大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫預(yù)防措施研究

熊 煒， 周 健

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 ，四川 成都 610213)

1 概 述

某大橋基礎(chǔ)澆筑分為三個(gè)臺(tái)階，最底層平面尺寸為57.91 m×25 m，第二層平面尺寸為54.91 m×20.5 m，第三層平面尺寸為51.91 m×16 m，單個(gè)臺(tái)階高3 m。

最底層擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)3級(jí)0.5 m×4 m抗推抗滑移臺(tái)階，基底嵌入中等風(fēng)化的泥質(zhì)砂巖中。

大橋基礎(chǔ)第一層澆筑完成后共發(fā)生兩處裂縫，最大縫寬約3 mm，未貫穿。

受基礎(chǔ)第一層澆筑后出現(xiàn)裂縫的影響，在大橋基礎(chǔ)第二層澆筑時(shí)，從平面上分成3塊(兩側(cè)各一塊、中間作為后澆塊)進(jìn)行澆筑，兩側(cè)塊體澆筑完成8 d后，先澆筑的兩側(cè)塊體出現(xiàn)了2條貫穿裂縫和1條非貫穿裂縫，最大裂縫寬度約3 mm。

項(xiàng)目部技術(shù)人員在了解了設(shè)計(jì)分層分塊要求和現(xiàn)場(chǎng)施工、溫控情況后，分析裂縫產(chǎn)生的原因?yàn)榛炷羶?nèi)外溫差擴(kuò)大、溫度應(yīng)力大于早期強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

2 預(yù)防與優(yōu)化措施

在保證擴(kuò)大基礎(chǔ)施工質(zhì)量和滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下，考慮到降低溫升峰值、減小里表溫差、平緩降溫速率等因素，最終決定采取以下措施對(duì)擴(kuò)大基礎(chǔ)混凝土澆筑及溫控進(jìn)行優(yōu)化：

(1)優(yōu)化混凝土配合比，減少混凝土水化熱；

(2)分塊、分層澆筑；

(3)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，延緩拆模時(shí)間；

(4)加密冷卻水管，嚴(yán)格控制通水參數(shù)。

2.1 混凝土配合比的調(diào)整

該工程擴(kuò)大基礎(chǔ)均采用商品泵送混凝土，所有原材料由拌合站提供，在擴(kuò)大基礎(chǔ)混凝土澆筑前，根據(jù)拌合站提供的資料報(bào)送配合比，初始配合比見(jiàn)表1。

表1 初始配合比表

其中：①水泥使用低熱硅酸鹽水泥，其3 d水化熱為198 kJ/kg，7 d水化熱為239 kJ/kg。 ②摻合料為Ⅱ級(jí)粉煤灰，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。③細(xì)骨料1為人工砂，細(xì)度模數(shù)為3.1；細(xì)骨料2為天然砂，細(xì)度模數(shù)為1.5。合成細(xì)度模數(shù)為2.8，滿(mǎn)足相關(guān)中砂要求；粗骨料的級(jí)配不理想；粗、細(xì)骨料的其他技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求[1]。 ④外加劑為蘇博特減水劑。 ⑤在施工現(xiàn)場(chǎng)將施工塌落度配合比控制為180～200 mm，混凝土入倉(cāng)溫度控制為20 ℃～25 ℃，滿(mǎn)足施工和配合比的設(shè)計(jì)要求。

從前期澆筑情況看，實(shí)際效果并不理想。第一層及第二層擴(kuò)大基礎(chǔ)均在澆筑后產(chǎn)生了裂縫。針對(duì)這一情況，項(xiàng)目部技術(shù)人員對(duì)初始配合比進(jìn)行了優(yōu)化：主要是減少了水泥，同時(shí)摻加了膨脹劑以補(bǔ)償混凝土后期收縮。經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化，確定了兩種配合比，優(yōu)化配合比1見(jiàn)表2，優(yōu)化配合比2見(jiàn)表3。

