CN108425685A - 一种基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法,包括以下步骤:确定仿真模拟边界条件;对多因素耦合作用下的隧道混凝土的温度和应力进行仿真模拟,同时在仿真模拟上布置冷却水管;获得仿真模拟中冷却水管的布置方案;根据仿真模拟中得到的冷却水管的布置方案,现场设计一套与仿真模拟相应的冷却循环水系统。与现有技术相比,本发明具有工艺简单,能有效的控制现浇隧道混凝土的开裂问题,提高现浇隧道混凝土性能,延长现浇隧道混凝土使用寿命的基于现浇隧道等优点。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土技术领域,具体涉及一种基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法。
背景技术
随着我国对基础交通建设的需求加大,地下或水下混凝土工程结构建设的比重日趋增加,海底、江底和湖底隧道建设量也逐渐增加。由于受现场施工条件的限制,大尺寸现浇隧道不可能像预制沉管一样进行全断面一次性浇筑,故传统的明挖现浇隧道分三步混凝土浇筑来施工,然而此工艺由于会受到混凝土不同步收缩、混凝土温度应力及结构应力等影响,导致存在严重的开裂风险,因此此类裂缝问题一直是困扰工程界的技术难题。
传统的解决裂缝的方式围绕两个方面来展开,一是提高自身混凝土的性能,通过对材料进行优选,并对混凝土配合比进行优化,采用降低水泥用量以及掺加粉煤灰、膨胀剂、纤维和外加剂等技术,在满足其强度要求下,提高其抗裂性能;二是降低混凝土在施工过程中产生的拉应力,混凝土在施工过程中产生的拉应力主要包括由于内外温差较大引起的温度应力和收缩产生的拉应力,降低拉应力主要通过在浇筑过程中采用分层分段浇筑、设置后浇带、新浇筑混凝土中布置冷却水管等技术;然而这些方式都没有很好的解决好现浇隧道中的裂缝问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足,本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单,能有效的控制现浇隧道混凝土的开裂问题,提高现浇隧道混凝土性能,延长现浇隧道混凝土使用寿命的基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法。
为解决上述技术问题,本发明具有如下构成:
一种基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法,包括以下步骤:确定仿真模拟边界条件;对多因素耦合作用下的隧道混凝土的温度和应力进行仿真模拟,同时在仿真模拟上布置冷却水管;获得仿真模拟中冷却水管的布置方案;根据仿真模拟中得到的冷却水管的布置方案,现场设计一套与仿真模拟相应的冷却循环水系统。
根据混凝土的性能要求、隧道的结构尺寸、浇筑工艺及约束条件确认仿真模拟边界条件。根据相关规范的混凝土性能要求,相关规范包括但不局限于《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)和《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)相关混凝土规范。
所述浇筑工艺为分两步浇筑或分三步浇筑。
所述两步浇筑或三步浇筑包括在浇筑的接缝处布置冷却水管。在接缝处布置冷却水管可以有效地防止新老混凝土不同步收缩及温差引起的裂缝。
运用有限元软件对多因素耦合作用下的隧道混凝土温度和应力进行仿真模拟。
所述有限元软件包括但不限于ANSYS和ABAQUS等常用有限元软件。
通过调整水管中的水流量和通水时间,直到温度及应力仿真结果满足要求,从而得到在仿真模拟中冷却水管的布置方案。所述直到温度及应力仿真结果满足相关规范要求,其相关规范为《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)及《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTS 202-1-2010)。
所述冷却水循环系统包括至少一个循环水池、至少一个流量控制系统、冷却水管、底板、侧墙以及顶板,布设在所述底板、侧墙以及顶板中的冷却水管分别为底板冷却水管、侧墙冷却水管以及顶板冷却水管,所述侧墙冷却水管、底板冷却水管、顶板冷却水管分别布设在所述侧墙、底板以及顶板中,所述循环水池、顶板冷却水管以及侧墙冷却水管依次连通设置形成一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统设置在所述循环水池和所述顶板冷却水管之间;所述循环水池、侧墙冷却水管以及底板冷却水管依次连通设置形成另一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统设置在所述循环水池和所述侧墙冷却水管之间;由水泵通过循环水池向所述冷却水管供水,同时通过与循环水池相连的流量控制系统对循环水流量和通水时间进行控制。
