南水北调漕河渡槽工程混凝土温度及应力分析

程运枫

(湖北葛洲坝试验检测有限公司 宜昌 443002)

吴正安

(中国葛洲坝集团国际工程有限公司 北京 100022)

1 工程概况

漕河渡槽位于河北省保定市，是南水北调中线工程跨度较大的交叉建筑物。渡槽全长2300m，槽身纵坡1/3900，设计流量125m3/s，加大流量150m3/s。渡槽为三槽一联加肋带拉杆结构型式，单槽断面尺寸6.0m×5.4m。边墙、中墙分别厚0.6m、0.7m，其顶部分别设2.0m、2.7m宽的人行道板。纵梁断面尺寸:边纵梁1.3m×2m，中纵梁1.4m×2m。槽身加设侧肋及底肋，肋间距2.0m，侧肋、底肋宽0.5m，分别高0.7m、0.9m，拉杆断面尺寸0.3m×0.4m。

漕河渡槽36～76号跨跨度达30m，槽身跨度大、施工工艺复杂、基础承载力要求高。

2 安全监测的内容

漕河渡槽41号跨桩号为376+520.4～376+550.4，分别在主梁、次梁、底板、人行道板、拉杆梁等部位布置了混凝土应力应变、温度、钢筋应力、锚索预应力等监测仪器，通过监测成果分析对槽身结构受力状态进行监控和评估(见图1、图2)。

图1 主梁监测仪器布置

图2 次梁监测仪器布置

3 应力应变及温度分析

主梁长29.96m、高7.4m、宽22.0m，每跨分4条主梁，在右边梁和右中梁底部各布置钢筋计和应变计。主梁钢筋应力及混凝土应变根据仪器埋设位置的不同，钢筋应力的分布各不相同，上下游为压应力，中间部分为拉应力。上下游两端的钢筋应力在－47.7～－26.5MPa之间，底层2/5、4/5的位置，钢筋应力在－12.0～－21.0MPa之间，主梁中部为－9.3MPa。从以上的数据分析可知，主梁上下游呈受压趋势，中部呈受拉趋势。主梁内部混凝土应力与钢筋混凝土应力分布情况基本一致。上下游为－13.6～－25.8με，2/5、4/5 为 52.3 ～ －146.5με，中间为 23.4με。中间呈受拉、上下游呈受压趋势，混凝土内部应变均较小(见图3)。

图3 主梁温度、钢筋应力过程线

为了及时了解次梁温度及应力应变分布情况，在次梁分别布置了钢筋应力、混凝土应力应变仪器，测得钢筋应力为:左右墙内侧垂直钢筋应力为－9.69～－12.09MPa，外侧墙垂直钢筋应力为 －37.0～－40.59MPa。次梁底部钢筋应力分布情况:上部应力比下部应力要小，上部最大应力在－21.0～－7.7MPa之间，底部应力在－41.0～－38.2MPa之间。第二层在左右边墙内外的垂直钢筋上各布置仪器，应力分布外侧墙在－60.0～－43.0MPa之间，内侧墙应力在－42.0～－25.0MPa之间。

次梁上层混凝土应变比下层要小，上层混凝土应变在 －119.61～50.45με之间，下层在 －213.89～－174.96με之间。第二层左右边墙各布置了一支应变计，监测到的应力应变在 －246.83～ －156.65με左右。呈受压趋势。

3.1 底板跨中剖面应力应变分析

3个槽孔上层钢筋上的钢筋计，其钢筋应力在－60.83～－58.44MPa之间，埋设在下层钢筋上的钢筋计，其应力在－52.94～－47.63MPa之间。混凝土应力应变在－218.21～－241.88με之间，左右边墙各布置一支应变计，应力应变在－123.21～－131.0με之间，呈受压趋势。

3.2 混凝土温度分析

分别在底板与左右边墙上布置了温度监测仪器。混凝土初期主要受水化热变化影响，后期主要是随气温变化而变化。

3.3 锚索预应力分析

渡槽采用三向预应力张拉，从张拉监测过程看，回油前监测仪器应力测值基本控制在设计应力值附近，与千斤顶张拉控制应力相吻合，说明施工过程控制较好，施工误差基本控制在允许范围内，张拉力控制较为可靠。

预应力张拉施工完毕后，梁体混凝土有效预应力实测值位于合理范畴，预应力张拉基本达到预期效果。

单端张拉阶段，张拉端回油前与回油后锚夹片回缩自紧过程中，测试直线形孔道张拉端测值减少量占该级张拉设计应力的2.5% ～8.4%，平均为6.3%;被动端(封闭端)测值减少量占该级张拉设计应力的1.7% ～3.7%，平均为3.1%。两端同时张拉时，锚固损失减少量占该级张拉设计应力的5.8%～10.6%，平均为8.7%。

波浪形曲线其两侧张拉端在回油前后其应力差值，平均占该级张拉设计应力的18.5%。圆弧形曲线其两侧张拉端在回油前后其应力差值平均为23.4%。

双向张拉与单向张拉相比较，预应力锚固损失减少不明显。

在张拉阶段，预应力张拉对同向相邻孔道钢绞线应力增量影响不显著。

纵向筋张拉至60%σcon时该级张拉前测值与上一级张拉后应力测值相差平均约为0.2%σcon。

竖向张拉对纵向预应力松弛影响不明显。张拉至60%时，M1 自15%σcon→30%σcon→60%σcon时，A1 应力松弛总量为0.1% ～0.5%，B2应力增量为0.1% ～0.2%。

预应力张拉锁定后，经过灌浆封闭，应力比较稳定，预应力测值没有明显变化。从图4中可以看出:预应力不受温度影响，预应力几乎就是一条直线。

图4 锚索预应力进程线

4 结语

30m跨蓄水试验预应力施工明显改变了渡槽混凝土的应力状态，预应力施加后，槽身整体结构处于受压状态。目前渡槽增加荷载时，应注意通水后的水压力，改变渡槽的应力状态，因此在通水后须加强监测，特别注意拉应力变化。

a.渡槽属于薄形混凝土结构物体，在没有通水的情况下，渡槽混凝土应力应变状态受日照影响明显，在同一断面上的对称位置，同一时刻，阳面与阴面混凝土应力状态差异较为明显。

b.渡槽混凝土应力应变状态受季节影响非常明显，混凝土温度应力状态的改变对结构总应力影响较为显著。

c.30m试验跨加载试验数据分析认为:相比于温度影响，槽身加载(卸荷)，结构混凝土应力变化一般在2.8～6.8MPa之间，对结构整体应力影响并不显著，结构仍整体处于受压状态。

d.根据以上数值校验，建筑物应力应变与设计意图相符，达到设计要求。