易定达
中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201
摘要：针对地铁车站大体积混凝土结构施工过程中易出现开裂的技术难题，本文采用温度数值仿真软件，分析了底板、侧墙等大体积混凝土构件的开裂风险。研究表明：侧站底板及侧墙混凝土中心最高温度不大于60℃，内表温差最大值小于20℃；底板、侧墙混凝土7d内自约束应力抗裂安全系数均显著大于1.15，自约束应力导致混凝土开裂的风险较小；底板混凝土外约束应力抗裂安全系数显著大于1.15，开裂风险较小，但侧墙混凝土外约束应力抗裂安全系数在0.86～1.12之间，混凝土开裂风险较高，应加强混凝土的养护。
关键词：粉煤灰；混凝土结构；耐久性；现场检测；使用寿命
1引言
南昌市轨道交通4号线一期工程起于望城，终于城东片区的昌东大道，线路长度约40公里，共设29座车站，其中地下车站24座，高架车站5座。该线串联了望城、高铁南昌西站、九龙湖新城、昌南新城滨江片区、朝阳片区、旧城中心区、青山湖区、高新区，其建设将加强望城、九龙湖新城、昌南新城滨江片区、朝阳片区、青山湖区、高新区与旧城中心区的联系，将显著缓解城市交通压力，有效改善市民出行条件。该项目投资巨大，地质条件复杂，同时工程对防水、抗渗及其在不同侵蚀条件下的工程寿命也都有着极为苛刻的要求。地铁车站主体结构具有体积大、结构厚、钢筋密集、防水抗裂要求高等特点，车站底板、侧墙等结构属于典型的大体积混凝土结构，由温度收缩产生的裂缝问题是本项目控制的技术难点[1-4]。为此，结合南昌地铁4号线，利用midas软件分析主要构件的温度发展历程，结合混凝土材料性能和现场工况，计算分析车站底板、侧墙混凝土应力发展情况，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）、《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS202-2-2010）等规范中混凝土温度收缩应力的计算公式，计算混凝土结构内部的拉应力，评估车站主体结构的施工期开裂风险。
2原材料与混凝土配合比
采用洋房牌P•O42.5水泥；江西益材粉煤灰开发有限公司生产的F类II级粉煤灰；新余中冶环保资源开发有限公司生产的S95级矿粉；细骨料采用赣江II区中砂，碎石为小石5～16mm、大石16～25mm两级配碎石；采用江西省创新新型建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂。本项目车站主体结构的底板、侧墙使用的混凝土配合比见表1所示。
（1）车站底板混凝土温度场模拟计算
底板混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P8。底板浇筑宽度为19.3m，厚度为1m，倒角高度约为30cm，外加高度为1米的中间隔墙，采取长度为20m来建立有限元模型，见图1，进行网格划分和有限元计算，参数见表2所示，根据有限元计算得到底板浇筑后0～30d内，构件内部温度分布云图，数值仿真计算得到底板混凝土温度场截面图见图2。底板混凝土浇筑后不同龄期中心温度、上表面温度、下表温度和内表温差见图3所示，其中中心最高温度在42h时为59.4℃，内表温差最大值在66h时为18.2℃。
（2）车站侧墙混凝土温度场模拟计算
车站主体侧墙一次性浇筑，实际浇筑尺寸每段略有不同，综合考虑取尺寸长*宽*高20m*0.7m*4.5m来建立有限元模型，见图4，进行网格划分和有限元计算，参数见错误!未找到引用源。所示，根据有限元计算得到侧墙浇筑后0～30d内，构件内部温度分布云图，见图5所示，侧墙混凝土浇筑后不同龄期中心温度、表面温度和内表温差见图6所示，中心最高温度在36h时为53.7℃，内表温差最大值在66h时为12.4℃。
4.1.3开4.2车站主体结构混凝土结构开裂风险分析
（1）车站底板混凝土开裂风险评估
根据车站底板混凝土内表温差的模拟计算结果，根据公式分别确定混凝土各龄期的弹性模量和抗拉强度，根据式2计算内表温差导致的混凝土自约束应力，进而得到各龄期自约束应力的抗裂安全系数Kz的变化，见图7所示。由图可知，底板混凝土7d内自约束应力抗裂安全系数均显著大于1.15，自约束应力导致混凝土开裂的风险较小。
图10侧墙混凝土外约束应力及抗裂安全系数
5结论
利用温度仿真软件分析车站底板、侧墙等典型大体积混凝土构件的温度发展历程，进而评估了车站底板、侧墙混凝土开裂风险，主要结论如下：
（1）侧站底板及侧墙混凝土中心最高温度不大于60℃，内表温差最大值小于20℃，满足《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）的要求，且由于底板混凝土散热面小于侧墙，混凝土中心最高温度也大于侧墙结构。
（2）底板、侧墙混凝土7d内自约束应力抗裂安全系数均显著大于1.15，自约束应力导致混凝土开裂的风险较小。
（3）底板混凝土外约束应力抗裂安全系数显著大于1.15，开裂风险较小，但侧墙混凝土外约束应力抗裂安全系数在0.86～1.12之间，小于1.15，混凝土开裂风险较高，应加强混凝土的养护工作。
参考文献
[1]占文,秦明强,李进辉等.某地铁车站大体积混凝土结构温度裂缝控制技术[J].铁道建筑,2011(7):57-59.
[2]张心斌,SimonChen,程大业等.大体积混凝土裂缝控制[J]工业建筑，2010,40(1):1-4.
[3]刘杏红,周创兵,常晓林.大体积混凝土温度裂缝扩展过程模拟[J].岩土力学,2010,31(8):2666-2670.
[4]王辉.大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施[J],水利水电施工,2012(1):75-76
[5]杨绿峰,周明,陈正.海洋混凝土结构耐久性定量分析与设计[J].土木工程学报,2014,47(10):70-79.
[6]范洪浩,邓春林,赵利平等.安仁铺船闸边墩混凝土温度监测及有限元模拟分析[J].水道港口,2015(3):244-247.
作者简介
易定达（1980—），男，湖南涟源人，2001年毕业于湖南城建高专，长期从事地下工程施工。