橋梁大體積混凝土施工技術(shù)探討

陳星安

【摘 要】橋梁施工過程中經(jīng)常遇到大體積混凝土施工，筆者針對大體積混凝土特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，分析施工過程中溫度裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的防治措施，探討大體積混凝土施工技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度應(yīng)力；施工技術(shù) 大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。隨著我國高速公路的興建，在橋梁施工過程中經(jīng)常會遇到大體積砼的澆注。如何確保其施工質(zhì)量是一個(gè)非常重要的問題。筆者就大思高速公路DSTJ-18合同段烏江特大橋主墩承臺施工過程中遇到的一些施工技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1.工程概況

大思高速公路DSTJ-18合同段烏江特大橋是杭瑞高速公路上的一座特大型橋梁。主橋采用雙幅五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?？鐝讲贾脼?08+3×200+108m，主橋長816m。

烏江特大橋主橋10#墩承臺左、右幅橫向連成一體，承臺長30m，寬19m，高6m，混凝土方量為3420方，混凝土強(qiáng)度等級為C40。為了保證承臺良好的整體性，決定不設(shè)施工縫，一次性澆筑完成。

2.大體積混凝土裂縫成因分析

2.1水泥水化熱

水泥在水化過程中要產(chǎn)生大量的熱量，是大體積砼內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使砼內(nèi)部的溫度升高。砼內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5d，當(dāng)砼的內(nèi)部與表面溫差過大時(shí)，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成比，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)砼的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

2.2 約束條件

大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當(dāng)早期溫度上升時(shí)產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應(yīng)力。由于砼的彈性模量小，徐變和應(yīng)力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應(yīng)力較小。但當(dāng)溫度下降時(shí)，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，若超過砼的抗拉強(qiáng)度，砼就會出現(xiàn)垂直裂縫。

2.3外界氣溫變化

大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。砼內(nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，砼的澆筑溫度也越高。外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層砼與砼內(nèi)部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，造成大體積砼出現(xiàn)裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。

2.4砼的收縮變形

砼的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發(fā)。砼中多余水分的蒸發(fā)是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

3.大體積混凝土的施工技術(shù)

從混凝土溫度計(jì)算得知，在混凝土澆筑后第3天混凝土內(nèi)部中心最高溫度為69.5℃，比當(dāng)時(shí)的室外溫度30℃高出39.5℃，超出施工規(guī)范規(guī)定的25℃。因此，混凝土裂縫的產(chǎn)生是不可避免的。為此，為了避免有害裂縫的出現(xiàn)，在施工中應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止大體積混凝土承臺因溫差過大而產(chǎn)生裂縫。

3.1混凝土質(zhì)量的控制措施

3.1.1精心設(shè)計(jì)配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)既要保證混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，又要考慮到大體積混凝土容易產(chǎn)生裂縫的特性，所以在保證混凝土具有良好工作性能的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。本工程經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最后確定的配合比為：水泥：砂：石：粉煤灰：外加劑：水=309：867：939：132：3.5：153，水灰比為0.5。

3.1.2正確選用水泥

本工程中選用水化熱較低的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。在配合比中注意盡量降低水泥混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高硬化后體積的穩(wěn)定性。

3.1.3正確選用粗細(xì)骨料

在選擇粗骨料時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選用粒徑較大極配良好的粗骨料，工程中選用了4.75～26.5mm石子，即可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減少混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。

在選擇細(xì)骨料時(shí)，選擇平均粒徑較大的中砂，從而減少混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫有重要控制作用。

3.1.4合理摻加外加劑

工程中采用了聚羧酸系高性能減水劑，實(shí)驗(yàn)檢測得減水率為42.5%，相應(yīng)的也減少了水泥用量，降低了混凝土水化熱；并且使混凝土緩凝，保證混凝土初凝時(shí)間大于6h，以推遲水泥水化熱峰值的出現(xiàn)，使混凝土表面溫度梯度減少，可使混凝土抗裂性能提高。

3.2施工過程控制措施

3.2.1降低混凝土的入模溫度

入模溫度的高低，與出機(jī)溫度密切相關(guān)，另外還與運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。

選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱陽光太強(qiáng)烈的天氣；采用遮陽棚對露天的砂石進(jìn)行遮蓋，并灑水降溫；采用溫度較低的烏江水進(jìn)行混凝土拌合；混凝土運(yùn)輸和澆筑過程中均采用遮陽保護(hù)和灑水降溫，有效地降低了混凝土的入模溫度（28℃以下）。

