大體積承臺(tái)溫度裂縫控制施工

祝啟峰

摘要：大體積混凝土往往出現(xiàn)裂紋，本文主要介紹黃大鐵路黃河特大橋119#墩大體積混凝土承臺(tái)施工過(guò)程中所采取的溫度控制措施，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、新型工藝的使用，拆模后得到了較理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生。

Abstract： Cracks often appear on mass concrete . This paper mainly introduces the temperature control measures in the construction of the 119 # pier yellow big railway 119 # pier of the bulky concrete cap of Haungda Railway Yellow River grand bridge. Through the measured data and the use of new technology， the ideal effect is obtained after form removal. The measures taken are effective， and the temperature cracks of mass concrete are controlled.

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；溫度裂縫控制

Key words： mass；concrete；temperature crack control

中圖分類號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0138-04

0 引言

由于水泥具有水化熱的性質(zhì)，混凝土在澆筑后的降溫期階段，容易產(chǎn)生溫度裂縫。本文介紹的大體積混凝土承臺(tái)施工過(guò)程中所采取的溫度控制措施，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、新型工藝的使用，拆模后得到了較理想的效果，采取的一系列措施均有效，控制住了大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生。

1 工程概況

東營(yíng)黃大鐵路黃河特大橋主橋設(shè)計(jì)為：一聯(lián)120+4×180+120m連續(xù)鋼桁梁橋。全線均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基承臺(tái)，墩身采用圓端型實(shí)體橋墩，上部結(jié)構(gòu)為下承式鋼桁梁。主橋119號(hào)墩承臺(tái)位于黃河岸灘上，其下布設(shè)了20根直徑1.8m，長(zhǎng)度為75m的鉆孔灌注樁。結(jié)構(gòu)尺寸為22m（橫橋向）×17.25m（順橋向）×3.6m（厚度），混凝土等級(jí)為C35。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，整個(gè)承臺(tái)一次性澆筑，混凝土澆筑量為1366m3。

利津在大地構(gòu)造單元上屬華北臺(tái)地內(nèi)的遼冀向斜中的濟(jì)陽(yáng)坳陷，南以齊河～廣饒大斷裂為界，北有臨邑～東營(yíng)斷裂、陵縣～慶云～渤海農(nóng)場(chǎng)等斷裂，斷裂主要構(gòu)造先為北東至北北東，從濱州至黃河入海段，其次一級(jí)構(gòu)造單元可分為：濱縣凸起，東營(yíng)凹陷，陳家莊凸起。

橋址范圍內(nèi)地形平緩開闊，根據(jù)鉆探揭示地表以下80m范圍內(nèi)，地層以粉質(zhì)黏土、粉土為主，沒(méi)有良好的天然基礎(chǔ)持力層，基礎(chǔ)類型采用鉆孔灌注樁比較適宜，樁尖持力層宜在第四層上更新統(tǒng)海陸交互沉積（Q3mc）或第五層中更新統(tǒng)海陸交互沉積（Q2mc）的粉質(zhì)粘土、粉土、粉細(xì)砂層中。

2 大體積混凝土承臺(tái)溫度裂縫理論分析及溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.1 溫度裂縫理論分析

水泥在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生水化熱，混凝土在澆筑后先升溫，再降溫，最后溫度會(huì)維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。水泥升溫時(shí)發(fā)生水化反應(yīng)，所產(chǎn)生的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部不易揮發(fā)，形成溫度差?；炷猎趦?nèi)外溫差的作用下，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果外部拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力，就會(huì)使混凝土表面開裂?；炷两禍貢r(shí)，新澆筑的混凝土受到封底混凝土、內(nèi)部鋼筋以及樁頭約束而無(wú)法自由伸縮，此時(shí)的彈性模量相對(duì)較低。當(dāng)降溫幅度超過(guò)混凝土的承受力時(shí)，混凝土內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)溫度拉應(yīng)力，如果這個(gè)拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力，混凝土表面就會(huì)形成溫度裂縫，只有嚴(yán)格控制降溫梯度，才能防止溫度裂縫形成。通過(guò)模型分析，經(jīng)過(guò)130H的養(yǎng)護(hù)，達(dá)到最大絕熱溫升47℃，最大應(yīng)力為1.4MPa，滿足混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。分析如圖1所示。