所述循环水流量控制在2.0~10.0m3/h,通水时间控制在48h~96h。
所述侧墙冷却水管、底板冷却水管、顶板冷却水管的管径均为30~70mm的金属管,相邻侧墙冷却水管、相邻底板冷却水管或相邻顶板冷却水管的间距均为0.5~1.5m,单根侧墙冷却水管或单根底板冷却水管或单根顶板冷却水管的长度不超过200m。
与现有技术相比,本发明具有如下技术效果:
通过仿真模拟计算,明确了浇筑温控范围与温控大小,使混凝土的温控更为简单方便,不会因为不当温控而引起混凝土开裂或其他病害;
通过冷却循环水系统,严格控制混凝土内部温度符合规范要求,减少因温度不符合要求而引起的开裂,同时利用上部后浇筑混凝土所产生的水化热加热水管后,经冷却循环水系统加热下部老混凝土来直接减少温度应力,进一步防止了混凝土开裂。
本发明设备简单,环境影响较小,通过冷却循环水系统即可实现控制效果,还可用于寒冷地区,冬季施工等情形下的现浇隧道混凝土防裂,应用范围广,应用前景大。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1:本发明分三步浇筑仿真模拟图;
图2:本发明分三步浇筑冷却水循环系统图;
图3:本发明分两步浇筑仿真模拟图;
图4:本发明中冷却循环水系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
实施例一
本实施例基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法,包括以下步骤:
步骤一,根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)和《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)中关于混凝土的性能要求、隧道的结构尺寸、浇筑工艺及约束条件确认仿真模拟边界条件;其中,所述浇筑工艺为分三步浇筑,如图1所示。
步骤二,运用有限元软件对多因素耦合作用下的隧道混凝土的温度和应力进行仿真模拟,同时在仿真模拟上布置冷却水管,调节水管流量为6.0m3/h,通水时间为72h,仿真模拟结果侧墙混凝土内部温升41.0℃,内表温差19.1℃,侧墙混凝土的抗裂安全系数为1.80;顶板混凝土内部温升43.0℃,内表温差18.2℃,顶板混凝土的抗裂安全系数为1.42,符合规范要求。在本实施例中,所述有限元软件包括但不限于ANSYS或ABAQUS等。
步骤三,通过调整水管中的水流量和通水时间,直到温度及应力仿真结果满足要求,从而得到在仿真模拟中冷却水管的布置方案,在现场布置冷却循环水系统,最后通过冷却循环水系统对混凝土硬化过程进行严格的温控,减少开裂。现场布置冷却循环水系统图如图2所示。
步骤四,分三步施工混凝土裂缝得到有效控制。
实施例二
本实施例基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法,包括以下步骤:
步骤一,根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)和《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)中关于混凝土的性能要求、隧道的结构尺寸、浇筑工艺及约束条件确认仿真模拟边界条件;其中,所述浇筑工艺为分两步浇筑,如图3所示。
步骤二,运用有限元软件对多因素耦合作用下隧道混凝土进行仿真模拟,在仿真建模中布置相关冷却水管,调节水管流量为8.0m3/h,通水时间为84h,仿真模拟结果顶板混凝土内部温升44.0℃,内表温差19.2℃,顶板混凝土的抗裂安全系数为1.51,符合规范要求。在本实施例中,所述有限元软件包括但不限于ANSYS或ABAQUS等。
步骤三,通过调整水管中的水流量和通水时间,直到温度及应力仿真结果符合规范要求,从而得到在仿真模拟中冷却水管的布置方案,在现场布置冷却循环水系统,最后通过冷却循环水系统对混凝土硬化过程进行严格的温控,减少开裂。
4)分二步施工混凝土裂缝得到有效控制。
如图4所示,本发明中所述冷却水循环系统包括至少一个循环水池1、至少一个流量控制系统2、冷却水管、底板5、侧墙6以及顶板7,布设在所述底板5、侧墙6以及顶板7中的冷却水管分别为底板冷却水管4、侧墙冷却水管3以及顶板冷却水管8,所述侧墙冷却水管3、底板冷却水管4、顶板冷却水管8分别布设在所述侧墙6、底板5以及顶板7中,所述循环水池1、顶板冷却水管8以及侧墙冷却水管3依次连通设置形成一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统2设置在所述循环水池1和所述顶板冷却水管8之间;所述循环水池1、侧墙冷却水管3以及底板冷却水管4依次连通设置形成另一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统2设置在所述循环水池1和所述侧墙冷却水管3之间;由水泵通过循环水池1向所述冷却水管供水,同时通过与循环水池1相连的流量控制系统2对循环水流量和通水时间进行控制,从而控制混凝土整体内部温度应力要求。所述冷却循环水系统可以通过流量控制系统调节水流量大小及快慢,从而调节因混凝土水化热而加热水管中水温度上升的速度,进而控制整个循环水的温度。
