淺談承臺(tái)大體積混凝土施工技術(shù)

摘 要：本文探討了在南方高溫天氣下，采用優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、冷卻管降溫及雙摻技術(shù)等多項(xiàng)措施，成功地進(jìn)行了承臺(tái)大體積混凝土的施工，完成了施工生產(chǎn)的需要，并積累了豐富的復(fù)雜地質(zhì)條件下的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；施工；裂縫

中圖分類號(hào)：TU757.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2009）06-0194-02

1大體積混凝土的特點(diǎn)

大體積混凝土是指現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的幾何尺寸較大，且必須采用技術(shù)措施以避免水泥水化熱及體積變化引起裂縫的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最小邊尺寸在1-3m范圍內(nèi)的混凝土被公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范《JTJ041-2000》定義為大體積混凝土。

大體積混凝土，具有結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、混凝土用量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。除了必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性要求以外還必須控制溫度變形裂縫的開展。這類大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由外荷載引起的裂縫的可能性較小。但由于水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力是其產(chǎn)生裂縫的主要因素。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，因此控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫的開展是大體積混凝土施工的一個(gè)重大課題。

由于大體積混凝土工程的條件比較復(fù)雜，施工情況各異，再加上原材料的材質(zhì)差異較大，因此控制溫度變形裂縫就不是單純的結(jié)構(gòu)理論問題，而是涉及結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料組成及其物理力學(xué)性能以及施工工藝等多學(xué)科的綜合性問題。通過近十幾年來大體積混凝土的實(shí)踐，取得不少成就，主要有:

(1)在施工技術(shù)上，從選料、配合比設(shè)計(jì)、施工方法及工藝、施工季節(jié)的選定和測量、養(yǎng)護(hù)等，采取了綜合性的措施，有效的克服了大體積的裂縫。

(2)在施工組織上，為解決大體積混凝土一次澆筑量大的問題，采用了集中攪拌、罐車運(yùn)輸泵送混凝土等技術(shù)。

2大體積混凝土的裂縫及控制

2.1裂縫的分類

2.1.1微觀裂縫

也稱為肉眼不可見裂縫，寬度一般在0.05mm以下，主要有三種:沿著骨料周圍出現(xiàn)的骨料與水泥粘結(jié)面上粘著裂縫飛分布于骨料之間水泥漿中的水泥裂縫;骨料本身的裂縫。

2.1.2宏觀裂縫

寬度不小于0.05mm的裂縫是肉眼可見的裂縫，稱為宏觀裂縫，它是微觀裂縫擴(kuò)展的后果

2.2裂縫產(chǎn)生的原因

2.2.1水泥水化熱

水泥在水化過程中要產(chǎn)生大量的熱量，是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使混凝土內(nèi)部的溫度升高。混凝土內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3-5d，當(dāng)混凝土的內(nèi)部與表面溫差過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(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，這就是大體積混凝土容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

2.2.2約束條件

結(jié)構(gòu)在變形變化時(shí)，會(huì)受到一定的抑制而阻礙變形，該抑制即為約束，大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當(dāng)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。由于混凝土的彈性模量小，蠕變和應(yīng)力松馳度大，使混凝土與地基連接不牢固，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，若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)出現(xiàn)垂直裂縫。

2.2.3外界氣溫變化

大體積混凝土在施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土的開裂有重大影響。混凝土內(nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，混凝土的澆筑溫度也越高;外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.2.4混凝土的收縮變形

混凝土的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發(fā)?；炷林卸嘤嗨值恼舭l(fā)是引起混凝土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(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

2.3裂縫的控制

2.3.1選擇材料

(1)水泥:選用低水化熱和安全性好的水泥，如礦碴水泥、火山灰水泥，并在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下，盡可能減少水泥用量，以減少水泥的水化熱。

(2)骨料:砂、碎石含量不得超標(biāo)，可在混凝土中摻加一定數(shù)量的毛石。

(3)外加劑。

外加劑的作用如下:

①摻加適量的粉煤灰和減水劑，減少水泥用量;

②摻加緩凝劑推遲水化熱的峰值期

③摻入適量的微膨脹劑，使混凝土得到補(bǔ)償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力。

2.3.2選擇施工方法

(1)水平分層法

澆筑混凝土?xí)r分幾個(gè)薄層進(jìn)行混凝土的澆筑，以使混凝土的水化熱能盡快散失，并使?jié)仓蟮臏囟确植季鶆?。水平分層厚度可控制?.6-2.0m范圍內(nèi)，相鄰兩澆筑層之間的間歇時(shí)間，一般為5-7d，還可采用二次振搗的方法，增加混凝土的密實(shí)度，提高抗裂能力，使上下兩層混凝土在初凝前結(jié)合良好。