表2 優(yōu)化配合比1表

表3 優(yōu)化配合比2表

配合比1中的原材料組成品牌與廠商沒(méi)有變化，僅改變了用量。水泥從前期的294 kg減少為254 kg，減少了水泥用量40 kg，增加了膨脹劑。

配合比2中的原材料組成品牌與廠商沒(méi)有變化，僅改變了用量。水泥從前期的294 kg減少為270 kg，減少了水泥用量24 kg，增加了膨脹劑。

項(xiàng)目部根據(jù)優(yōu)化后的兩種配合比進(jìn)行了室內(nèi)試拌并成型混凝土試件，兩種優(yōu)化配合比后的對(duì)比情況為：①拌合物的狀態(tài)。配合比1的混凝土施工和易性不好，流動(dòng)性差，不利于泵送，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大[2]。②混凝土試塊7 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。配合比1的抗壓強(qiáng)度為24.2 MPa，配合比2的抗壓強(qiáng)度為27.8 MPa。③根據(jù)商混站以往經(jīng)驗(yàn)及項(xiàng)目部對(duì)商混站強(qiáng)度跟蹤的情況推算并考慮到實(shí)際操作和原材料波動(dòng)等情況，配合比1的60 d/90 d強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足混凝土評(píng)定規(guī)范要求，最終決定選用配合比2。④根據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等參建各方對(duì)優(yōu)化方案的會(huì)審意見(jiàn)：配合比2中水灰比偏大，可能會(huì)導(dǎo)致水化熱過(guò)高。遂建議減少用水量。最終優(yōu)化配合比見(jiàn)表4。

表4 最終優(yōu)化配合比表

2.2 混凝土分層分塊

擴(kuò)大基礎(chǔ)混凝土單層設(shè)計(jì)為厚3 m，分2次澆筑，每次澆筑1.5 m厚；每層再分為6大塊澆筑，并設(shè)3 m寬后澆帶。上下兩層豎向施工縫相互錯(cuò)開(kāi)，后澆塊在先澆塊澆筑完成至少7 d后澆筑。

2.3 保溫養(yǎng)護(hù)

當(dāng)混凝土澆筑完畢、初凝后，先在混凝土表面灑水，然后立即覆蓋一層塑料薄膜，薄膜上再覆蓋麻袋或無(wú)紡布以減緩混凝土表面水分蒸發(fā)時(shí)溫度迅速散失、達(dá)到保溫的效果，避免因混凝土內(nèi)外產(chǎn)生過(guò)大的溫差應(yīng)力出現(xiàn)裂縫。薄膜和保溫材料在覆蓋時(shí)需有效搭接，搭接寬度不小于5 cm，并保持其表面平整、覆蓋嚴(yán)密。

2.4 冷卻水管的布置

分層布置冷卻水管，采用Φ48 mm×3 mm鋼管，利用Φ25 mm和Φ20 mm架立筋支撐。原設(shè)計(jì)方案中的冷卻水管水平間距為2 m，優(yōu)化調(diào)整后為1.5 m，進(jìn)出水口伸出混凝土表面50 cm，并引流至模板外的基坑內(nèi)，避免水流淤積在混凝土保溫層上。通水流量及通水溫度等保持設(shè)計(jì)參數(shù)不變。

3 主要施工方法

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：優(yōu)化混凝土配合比→施工準(zhǔn)備→架立鋼筋安裝→冷卻水管安裝→測(cè)溫管安裝→模板安裝→連接筋安裝→混凝土分層澆筑→混凝土振搗→覆蓋養(yǎng)護(hù)、通水冷卻→根據(jù)測(cè)溫結(jié)果通過(guò)冷卻水管控制混凝土溫度[3]。

3.2 施工準(zhǔn)備

(1)技術(shù)準(zhǔn)備。根據(jù)施工圖紙、相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)施工條件制定施工方案，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)層的施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底，交底的重點(diǎn)為混凝土澆筑流向、澆筑方法、澆筑重點(diǎn)、溫度控制等。

(2)現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備。①預(yù)先規(guī)劃澆筑混凝土所需的施工便道及工作平臺(tái)。②認(rèn)真組織測(cè)量放線，確保定位準(zhǔn)備，做好控制樁和水準(zhǔn)點(diǎn)。③現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)工前，對(duì)所需材料分期分批組織進(jìn)場(chǎng)。④施工管理人員和輔助施工工人全部到位，小型工具準(zhǔn)備齊全。⑤現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工標(biāo)志、標(biāo)牌必須按要求設(shè)置。

3.3 架立筋的安裝

架立筋采用Φ25 mm鋼筋，水平筋及斜撐筋采用Φ20 mm鋼筋，在鋼筋加工廠集中制作，采用小型運(yùn)輸車(chē)運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，按設(shè)計(jì)要求采用人工安裝并焊接固定。

3.4 冷卻水管的安裝

測(cè)量好冷卻水管的尺寸、位置，根據(jù)施工方案分層埋設(shè)冷卻水管網(wǎng)，安裝控制閥門(mén)。冷卻水管采用導(dǎo)熱性好并具有一定強(qiáng)度的Φ48 mm×3 mmQ235鐵管，利用架立筋支撐，均采用U型定位筋卡焊在架立筋上并確保位置準(zhǔn)確、固定牢靠，必須保證其在澆筑混凝土過(guò)程中不發(fā)生移位現(xiàn)象。冷卻水管的進(jìn)水口和出水口外露出混凝土頂面的長(zhǎng)度為50 cm，均引至模板外并固定好，使用時(shí)打開(kāi)[4]。

