在温降阶段，由于温降收缩和基础约束导致内部点的拉应力随龄期增加而逐渐增大。
图3
（2）季节变化
分别选取春、夏、秋、冬四种工况研究季节变化对超长大体积混凝土温度应力的影响，浇筑长度取40m，如图4所示。由图5可以看出，虽然春季与秋季的入仓温度基本相同，但春季是向夏季过渡，温度逐渐升高，应力向着压应力方向发展；而秋季是向冬季过渡，温度逐渐降低，后期拉应力随着温降而逐渐变大。夏季的气温最高，导致混凝土的入仓温度也高，最终会有较大的温降收缩变形，由于约束作用必然会引起较大的应力。而冬季的环境温度最低，这对控制较低的入仓温度是有利的，但较低的环境温度造成前期温降速率较快，且冬季环境温度日变幅较大，如果保温措施不当，易形成表面裂缝，同时，冬季较低的环境温度也会延缓混凝土的凝结硬化，影响强度的发展，可能导致由于温度等非荷载因素造成的应力大于即时强度。故春季、冬季、秋季三个季节浇筑混凝土相对适宜，夏季最不利浇筑混凝土。
春、夏、秋、冬四季工况下的混凝土应力随浇筑长度变化规律对比见图7和图8。由图可以看出，在不同的季节中，浇筑长度分别为40m、45m、50m、55m时，混凝土最大拉应力均分别接近抗拉强度或者略微超过抗拉强度，故可近似认为50m、40m、45m、47m的浇筑长度为春、夏、秋、冬四季的临界浇筑长度。
图4 图5
4结论
（1）超长大体积混凝土基础设计需兼顾土建和设备设置要求，可采用基于后浇带的超长大体积混凝土整体基础技术。
（2）本文运用ANSYS有限元软件，对超长大体积混凝土整体基础在不同入仓温度、不同季节、不同地基约束等多种工况下的温度应力进行了仿真分析，确定了不同季节、不同入仓温度和不同地基约束工况下混凝土基础后浇带的临界浇筑长度取值。
（3）后浇带临界浇筑长度对温度应力影响较大，浇筑长度越长混凝土后期应力越大。
（4）入仓温度越高基础混凝土后期应力发展越大，随着入仓温度的增加，后浇带临界浇筑长度逐渐减小。
（5）不同季节和不同地基约束也会影响混凝土温度应力，夏季对混凝土浇筑最为不利，岩基约束强于软土地基，临界浇筑长度也越小。
（6）提出的超长大体积混凝土整体基础后浇带临界浇长度参考值，可为实际基础工程的施工提供参考。
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论文作者:高松军
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
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