(2)降溫法和保溫法

①混凝土內(nèi)部埋設(shè)管道，通水循環(huán)冷卻。

②夏季施工時(shí)，在攪拌混凝土?xí)r摻入冰水，降低混凝土入模溫度，混凝土澆筑后采用灑水養(yǎng)護(hù)降溫，水溫與混凝土溫差不超過20℃。冬季采用保溫法，在混凝土表面覆蓋保溫材料，防止冷空氣侵襲。

3某大橋承臺(tái)大體積混凝土施工

3.1工程概況

某大橋主橋1#，2#主墩承臺(tái)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，矩形截面。

尺寸為:27m×17.4m×5m的C30混凝土，每個(gè)承臺(tái)方量為2349m³屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)。

承臺(tái)鋼筋配置:底板布2層鋼筋網(wǎng)，頂板布設(shè)4層鋼筋網(wǎng)，四邊由底板、頂板鋼筋彎折及半框鋼筋綁扎而成，內(nèi)部為無筋混凝土，墩身鋼筋伸入承臺(tái)250cm 。

3.2施工方案

鑒于主墩承臺(tái)混凝土體積較大，按大體積混凝土施工，采用鋪設(shè)冷卻管降溫的工藝控制。

綜合考慮鋼支撐高度、混凝土水化熱控制、承臺(tái)模板的承載能力、結(jié)構(gòu)鋼筋、預(yù)埋件的設(shè)置及混凝土的生產(chǎn)、澆筑能力等因素，承臺(tái)混凝土分2層。

澆筑。每次澆筑高度為2.5m，兩層之間埋入Φ16螺紋鋼筋作施工縫連接鋼筋。

3.3施工方法

3.3.1基坑開挖

因基坑土質(zhì)全部為淤泥，為保證基坑開挖成功，采用拉森式鋼板樁圍堰，挖掘機(jī)開挖。因跨度太大，開挖一段支撐一段?；娱_挖完畢后，澆筑承臺(tái)墊層混凝土，進(jìn)行鋼筋和模板的施工。

3.3.2鋼筋、模板安裝

鋼筋按照設(shè)計(jì)規(guī)格、尺寸在鋼筋加工廠下料制作，運(yùn)至現(xiàn)場，按設(shè)計(jì)間距綁扎成型。模板采用大塊鋼模板，外部加固支撐在鋼板樁上。

3.3.3冷卻管布置及混凝土測溫方案

(1)冷卻管布置

承臺(tái)混凝土因分2層澆筑，每層2.5 m高，在每層2.5m高混凝土中間布置一層冷卻管，共布置2層;冷卻管采用Φ42.5mm，壁厚2.5mm鋼管，間距1.0m。每層冷卻管設(shè)計(jì)2個(gè)進(jìn)水口，2個(gè)出水口。冷卻管安裝時(shí)，用鋼筋骨架支撐并焊接牢固。安裝完畢后進(jìn)行通水試驗(yàn)，防止漏水或堵管現(xiàn)象。

(2)測溫方案

為了掌握大體積混凝土的溫升和降溫的變化規(guī)律以及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測和控制。

① 測點(diǎn)的布置

a.沿澆筑高度，布置在底部、中部和表面，垂直測點(diǎn)間距為500mm-800mm;

b.平面內(nèi)布置在邊緣和中間，測點(diǎn)間距為2.5 -5.0m;

②測溫制度

a.在混凝土溫度上升階段每2-4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時(shí)測大氣溫度;

b.所有測溫孔均編號(hào)，進(jìn)行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測量;

c.測溫記錄，交技術(shù)負(fù)責(zé)人閱簽，并作為對混凝土施工和質(zhì)量的控制依據(jù)。

③測溫

在測溫過程中，若發(fā)現(xiàn)溫差超過25℃時(shí)，及時(shí)加強(qiáng)保溫或延緩拆除保溫材料，以防止混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力和裂縫。

④測孔處理

對各測孔進(jìn)行注水泥漿。

3.3.4混凝土配合比選定

大體積混凝土升溫主要是由水泥水化熱引起的，為控制混凝土因水化熱引起溫度升高，我們在配合比選定時(shí)，采用了低水化熱的礦碴水泥-廣西紅水河牌P S32.5水泥。同時(shí)采用了雙摻技術(shù):

