摘要：铁路是我国积极建设的基础设施之一，也是人民群众使用最频繁的公共交通工具。现代桥梁跨度大，承载力要求高，这就要求了，墩身承台设计越来愈大，大体积混凝土施工增多。由于在大型基础建设中大型混凝土构件的应用日渐增多，混凝土开裂问题成为一个普遍而又难解决的问题，本文对某特大桥主塔承台大体积混凝土开裂问题进行分析及处置，根据该项目工程的具体情况提出了一些预防和处理措施。避免出现裂缝问题，希望在今后的施工过程中规范化，提高桥梁的安全。
关键词：大体积混凝土；裂缝；原因分析；处置技术
该跨江特大桥为公轨两用桥，采用双塔钢桁梁斜拉桥桥型，主跨为660m，受到两岸地形边界条件限制，边跨长度362m，东、西边中跨之比为0.548：1，为增加主梁竖向刚度，在东西两岸分别设置辅助墩，桥跨布置为107+255+660+255+107=1384m。大桥索塔基础于2015年12月底开工，于2017年1月10日全部施工完成，并于2017年2月通过竣工验收。
一、索塔承台及基础设计概况
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索塔由上下两个塔柱和上中下三道横梁组成，采用钻孔灌注桩形式，承台下布置34根φ3.0m钻孔灌注桩，采用直径25.4m的圆形截面接17m宽系梁，承台总长73.8m，承台采用C35混凝土。承台底部配置三层双肢并排束筋以满足结构受力要求，钢筋直径为32mm。承台顶面布设一层直径25mm的面层钢筋。
承台顶面设置塔座和下横梁，承台与塔座、下横梁构成整体，共同传递桥塔塔柱荷载至桩基础。塔座与下横梁结构总高10.5m，由于下塔柱为弧形内收形式，塔柱荷载对下横梁、塔座及承台不会产生水平拉力。下横梁顶面设置三层双肢并排束筋以满足整体受力需要，钢筋直径为32mm。
二、索塔承台裂缝情况
承台于2016年12月至2017年1月完成浇筑，经现场检查，凿除表层混凝土浮浆后，发现P7承台上表面有12条可见裂缝，P8承台上表面有9条可见裂缝，且基本出现在系梁段。对每条裂缝，选取裂缝宽度较大部位处进行骑缝钻芯，再对所钻取的芯样进行裂缝测量，得出裂缝的深度及宽度。
根据裂缝处取芯参数表可知：
1号承台裂缝的宽度介于0.05mm~0.73mm之间，多数裂缝宽度大于规范限值0.15mm，芯样裂缝深度最深1.01m；2号承台宽度介于0.03mm~0.45mm之间，多数裂缝宽度大于规范限值0.15mm，芯样裂缝深度最深1.98m。
三、裂缝形成原因分析
目前主体结构仅实施完成桩基础及承台，结构以承担自重为主。其余的影响因素包括环境温度、混凝土收缩。主塔基础采用嵌岩桩基础，桩长伸入基岩长度超过10m，施工完成后的桩基础检测良好，满足规范要求。同时，目前阶段的承台标高专项检测表明，桩基础未发生不均匀沉降。因此，承台结构不考虑不均匀沉降的影响。
因此，采用通用有限元程序MIDAS FEA建立三维实体模型，按结构自重、整体温升、不均匀梯度温度、混凝土收缩效应四个工况对承台受力进行分析。
1.结构自重工况
全应力结果图 拉应力区域结果图
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计算结果表明，自重效应作用下，承台系梁顶面均受压，压应力大小约0.2Mpa。
2.整体温升工况
承台于年底至来年1月间完成浇筑，此时处于桥址区年度低温时期。因此，承台施工完成后至今，环境整体温度变化主要体现为升温效应。
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全应力结果图 拉应力区域结果图
计算结果表明，整体温升20℃作用下，承台系梁顶面均受压，压应力大小约2Mpa。
3.不均匀梯度温度影响工况
不均匀梯度温度参考桥梁设计规范中的规定，对于混凝土结构顶面温升为25℃，呈三角形分布，影响深度为40cm。顶面温降大小为温升效应的一半。
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不均匀梯度温降作用下承台顶面应力图（单位：MPa）
计算结果表明，不均匀梯度温升作用下，承台顶面均受压，最大压应力约6MPa，不均匀梯度温降作用下，承台顶面受拉，最大拉应力约3MPa。承台顶面40cm为主要的受力影响区域，其余承台部分受力较小，应力约0.2MPa。