2.2 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

119號(hào)墩承臺(tái)混凝土入模時(shí)測(cè)得的溫度是25℃，綜合考慮混凝土入模溫度、水泥水化熱在混凝土內(nèi)部的聚集程度、現(xiàn)場(chǎng)通水散熱情況及養(yǎng)護(hù)條件，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，特制定了以下的混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)：①混凝土的入模溫度不宜超過(guò)28℃；②養(yǎng)護(hù)期間混凝土內(nèi)部最高溫度不得超過(guò)65℃；③養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土內(nèi)表溫差不得超過(guò)25℃，表面溫度與環(huán)境溫度相差不得超過(guò)20℃；④單根散熱管進(jìn)水口和出水口溫差不得超過(guò)6℃；⑤拆模時(shí)混凝土內(nèi)表溫差不得超過(guò)20℃；⑥混凝土的最大降溫速率不得超過(guò)2℃/d。

3 大體積混凝土承臺(tái)溫度控制措施

本橋位處水質(zhì)具有較強(qiáng)腐蝕性，控制混凝土裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性至關(guān)重要。本橋?qū)嶓w墩原設(shè)計(jì)中，只在表面設(shè)置一層小直徑護(hù)面鋼筋，且鋼筋保護(hù)層厚度大（凈保護(hù)層7cm）。根據(jù)以往工程實(shí)例，此類型實(shí)體墩身中容易出現(xiàn)裂縫及表面龜裂。

通過(guò)解析大體積混凝土裂縫成因，為了嚴(yán)格控制混凝土溫度，避免混凝土澆筑成形及養(yǎng)護(hù)時(shí)期產(chǎn)生溫度裂縫，本工程主要從水泥水化反應(yīng)階段、混凝土入模、拆模及養(yǎng)護(hù)階段進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，全力確保承臺(tái)內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃，通過(guò)溫度控制確保混凝土成形良好。

3.1 混凝土的配合比設(shè)計(jì)

為了保證混凝土具有良好的泵送、防腐及抗凍性能，同時(shí)避免水泥水化熱大量聚集，在配比時(shí)用等比例的粉煤灰取代了同比例的水泥，同時(shí)按配比添加了高效緩凝減水劑，減少摻水量，控制水灰比，以確?；炷辆哂辛己玫暮鸵仔?，使混凝土溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間延后，從而提高相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力。

精選原材料：水泥選用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用一級(jí)粉煤灰。

經(jīng)過(guò)試配實(shí)驗(yàn)，最終確定表1和表2所示的混凝土配比及性能指標(biāo)。

墩身混凝土標(biāo)號(hào)為C45，為了降低大體積墩身的水化熱，不斷優(yōu)化配合比。在保證混凝土強(qiáng)度的條件下，降低水灰比、用等比例的粉煤灰替代相應(yīng)比例的水泥、添加高效緩凝減水劑、提高混凝土和易性，并在施工中嚴(yán)格控制原材料的進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量。實(shí)際采用的配合比見(jiàn)表3。

3.2 合理的布置散熱管以及測(cè)溫系統(tǒng)

