混凝土施工溫度與裂縫預(yù)防措施

羅建剛，李亞煒

（1.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250；2.張家口市水務(wù)局，河北 張家口 075000）

1 工程概況

下車亭隧洞位于河北省淶水縣，是南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程的1座大型輸水建筑物，輸水設(shè)計(jì)流量60m3/s，加大流量70m3/s。下車亭隧洞全長(zhǎng)860m，由進(jìn)口段、洞身段和出口段三部分組成，洞身段長(zhǎng)705m，為平行雙洞線布置，采用無壓流馬蹄形斷面型式，洞身為全斷面混凝土襯砌，厚度25～70cm。

2 混凝土產(chǎn)生裂縫原因

下車亭隧洞洞身混凝土從5月中旬開始澆筑，混凝土由設(shè)置在施工營(yíng)地內(nèi)的拌和站統(tǒng)一集中拌制，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送到澆筑現(xiàn)場(chǎng)，再由輸送泵泵送入倉(cāng)。洞身混凝土澆筑分底板和邊頂拱兩層，按先底板后邊頂拱的順序施工，縱向分段長(zhǎng)度為10m，底板混凝土澆筑超前于邊頂拱混凝土3～4段進(jìn)行，邊頂拱1次澆筑成型。9月中、下旬，發(fā)現(xiàn)已澆筑完成的混凝土產(chǎn)生了裂縫，裂縫基本垂直于洞軸線，呈對(duì)稱性分布在兩側(cè)，部分為貫穿性。 裂縫寬0.1～0.2mm，長(zhǎng)1～5m。

受工期限制，洞身混凝土多在一年中的高溫季節(jié)7、8、9月份澆筑，水泥用量多，砂石料等原材料未采取有效的降溫措施，混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基巖和模板的約束，會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力?；炷恋膬?nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×10-4，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-4。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。

在采取裂縫預(yù)防措施前，對(duì)混凝土硬化期間溫度的變化進(jìn)行了實(shí)測(cè)，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 采取措施前實(shí)測(cè)值 單位:℃

注：溫度計(jì)T1埋設(shè)在左側(cè)邊拱，T2埋設(shè)在右側(cè)邊拱。

由表1可見，混凝土在硬化期間內(nèi)外溫差左側(cè)最大達(dá)到28.8℃，右側(cè)最大達(dá)到37.2℃，遠(yuǎn)大于一般要求20℃。

澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，混凝上的彈性模量變化不大，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，超出混凝土的抗裂能力，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，如果在拆除模板后及時(shí)進(jìn)行表面保溫，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力具有顯著的效果。

3 混凝土施工裂縫預(yù)防措施

為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力應(yīng)從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面進(jìn)行。

結(jié)合工程實(shí)際情況，采取如下措施：

（1）采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；

（2）拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

（3）合理地分縫分塊，減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

（4）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露；

（5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，尤其是邊拱部位，可在表面覆蓋一輕型保溫材料，如草簾，泡沫海棉等，以免混凝土表面產(chǎn)生急劇的溫度梯度；

（6）嚴(yán)格控制混凝土澆筑層的間歇時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

（7）施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在冬季應(yīng)采取保溫措施。

施工過程中，對(duì)混凝土硬化期間溫度的變化進(jìn)行了再次實(shí)測(cè)，測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 采取措施后實(shí)測(cè)值 單位:℃

注：溫度計(jì)T3埋設(shè)在左側(cè)邊拱，T4埋設(shè)在右側(cè)邊拱。

由表2可見，混凝土在硬化期間內(nèi)外溫差左側(cè)最大為18.9℃，右側(cè)最大為18℃，采取預(yù)防措施以后澆筑的混凝土中裂縫很少，且未發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐的初步探討，對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施，在施工中針對(duì)產(chǎn)生裂縫進(jìn)行詳細(xì)分析，采取多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以減少或者避免的。

［1］龔召熊.水工混凝土溫度與防裂［M］.北京：中國(guó)水利電力出版社，1999.

［2］朱伯芳，王同生.水工混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.北京：水利電力出版社，1976.

［3］王庸，段亞輝.三峽永久船閘輸水洞襯砌混凝土地溫控研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2000（3）.

［4］SL279—2002，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.