4.混凝土收缩工况
收缩是混凝土的特性之一，收缩效应的影响因素较多，混凝土材料、环境湿度、混凝土厚度等均会对混凝土收缩发生的速度和最终的收缩应变大小产生明显的影响。按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定，对比了不同条件下的收缩应变结果。
目前混凝土的收缩应变采用整体温降进行模拟是可靠的等效计算方法，混凝土材料线膨胀系数为1.0x10-5，因此按照理论最不利情况，当前阶段混凝土的收缩应变约等效为8.5℃的整体温降作用。
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混凝土收缩作用下承台顶面应力图（单位：MPa）
承台整体温降20℃作用下，承台顶面系梁区域处于受拉状态，中部拉应力大，两侧与圆端形承台相接位置为临界面，顶面拉应力约2MPa。等效为目前阶段结果，当前阶段混凝土的收缩应变在承台顶面产生的拉应力约0.85MPa。承台为C35混凝土，混凝土的抗拉标准值为2.2MPa，此时拉应力理论上未超过抗拉标准值。
根据分析计算结果，对承台裂缝产生的原因进行分析，得到以下几方面结论：
（1）当前阶段，承台未承受外部荷载直接作用，顶面自重横向应力以受压为主，自重作用并非裂缝产生的影响因素。（2）由于承台浇筑为冬季，建成后的使用期，承台整体温度变化表现为升温效应，此时，承台横向应力同样以受压为主，整体温度升高并非裂缝产生的影响因素。（3）根据检测报告对承台顶面标高测量，承台未发生不均匀沉降。（4）混凝土收缩是材料的自身特性，按照规范确定的理论模型，当前阶段混凝土收缩在承台系梁区域产生的拉应力约0.85MPa。混凝土收缩对承台混凝土产生不利影响。（5）不均匀梯度温降作用下承台顶面区域均产生拉应力，对承台顶面产生不利影响，承台施工完成后至水位上涨期间，如出现暴晒后突降暴雨时会有这种效应情况。但由于不均匀梯度温降作用将在整个承台顶面产生拉应力，目前裂缝仅出现在系梁区域，圆端形承台侧未有裂缝产生。因此此项作用非产生裂缝的主要因素。
综合上述分析，目前承台产生的裂缝，影响因素较多，其中混凝土超预期的干燥收缩为主要影响因素，同时顶面受不均匀梯度温降也是影响因素之一。
四、承台裂缝处置方案
目前，承台现状尚未承受后期荷载，整体应力水平较低，采用了专业单位对裂缝采取注浆方式处置，确保注浆饱满。总体方案为：首先将承台裂缝表面及松动混凝土清理干净，开始钻孔，再采用水不漏对裂缝表层进行密封、防水处理，最后再注入SK－E改性环氧树脂灌浆材料进行裂缝对充填加固，灌浆主要依靠灌浆材料自身渗透特性结合一定的灌浆压力来完成。
灌浆结束后，按照相关规范要求进行强度检测：随机钻取直径不小于 50mm 的芯样进行检测，检查芯样裂缝是否被胶体填充密实、饱满，粘结完整及芯样的劈拉强度试验。实验结果试件劈裂抗拉强度为2.51mpa和2.58mpa；抗压强度为41.2mpa和42.8mpa达到设计要求。由于裂缝区域运营阶段属于受压的低应力区，承台经处理、检测合格后，可有效保障结构的整体性、安全性、耐久性。后续塔座及下横梁施工后，承台顶面将不再发生不均匀温降效应；同时对承台混凝土收缩也将增加约束作用。
五、结语
裂缝是混凝土结构中的普遍现象，在大体积混凝土结构中尤为明显。裂缝的出现不仅会降低结构物的抗渗能力，而且还引响建筑物的使用功能，引起钢筋的锈蚀，降低混凝土的耐久性，影响建筑物的承载力。因此要对混凝土裂缝进行认真的分析和区别对待，使用合理的方法进行处理，在施工中采取有效的预防措施来防止混凝土裂缝的出现和发展，保证建筑结构物的安全。随着科学的进步，相信混凝土的裂缝问题将会得到更好的解决。
参考文献：
[1]夏智强，陈洪波.土木施工中大体积混凝土裂缝成因及其防治措施分析[J].民营科技，2013，30（4）：284-284.
[2]涂欢欢.基础大体积混凝土裂缝成因分析及防治措施[J].福建建材，2013（06）：66-68.
论文作者:晏萌
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 应力论文; 梯度论文; 不均匀论文; 塔座论文; 横梁论文; 《基层建设》2020年第2期论文;