3.2.1 散熱管的布置

冷卻管在一個(gè)承臺(tái)內(nèi)安裝兩層，進(jìn)出口設(shè)置在承臺(tái)中部，第一層冷卻管與第二層冷卻管交錯(cuò)布置，冷卻管直徑采用？準(zhǔn)60mm的鋼管，鋼管壁厚為1.5mm。冷卻管水平間距1m，豎向間距1.2m，距離承臺(tái)邊分別為75cm及50cm。進(jìn)出口位置伸出承臺(tái)50cm，用作外接水管。冷卻管的安裝要求在同一水平面上，且安裝穩(wěn)固，在混凝土澆筑過(guò)程中不會(huì)錯(cuò)位移動(dòng)，以保證冷卻管澆注過(guò)程中不破壞。冷卻管安裝完成后，需要進(jìn)行通水試驗(yàn)，冷卻管通水試驗(yàn)時(shí)不得有漏水，若有漏水必須進(jìn)行補(bǔ)焊至通水試驗(yàn)不漏水為止。通水散熱完成后，對(duì)散熱管進(jìn)行壓漿處理。

3.2.2 通水散熱的布置

在119#小里程基坑附近放置一個(gè)3m3水箱，利用潛水泵完成水循環(huán)，兩層降溫管分別用一個(gè)水泵循環(huán)。用塑料管連接進(jìn)水口和出水口，在散熱管出水口安裝控制流量的閥門。在混凝土澆注到散熱管標(biāo)高時(shí)通水12天以上，單根散熱管的流量至少達(dá)到1.5m3/h，以確保散熱良好。

3.3 鋼筋綁扎施工

綁扎鋼筋要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行鋼筋綁扎。鋼筋應(yīng)使用合格材料，使用前按規(guī)定進(jìn)行抽檢。鋼筋應(yīng)平直、無(wú)局部彎折，表面應(yīng)潔凈、無(wú)油漬、漆皮、鱗銹等污垢。鋼筋加工、焊接、安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行。

底部三層主筋為Φ25，N1長(zhǎng)度2220m（包含兩頭17cm彎鉤），每層115根；N2長(zhǎng)度1745cm（包含兩頭17cm彎鉤），每層147根。主筋間距為15cm一道，兩層鋼筋間豎向間距20cm。

頂層鋼筋一層Φ16，N3長(zhǎng)度1732.8m（包含兩頭10.9cm彎鉤），共115根；N4長(zhǎng)度2207.8cm（包含兩頭10.9cm彎鉤），147根，主筋間距為15cm一道。

四周鋼筋為Φ12，豎筋N6長(zhǎng)度362.4cm（包含兩頭8.2cm彎鉤）間距15cm一道，共516根；圈筋N5長(zhǎng)度2202.4m（包含兩頭8.2cm彎鉤），共36根，間距17cm一道，N7長(zhǎng)度1727.4cm（包含兩頭8.2cm彎鉤），共36根。

加臺(tái)頂層鋼筋Φ20，N1長(zhǎng)度1511cm，間距12cm，共計(jì)132根，N2長(zhǎng)度2211cm，間距12cm，共計(jì)74根；四周圈筋Φ12，N3長(zhǎng)度1602.4cm，間距12cm，共計(jì)36根，N4長(zhǎng)度902.4cm，間距12cm，共計(jì)36根。

鋼筋綁扎順序：底部第一層鋼筋綁扎加固、底部第二層鋼筋綁扎加固、底部第三層鋼筋綁扎加固、四周鋼筋綁扎加固、頂層鋼筋綁扎加固、加臺(tái)鋼筋綁扎及墩身預(yù)埋筋綁扎加固。首先用墨線承臺(tái)進(jìn)行測(cè)量放樣，確定承臺(tái)輪廓線，在輪廓線上標(biāo)出縱橫鋼筋的安裝位置，一次綁扎到位。綁扎好第一層鋼筋網(wǎng)后，將砼墊塊按梅花形墊在鋼筋網(wǎng)底部（每平方至少墊4塊）。接著綁扎第二層鋼筋網(wǎng)片，綁扎好后，也是按梅花形在一、二層網(wǎng)片之間焊一長(zhǎng)？準(zhǔn)16的支撐鋼筋（每100cm焊一個(gè)），支撐鋼筋焊接成馬蹬形式，在中間位置橫向焊接一根鋼筋，連接馬蹬兩根鋼筋，使之撐起一、二層鋼筋網(wǎng)片，在綁扎上層鋼筋時(shí)人員在其上面行走鋼筋不變形即可。側(cè)面每隔1m于主筋外側(cè)梅花形安裝混凝土墊塊，以保證澆注混凝土?xí)r鋼筋保護(hù)層厚度。要保證每層鋼筋網(wǎng)片綁扎的順直度、間距、保護(hù)層及同一截面焊接接頭等項(xiàng)目確保合格。