3.2.2科學(xué)進(jìn)行混凝土澆筑施工

大體積混凝土澆筑采用斜面分層，分層振搗的方法，澆筑時(shí)混凝土自由流淌而形成斜面，混混凝土振搗時(shí)從混凝土層下端開始逐漸上移，嚴(yán)格控制上下層混凝土澆筑間歇時(shí)間，要保證上層混凝土在下層混凝土初凝之前澆筑完畢，并在振搗上層混凝土?xí)r插入到下層混凝土內(nèi)5mm～20mm，使上下層混凝土之間更好的結(jié)合。

3.2.3澆筑后混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后立即進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，頂面先用一層塑料薄膜覆蓋，再加蓋兩層草袋養(yǎng)護(hù)，對于結(jié)構(gòu)側(cè)面，在模板外面包裹兩層草袋保溫，以減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土內(nèi)外溫差。保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間不得少于14d，應(yīng)經(jīng)常檢查塑料薄膜的完整情況，保證混凝土表面處于濕潤狀態(tài)。

3.2.4澆筑后混凝土溫度控制

采用大體積混凝土“內(nèi)降外?！钡脑瓌t來控制混凝土里表溫差，使之不高過規(guī)范規(guī)定的25℃。工程中采用Φ48×2.5的金屬管作為冷卻水管，共設(shè)置5層，每層間距為1m，最低層和最高層冷卻管至混凝土底面和頂面的間距都為1m，管平面間距為2m，每層管的1/2長度作為一個(gè)獨(dú)立的通水系統(tǒng)（即共10個(gè)進(jìn)水口、10個(gè)出水口）。根據(jù)冷卻管布置方案，計(jì)算4天階段計(jì)算水化熱產(chǎn)生的溫度、應(yīng)力以及變形得到10小時(shí)后水化熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力為0.85Mpa，壓應(yīng)力0.67Mpa且內(nèi)外溫差15度；45小時(shí)后水化熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力為0.59Mpa，壓應(yīng)力1.13Mpa且內(nèi)外溫差15度；130小時(shí)后水化熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力為0.6Mpa，壓應(yīng)力1.3Mpa且內(nèi)外溫差15度均滿足規(guī)范要求，故冷卻水管布置方案合理。

冷卻管持續(xù)通水，控制進(jìn)出水溫差在10℃左右，防止進(jìn)水溫度太低使混凝土內(nèi)部冷卻管周圍附近溫度驟降，而形成溫度應(yīng)力場，使混凝土開裂。并由監(jiān)控技術(shù)人員通過測溫點(diǎn)測量承臺內(nèi)部溫度，掌握混凝土內(nèi)部測點(diǎn)溫度，及時(shí)調(diào)整冷卻水流量，嚴(yán)格控制里表溫差，并使內(nèi)部降溫以1℃～2℃/天的速度降溫，直至內(nèi)部核心溫度（下轉(zhuǎn)第398頁）（上接第294頁）降至50℃左右方能停止循環(huán)水降溫。

混凝土表面采用兩層草袋進(jìn)行覆蓋保溫，保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時(shí)，方可全部拆除。

4.結(jié)語

本工程經(jīng)各有關(guān)單位檢查，未發(fā)現(xiàn)有害裂縫，混凝土強(qiáng)度、彈性模量等各項(xiàng)指標(biāo)均合格，取得圓滿成功，現(xiàn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：其一，正確分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，預(yù)防為主，制定合理的施工方法，采取得當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，溫度裂縫的產(chǎn)生可以得到有效控制；其二，合理選擇混凝土原材料，科學(xué)制定配合比，能有效降低混凝土水化熱；其三，大體積混凝土采用推移式分層施工，控制上下層混凝土的澆筑間歇時(shí)間，能有效降低混凝土內(nèi)部溫升；其四，采用“內(nèi)降外保”的溫控措施（混凝土內(nèi)部用冷卻水冷卻，外表面用保溫材料覆蓋保溫），能有效降低大體積混凝土的里表溫差。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周水興，何北益，鄒毅松編著.路橋施工計(jì)算手冊.北京：人民交通出版社，2001，5.

[2]江正榮主編.建筑施工計(jì)算手冊.北京：中國建筑出版社，2001，7.