本发明能够利用上部后浇筑混凝土,如侧墙6所产生的水化热加热侧墙冷却水管3后,经冷却循环水系统加热顶板7或底板5混凝土来直接减少侧墙6与底板5、或者侧墙6与顶板7之间的约束应力,从而减少了混凝土的开裂。
所述循环水流量控制在2.0~10.0m3/h,通水时间控制在48h~96h。
所述侧墙冷却水管3、底板冷却水管4、顶板冷却水管8的管径均为30~70mm的金属管,相邻侧墙冷却水管3、相邻底板冷却水管4或相邻顶板冷却水管8的间距均为0.5~1.5m,单根侧墙冷却水管3或单根底板冷却水管4或单根顶板冷却水管8的长度不超过200m,防止长度过长导致冷却循环效果下降。上述设置方式能够保证较佳的冷却循环效果,有效地防止了混凝土接缝处因温差等开裂情况发生。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定,参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种基于现浇隧道的混凝土裂缝控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
确定仿真模拟边界条件;
对多因素耦合作用下的隧道混凝土的温度和应力进行仿真模拟,同时在仿真模拟上布置冷却水管;
获得仿真模拟中冷却水管的布置方案;
根据仿真模拟中得到的冷却水管的布置方案,现场设计一套与仿真模拟相应的冷却循环水系统。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,根据混凝土的性能要求、隧道的结构尺寸、浇筑工艺及约束条件确认仿真模拟边界条件。
3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述浇筑工艺为分两步浇筑或分三步浇筑。
4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,所述两步浇筑或三步浇筑包括在浇筑的接缝处布置冷却水管。
5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,运用有限元软件对多因素耦合作用下的隧道混凝土温度和应力进行仿真模拟。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述有限元软件包括ANSYS或ABAQUS。
7.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,通过调整水管中的水流量和通水时间,直到温度及应力仿真结果满足要求,从而得到在仿真模拟中冷却水管的布置方案。
8.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述冷却水循环系统包括至少一个循环水池(1)、至少一个流量控制系统(2)、冷却水管、底板(5)、侧墙(6)以及顶板(7),
布设在所述底板(5)、侧墙(6)以及顶板(7)中的冷却水管分别为底板冷却水管(4)、侧墙冷却水管(3)以及顶板冷却水管(8),
所述侧墙冷却水管(3)、底板冷却水管(4)、顶板冷却水管(8)分别布设在所述侧墙(6)、底板(5)以及顶板(7)中,
所述循环水池(1)、顶板冷却水管(8)以及侧墙冷却水管(3)依次连通设置形成一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统(2)设置在所述循环水池(1)和所述顶板冷却水管(8)之间;
所述循环水池(1)、侧墙冷却水管(3)以及底板冷却水管(4)依次连通设置形成另一闭环循环水系统,其中,所述流量控制系统(2)设置在所述循环水池(1)和所述侧墙冷却水管(3)之间;
由水泵通过循环水池(1)向所述冷却水管供水,同时通过与循环水池(1)相连的流量控制系统(2)对循环水流量和通水时间进行控制。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,所述循环水流量控制在2.0~10.0m3/h,通水时间控制在48h~96h。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法,其特征在于,
所述侧墙冷却水管(3)、底板冷却水管(4)、顶板冷却水管(8)的管径均为30~70mm的金属管,
相邻侧墙冷却水管(3)、相邻底板冷却水管(4)或相邻顶板冷却水管(8)的间距均为0.5~1.5m,
单根侧墙冷却水管(3)或单根底板冷却水管(4)或单根顶板冷却水管(8)的长度不超过200m。
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