① 摻入適量的減水劑，節(jié)省水泥用量，同時(shí)推遲水泥水化熱釋放，在一定程度上降低水化熱引起的升溫。

② 摻入II級粉煤灰，替代一部分水泥，降低水泥水化熱，同時(shí)改善混凝土和易性、流動(dòng)性及可靠性，為施工帶來了方便。

通過多次試配，采用雙摻技術(shù)，選定配合比如下:插入SM(2)緩凝減水劑1.24%，摻入II級粉煤灰31%。

塌落度:140-160mm，緩凝時(shí)間:不小于10h

3.3.5混凝土澆筑

承臺(tái)混凝土分2層澆筑，每層澆筑采用斜向分層，水平推進(jìn)的方式進(jìn)行灌注。如圖1所示。

混凝土生產(chǎn)由1#， 2#主墩兩個(gè)攪拌站同時(shí)拌制，一個(gè)攪拌站混凝土通過混凝土輸送車運(yùn)至現(xiàn)場泵輸入模。一個(gè)攪拌站混凝土通過混凝土輸送泵直接泵送到模內(nèi)，每層澆筑的厚度不大于50cm，混凝土入模時(shí)采用溜槽將混凝土卸落至底部。嚴(yán)禁自由下落直接沖入承臺(tái)底，避免造成離析?；炷琳駬v采用插入式振動(dòng)棒人工振搗，加強(qiáng)承臺(tái)底部鋼筋網(wǎng)處的振搗，防止漏振。

第一層混凝土澆筑完畢后，及時(shí)將頂面浮漿刮除，防止浮漿收縮開裂。第二層混凝土澆筑后，應(yīng)立即刮平抹光，并在初凝前后進(jìn)行2次收漿抹平。

混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)避開白天高溫天氣，選擇晚上灌注，同時(shí)在白天將砂石料灑水降溫，降低混凝土的入模溫度。

3.3.6施工縫處理

因承臺(tái)分兩次澆筑，水平接縫按照施工縫處理，預(yù)埋連接鋼筋，鋼筋采用X16鋼筋，埋入下層混凝土20cm，伸入上層20cm，間距1.0 X 1.0m，以加強(qiáng)承臺(tái)上下層的連接。灌注第二層混凝土?xí)r，將第一層混凝土表面鑿毛，清除浮漿。

3.3.7混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢后，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)并覆蓋，進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，避免混凝土表面溫度陽氏過快，造成混凝土內(nèi)外溫差大，導(dǎo)致混凝土開裂。

冷卻管要24h通水降溫，通水時(shí)間要保證達(dá)到14d。

3.3.8表面覆蓋蓄熱養(yǎng)生

大體積混凝土內(nèi)外溫差根據(jù)體積大小和溫度梯度不同，一般控制在25-30℃不會(huì)出現(xiàn)裂縫。當(dāng)承臺(tái)混凝土灌注后，內(nèi)部溫度雖然采取措施仍可上升到60℃以上，而混凝土表面隨氣溫變化可能造成內(nèi)外溫差超過控制范圍。為了控制內(nèi)外溫差，一方面采取措施降低內(nèi)部溫度，另一方面提高混凝土表面溫度減少混凝土內(nèi)外溫差，即通過在混凝土表面覆蓋撒熱水，提高表面溫度?；炷翝仓瓿珊螅M(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，因混凝土內(nèi)部溫度一般在澆筑完成2d后升高較快，此時(shí)將混凝土表面的覆蓋物(麻袋)改用冷卻管循環(huán)出來的熱水噴灑養(yǎng)護(hù)。因出水水溫較高，可提高混凝土表面溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差。

3.3.9混凝土測溫

混凝土在澆筑時(shí)，覆蓋住冷卻管并振搗完畢后，即可通水;循環(huán)冷卻水的流量控制在1.2-1.5m³/h。24h通水降溫，通水時(shí)間要達(dá)到14d。冷卻管通水后，技術(shù)人員跟班作業(yè)，隨時(shí)量測冷卻管的進(jìn)出水溫度及通過測溫管量測混凝土不同位置及深度的溫差。將量測數(shù)據(jù)收集、匯總進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

3.3.10拆模、回填

承臺(tái)混凝土施工完畢后，經(jīng)養(yǎng)護(hù)3d后，即可拆除模板，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后，回填基坑。

4結(jié)語

本橋主墩1#， 2#承臺(tái)大體積混凝土，2#承臺(tái)在2008.10.4澆筑第一層混凝土，10.13澆筑第二層混凝土;1#承臺(tái)于2008.10.31澆筑第一層混凝土，11.10澆筑第二層混凝土?；炷翝仓窟x在晚上進(jìn)行，減小白天高溫對混凝土的影響。由于在承臺(tái)大體積混凝土灌注前，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)考慮工程具體情況，經(jīng)過反復(fù)討論施工方案，制定防止開裂的各項(xiàng)技術(shù)措施，施工中還對溫度進(jìn)行了監(jiān)測。施工中采取的各項(xiàng)防裂措施都發(fā)揮了應(yīng)有的作用，不但確保了承臺(tái)灌注質(zhì)量，同時(shí)也積累了大體積混凝土施工經(jīng)驗(yàn)。

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