3.4 模板施工

采用定型鋼模板施作承臺(tái)，通過(guò)“內(nèi)拉外撐”加固模板。在鋼筋網(wǎng)上布置拉筋（每1m布置一道），拉筋引出模板外用螺栓加固。外部頂撐在模板1.5m高度內(nèi)布置兩道，梅花形設(shè)置間距，每0.8m布置一道。此外，模板四周用鋼管連接加固，再用20cm×15cm方木支頂于基坑壁，以免在澆筑時(shí)模板變形。

模板采用平面模板1000*1000（108塊）、平面模板1000*600 （74塊）、平面模板1000*1500 （76塊）、平面模板500*3000 （8塊）、平面模板500*600（8塊）、平面模板250*3600 （2塊）。

清理模板表面后刷上脫模劑，用橡膠條填補(bǔ)模板縫，防止漏漿。鋼筋綁扎以及模板安裝完畢，經(jīng)過(guò)專業(yè)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步承臺(tái)混凝土澆注施工。

3.5 混凝土施工

根據(jù)《鐵路混凝土施工驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》澆筑混凝土，在澆筑過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注以下幾個(gè)細(xì)節(jié)：

3.5.1 合理安排澆筑時(shí)間

設(shè)立氣象監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)氣象變化，不在雨天或大風(fēng)天施工。施作承臺(tái)時(shí)，宜在一天中溫度最低的時(shí)段開工，以降低混凝土入模溫度。

3.5.2 降低混凝土入模溫度

混凝土入模時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土的溫度。工地中堆放砂石料場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置遮陽(yáng)棚，用井水拌料，并且在混凝土入模時(shí)對(duì)泵送管道灑水降溫，以降低混凝土入模溫度。

3.5.3 合理安排澆筑順序，以確保砼成形密實(shí)且均勻

先澆注承臺(tái)墩身預(yù)埋鋼筋處，以該處為基準(zhǔn)逐步向兩側(cè)分層澆筑，每層澆筑厚為30cm。澆注的同時(shí)，用6條插入式振動(dòng)棒11s～16s的頻率同步振搗。振動(dòng)棒不得貼近側(cè)模，距離太近會(huì)擾動(dòng)模板，因此振搗棒與側(cè)模的間距至少10cm。另外，由于泵送砼因水膠較大，澆筑時(shí)可能產(chǎn)生泌水，為了不影響澆筑進(jìn)度和澆筑質(zhì)量，應(yīng)盡快將其清理干凈。建議在模板兩側(cè)分別開一小孔，出現(xiàn)沁水現(xiàn)象時(shí)及時(shí)打開小孔排除浮漿，排干凈后及時(shí)堵塞，以免其干擾澆筑作業(yè)。

3.5.4 嚴(yán)格控制混凝土澆筑的結(jié)束時(shí)間

由于承臺(tái)面積較大，需要一定的時(shí)間進(jìn)行表面收光。如果在氣溫較高的正午時(shí)段結(jié)束澆筑，會(huì)導(dǎo)致混凝土表面的水分快速散失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致表面開裂。因此，宜在16：00以后完成混凝土的澆筑工作。

3.6 混凝土的養(yǎng)護(hù)措施

養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)在于混凝土的保溫和保濕。保溫的措施是在混凝土澆筑成形后用毛氈或土工布覆蓋保溫，以防混凝土因表面溫度快速下降形成溫差裂縫。保濕的措施是對(duì)混凝土表面適量灑水，以防表面水分快速散失形成收縮裂縫。

