赵文栋
青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司 青海西宁810000
摘要：某引水渡槽是南水北调中线工程控制性项目，工程规模大、结构受力复杂，工程质量要求严格。渡槽下部墩体结构施工完成后，在缺陷普查过程中发现墩体普遍存在规律性裂缝，对渡槽运行造成了安全隐患。因此有必要对墩体裂缝进行分析研究，寻找裂缝产生的原因、发展趋势，从而为设计进行结构复核和提出处理方案提供依据。紧密结合工程实际情况，从建筑物结构特性、混凝土原材料、施工过程控制等方面进行了详细的分析，并利用三维有限元法，对墩体结构施工期温度和温度应力进行了全面的仿真计算分析，最终提出了裂缝产生的原因和后期发展趋势。
关键词：渡槽；温度裂缝；南水北调
１工程概况
某引水渡槽采用梁式双向预应力Ｕ形槽体结构，为双线４槽，单跨跨径３０ｍ，共４７跨，预制槽片共计２２８榀，约２２８００孔锚索，是国内最大的预应力渡槽工程。某引水梁式渡槽下部支撑结构采用盖梁＋空心墩＋桩基础。空心墩盖梁长２２．４ｍ，宽５．６ｍ，高２ｍ；墩身长２２．０ｍ，宽５．６ｍ，两端为半径２．８ｍ的半圆，墩高５～１１ｍ，墩壁厚１ｍ，中间设三道１ｍ厚中隔墩；墩底承台长２３．２ｍ，宽７．６ｍ，高３ｍ。各墩台下沿槽向设２排灌注桩，每排５个，桩径１．８ｍ。空心墩为Ｃ３０混凝土，灌注桩采用Ｃ２５混凝土。墩体结构布置图如图１～图３所示。
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2裂缝现状
通过对渡槽下部墩体结构进行了全面的缺陷检查。检查结果裂缝发生位置示意图如图４所示。
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３渡槽下部结构施工期仿真计算分析
（１）仿真计算模型
采用三维有限单元法，对渡槽下部墩体结构混凝土进行仿真计算分析。
（２）混凝土热力学性能
混凝土施工配合比统计成果表明，墩体结构二级配Ｃ３０混凝土水胶比为０．４，粉煤灰掺量２０％～２５％，采用低碱普硅水泥，胶凝材料用量３５０～３７１ｋｇ，平均３５７ｋｇ，水泥用量较大。由于缺乏水泥水化热温升试验资料，参考《中热硅酸盐水泥．低热硅酸盐水泥．低热矿渣硅酸盐水泥》（ＧＢ２００－２００３）中热水泥发热量上限标准，推算Ｃ３０二级配混凝土最终绝热温升为４６．５２℃，混凝土绝热温升较高。
根据Ｃ３０二级配混凝土施工抽检记录和监理平行检测试验记录，结合相关工程经验，估算Ｃ３０混凝土弹性模量拟合公式：Ｅ（ｔ）＝４３．３ｔ／（５．５２＋ｔ）。仿真计算过程中，参考类似工程经验，取混凝土导热系数８．２１ｋＪ／ｍ·ｈ·℃，导温系数０．００３２５ｍ２／ｈ，比热１．０１６ｋＪ／ｋｇ·℃，线膨胀系数６．５×１０－６／℃。
（３）混凝土浇筑温度
设计要求混凝土浇筑温度宜控制在５～２８℃。为防止温度裂缝的发生，现场施工采取了一定的温控措施。根据实测资料显示，混凝土浇筑温度得到了较好控制，基本满足设计要求。
（４）混凝土浇筑间歇期
施工记录表明，墩体混凝土浇筑时间分布在２０１０年１０月底至２０１２年７月，盖梁相对于墩身的浇筑间歇时间为７～１４７ｄ，间歇时间普遍较长，间歇时间大于２８ｄ的浇筑部位超过５３．０％以上。
为分析间歇期对墩体结构温度应力的影响，仿真计算过程中对间歇期１５ｄ、４５ｄ和９０ｄ分别进行了计算分析。
（５）温度和温度应力仿真计算成果
根据现场实际施工条件及前述相关假定，对下部墩体结构混凝土进行了仿真计算，
温度仿真计算成果表明，９月份浇筑的墩身混凝土，内部早期最高温度约５０．１５℃，表面混凝土温度约３４．０℃，内外温差约１６．２℃。当间歇１５ｄ、４５ｄ或９０ｄ浇筑盖梁时，盖梁内部混凝土早期最高温度分别为５６．８℃、５２．８℃和４１．０℃，而盖梁表面混凝土温度则为３０．４℃、２３．１℃和１０．７℃，此时下部墩身混凝土温度则分别为２０．２℃、１３．２℃、９．２℃，内外温差分别高达２６．４℃、２９．７℃和３０．３℃，上下层温差则高达３６．６℃、３９．６℃和３１．８℃，远超出了设计允许的２０℃温差要求。温度应力仿真计算成果表明，墩身混凝土最大温度应力均发生在３个中隔墩与长边墩身拐角部位，且盖梁浇筑间歇时间越长，应力越大。当盖梁浇筑间歇时间为１５ｄ、４５ｄ或９０ｄ时，墩身最大温度应力分别达到２．１７ＭＰａ、２．５１ＭＰａ、３．１ＭＰａ。从温度应力历程曲线来看，墩身最大温度应力均发生在上部盖梁混凝土达到最高温度时，因此可以判断，墩身上部裂缝的发生主要是由于上下层温差造成，但因受到中隔墩的约束，因而其最大温度应力发生在中隔墩与墩身侧墙相交的拐角部位。盖梁表面代表点温度应力历程曲线表明，表面最大温度应力均发生在混凝土内部温度达到最高时，而温度仿真计算结果显示此时盖梁内外温差高达２６．４℃以上，内外温差过大是盖梁混凝土表面裂缝产生的主要原因。另外，墩身和盖梁代表点温度应力历程曲线也表明，当温度应力达到峰值后便迅速降低，约在１个月后其应力值即降低至较小值，因此可以推断目前已发现的墩身和盖梁裂缝将不会进一步发展，其应力释放已基本完成。
４结语
（１）盖梁混凝土裂缝普查情况表明，冬季浇筑的混凝土盖梁裂缝普遍比夏季浇筑的盖梁裂缝多，冬季内外温差更大、存在气温骤降是主要原因。
（２）盖梁混凝土浇筑施工记录表明，墩身与盖梁混凝土浇筑间歇时间较长，普遍存在长间歇现象，下部墩身老混凝土对上部新浇筑的盖梁混凝土约束较强。
（３）综合以上分析，笔者最终认为某引水渡槽下部墩体结构裂缝属温度裂缝，高绝热温升、内外温差大、上下层温差大、长间歇、大尺寸、强约束是造成裂缝产生的主要原因。
（４）根据分析并结合以往工程经验，墩体裂缝主要发生在混凝土浇筑早期，因此墩身和盖梁混凝土目前检查已发现的深层裂缝不会因温度荷载而继续发展；已检查但尚未发现裂缝的墩体结构，一般也再不会产生较大的深层裂缝。
参考文献：
［１］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００３．
［２］王彩玲．某引水箱基渡槽结构设计研究［Ｊ］．中国农村水利水电，２０１１，（５）：１３０－１３２．
［３］胡剑秋．混凝土早期裂缝产生的原因及处理措施［Ｊ］．建筑科学，２０１１．