3.5 測(cè)溫管的安裝

測(cè)溫管采用Φ5 mm PVC管，豎直安裝，沿?cái)U(kuò)大基礎(chǔ)縱橫向中軸線對(duì)稱(chēng)均勻布置，利用限位鋼筋與架立筋連接固定。測(cè)溫管在安裝前須將兩頭封閉以防止漏漿，下料時(shí)不得對(duì)準(zhǔn)測(cè)溫管下料，以免造成其位移或破壞。

3.6 模板安裝

基礎(chǔ)大面外模及鍵槽均采用P6015、P3015鋼模拼裝，部分邊角位置采用木模板。

混凝土施工操作平臺(tái)采用Φ48 mm鋼管搭設(shè)，立桿按2 m×2 m點(diǎn)陣布設(shè)，鋼管外套設(shè)PVC管，以便于施工完畢提拔取出。操作平臺(tái)應(yīng)與模板加固體系分離，避免施工過(guò)程中擾動(dòng)模板。

3.7 連接鋼筋的安裝

在鋼筋加工廠預(yù)先切割好連接鋼筋，連接鋼筋均為Φ28 mm螺紋鋼，長(zhǎng)度為1 m。豎向縫連接筋在模板預(yù)埋位置開(kāi)孔，將連接鋼筋與冷卻水管架立筋綁扎在一起進(jìn)行加固，混凝土澆筑時(shí)避免連接鋼筋錯(cuò)位；水平縫連接筋可在混凝土澆筑完成且初凝之前按設(shè)計(jì)位置預(yù)埋。

3.8 混凝土澆筑

(1)該工程基礎(chǔ)混凝土澆筑按照“一個(gè)坡度，分層澆搗，循序漸進(jìn)”的方法實(shí)施。混凝土的自然流淌坡度不超過(guò)7∶1，將斜面分層厚度控制在30 cm左右，不宜過(guò)厚，以保證混凝土在初凝之前被上層混凝土覆蓋，振搗器順混凝土流淌方向趕振，澆筑時(shí)每塊混凝土由兩側(cè)向中間澆筑。

(2)振搗時(shí)要做到“快插慢拔”，振搗棒應(yīng)插入其下層50 mm左右，以消除兩層之間的接縫。每點(diǎn)振搗時(shí)間以20～30 s為宜，但還應(yīng)視混凝土表面不再顯著下沉、表面無(wú)氣泡產(chǎn)生且混凝土表面有均勻的水泥漿泛出為準(zhǔn)[5]。

3.9 保溫養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢并完成初凝后，先在混凝土表面灑水，然后立即覆蓋一層塑料薄膜，在薄膜上再覆蓋麻袋或無(wú)紡布以減緩混凝土表面水分蒸發(fā)時(shí)溫度的迅速散失，達(dá)到保溫的效果。

蓄熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d，并應(yīng)盡量延遲拆除四周模板，拆模時(shí)混凝土表面與大氣的溫差不得大于20 ℃。

3.10 溫控措施

(1)通水冷卻。待混凝土澆筑到各層冷卻管標(biāo)高后即開(kāi)始通水，采用WQ100-7.5-15型潛污泵直接從附近水域抽水冷卻，每道冷卻水管的通水量不小于30 L/min。為了增加冷卻效果，進(jìn)出水流方向每天更換1次，通水時(shí)間一般不少于12 d，或根據(jù)測(cè)溫結(jié)果確定。

(2)溫度的檢測(cè)方法。①測(cè)溫儀器采用電子感應(yīng)式溫度計(jì)。②測(cè)溫項(xiàng)目：a.大氣溫度、環(huán)境溫度：每晝夜2～4次;b.水、砂、石等原料：每工作班4次;c.拌和樓室內(nèi)溫度：每工作班2～4次;d.混凝土入模溫度：每工作班2～4次。③當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的最高溫度不再上升且與外界環(huán)境溫度的差值不高于溫差控制值時(shí)，溫度控制工作即可結(jié)束。

4 結(jié) 語(yǔ)

大體積混凝土的裂縫預(yù)防一直是工程建設(shè)中的一個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所采取的主要預(yù)防措施進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，解決了大體積混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題，提高了工程的質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，所取得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)類(lèi)似施工條件的大體積混凝土施工具有重要的參考借鑒意義。