3.7 嚴(yán)格控制拆模時(shí)間

拆模過(guò)早或過(guò)晚都不利于混凝土成形。拆模時(shí)，首先測(cè)量外界氣溫和混凝土的內(nèi)部溫度，根據(jù)內(nèi)外溫差確定何時(shí)拆模。所以說(shuō)，天氣變化對(duì)于拆模影響是巨大的。一般情況下，內(nèi)外溫差超過(guò)20℃時(shí)不宜拆模，大風(fēng)天氣也嚴(yán)禁拆模。將模板拆除后，應(yīng)盡快回填土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（通常是一天內(nèi)完成），以防基礎(chǔ)混凝土表面長(zhǎng)時(shí)間暴露形成溫縮裂縫。

4 溫控結(jié)果分析

4.1 溫度場(chǎng)分析

為了監(jiān)控承臺(tái)內(nèi)部溫度，需要在承臺(tái)的1/4的范圍內(nèi)布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)采用測(cè)溫繩預(yù)埋在承臺(tái)內(nèi)部，與鋼筋綁扎固定，橫橋向間距3.5m布置，順橋向間距2.5m布置，對(duì)角線間距4m布置，豎向長(zhǎng)度按照1m、2m、3m間隔布置，共布置9組27條測(cè)溫線。然后利用儀器測(cè)溫，并且在養(yǎng)護(hù)期間進(jìn)行不間斷的測(cè)量混凝土的內(nèi)部溫度，以便控制通水的水流量。

采集數(shù)據(jù)主要包括不同施工時(shí)段的入模溫度、每條測(cè)溫線處混凝土不同齡期的溫度、毛氈內(nèi)的溫度、外界氣溫、散熱管進(jìn)出水處的溫度。

圖2反映了同一豎直面上不同高度溫度場(chǎng)的分布特點(diǎn)，圖3反映了布置在承臺(tái)對(duì)角線上豎直距離均為1.8m的溫度-時(shí)間曲線。

4.2 保溫效果分析

根據(jù)毛氈內(nèi)外溫度的測(cè)量結(jié)果（如表4所示）得知，混凝土表面覆蓋毛氈后，表面溫度在8℃左右，毛氈起到了很好的保溫作用。

4.3 冷卻水管的降溫效果

為了達(dá)到控制內(nèi)外溫差的目的，冷卻水管中使用的水是溫水，按照一定的時(shí)間頻率測(cè)量進(jìn)出水口的溫度，測(cè)得了散熱管的降溫?cái)?shù)據(jù)（詳見(jiàn)表5），發(fā)現(xiàn)散熱管起到了很好的降溫作用。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)測(cè)量收集的數(shù)據(jù)整體解析混凝土的溫度變化情況：混凝土入模18h內(nèi)溫度快速上升到10.6℃左右，48h后達(dá)到峰值63.2℃，隨后溫度以1.8℃/d逐步下降，10d后溫度相對(duì)穩(wěn)定。從開始澆筑到拆模，共通水散熱13d，拆模時(shí)外界氣溫24℃，承臺(tái)混凝土表面溫度31.08℃，中心處最高溫度為40℃，內(nèi)外溫差未超過(guò)20℃，符合要求。

東營(yíng)黃大鐵路黃河特大橋119號(hào)墩大體積承臺(tái)混凝土澆筑歷時(shí)11h，澆筑混凝土1366m3。通水散熱14d后拆模觀察，表面平整光潔，未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，施工措施卓有成效。

①完善的方案，充足的原材料，合理的人員配置和機(jī)械配置是完成混凝土澆筑的基本條件。

②大體積混凝土的施工必須從原材料、混凝土的配合比開始控制。

③合理的布置降溫系統(tǒng)，嚴(yán)格的施工控制和完善的養(yǎng)護(hù)措施是大體積混凝土工程施工成功的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明爽編.混凝土工程施工技術(shù)[M].山西科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]GB50666-2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[3]王進(jìn)編.鐵路工程施工[M].中國(guó)鐵道出版社.

[4]TB10002.5-2005，鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].