承臺大體積混凝土施工

張軒偉

1 項(xiàng)目概況

新建上?！贾蓁F路客運(yùn)專線位于長江三角洲西南緣及杭嘉湖平原地區(qū)，東連我國經(jīng)濟(jì)中心城市上海，西接國際知名旅游城市杭州，途經(jīng)松江、金山、嘉興、桐鄉(xiāng)、海寧、余杭等市(區(qū))，全線運(yùn)營長度約 158.82 km，滬杭客運(yùn)專線是國家鐵路“十一五”規(guī)劃中滬杭甬客運(yùn)專線的一部分，設(shè)計(jì)時(shí)速為 350 km，項(xiàng)目建成后，上?！贾菘稍?40m in內(nèi)到達(dá)，對進(jìn)一步拉近滬杭兩地時(shí)空距離，促進(jìn)沿線社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。

我集團(tuán)公司承擔(dān)的滬杭鐵路客運(yùn)專線起訖里程為 DK 55+863～DK 75+065，正線長度 19.202 km。主要工程數(shù)量包括兩座特大橋 17.92 km等施工生產(chǎn)任務(wù)。大體積混凝土承臺較多，其施工工藝及溫控防裂措施是施工的關(guān)鍵。某承臺埋入地面以下1m左右，平面尺寸為 4.3m×9.6m，厚度 4m，采用 12m長鋼板樁圍堰開挖基坑，承臺采用C40高性能混凝土，共 549.1m3，使用大面積模板施工。

2 施工原理

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，且必須采取技術(shù)措施以避免水泥水化熱及體積變化引起的裂縫，這類結(jié)構(gòu)稱為大體積混凝土。該承臺經(jīng)熱工計(jì)算，混凝土澆筑后，內(nèi)部最大溫升為 42℃，內(nèi)部與表面溫差超過 31℃，需采取溫控措施以降低溫差，屬大體積混凝土。大體積混凝土在確保具有良好和易性的情況下，主要是采取優(yōu)化混凝土級配和摻入外加劑、降低混凝土入模溫度、改善混凝土澆筑方法以及設(shè)計(jì)構(gòu)造等，從而降低溫升，延續(xù)降溫速度，減小混凝土的收縮，提高混凝土極限拉伸強(qiáng)度和改善約束。最終達(dá)到混凝土表面和貫穿裂縫得到有效控制，以滿足結(jié)構(gòu)物整體的澆筑要求。

3 溫控及防裂措施

3.1 嚴(yán)把材料關(guān)，優(yōu)化混凝土配合比

水化熱與水泥品質(zhì)、用量以及其他原材料等密切相關(guān)，選擇級配良好的砂、石料，在保證強(qiáng)度的前提下適量降低水泥用量，采用優(yōu)質(zhì)的緩凝高效減水劑和適量摻用粉煤灰的“雙摻”技術(shù)措施是降低混凝土內(nèi)部水化熱溫升的主要措施。以此為原則，在承臺混凝土的配比中，現(xiàn)場選定的原材料為:42.5普硅水泥，經(jīng)試配，水泥用量較原設(shè)計(jì)配比降低了 15 kg/m3;粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，摻量為膠凝料用量的 16.7%;砂采用河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.2～2.7，含泥量小于 1%;碎石采用二級配碎石，5 mm～16 mm占30%，16mm～31.5mm占 70%;外加劑采用緩凝高效減水劑，摻量為膠凝料用量的 1.3%。每立方米C40承臺混凝土的材料用量嚴(yán)格按試驗(yàn)室設(shè)計(jì)配置。承臺施工的配合比見表 1。

表1 承臺混凝土配合比

3.2 降低混凝土原材料溫度

1)水泥罐車裝運(yùn)水泥進(jìn)入拌合站的水泥儲藏罐后應(yīng)存放 3 d以上以降溫;2)粗骨料采用加棚遮蓋，并在使用前噴灑水霧降溫;3)拌合用水采用在蓄水池內(nèi)加冰塊的辦法冷卻降溫;4)在混凝土泵送過程中，對泵送管道進(jìn)行麻袋覆蓋，并派專人澆水降溫。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管和測溫點(diǎn)

通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，減小內(nèi)表溫差，控制混凝土內(nèi)外溫差小于 25℃。通過測溫點(diǎn)溫度測量，掌握混凝土內(nèi)部各測溫點(diǎn)溫度變化，以便及時(shí)調(diào)整冷卻水的流量，控制溫差。

1)冷卻水管的布置。冷卻水管路采用回形方式，水平鋪設(shè)，水平管層間距為 100 cm，共分 3層，距混凝土邊緣約為 65 cm。各層間進(jìn)出水管均各自獨(dú)立，以便根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整水循環(huán)的速度，以充分利用混凝土的自身溫度，即中部溫度高、四周溫度低的特點(diǎn)，在循環(huán)過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)溫差，產(chǎn)生良好的效果。冷卻水管安裝時(shí)，要以鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠。水管之間的連接使用膠管，為防堵管和漏水，灌注混凝土前做通水試驗(yàn)。混凝土澆筑后或每層循環(huán)水管被混凝土覆蓋并振搗完成后，即可在該層水管內(nèi)通水。冷卻水流量的大小，將會影響進(jìn)、出口水的溫差，影響冷卻水和混凝土的熱交換。通過水循環(huán)，帶走基礎(chǔ)內(nèi)部的熱量，使混凝土內(nèi)部的溫度降低到要求的限度?？刂蒲h(huán)冷卻水進(jìn)、出水的溫差不大于 5℃。進(jìn)水溫度和出水溫度要作記錄，并測定每根冷卻水管不同時(shí)間的流量。冷卻水管使用完畢，需壓注水泥漿封閉。

2)混凝土內(nèi)部測溫點(diǎn)的布置。為了反映各層混凝土的內(nèi)部溫度情況和溫控效果，以便混凝土內(nèi)部溫度出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取有效措施加以控制。根據(jù)混凝土施工方案和結(jié)構(gòu)的具體情況，在該承臺混凝土內(nèi)部布置 9個(gè)測溫點(diǎn)，對混凝土內(nèi)部平均最高溫度進(jìn)行監(jiān)測。從混凝土澆筑開始，每 2 h測一次，3 d后每4 h測一次，7 d后每天測兩次，連續(xù)監(jiān)測 14 d，直至溫度變化基本穩(wěn)定。在監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度的同時(shí)，還要對環(huán)境溫度、混凝土的出機(jī)溫度、混凝土的澆筑溫度、冷卻水管的進(jìn)出口水溫等進(jìn)行監(jiān)測，隨時(shí)掌握和控制混凝土的內(nèi)外溫差，施工各環(huán)節(jié)溫度及混凝土的升降溫速率。通過大體積混凝土溫控，混凝土內(nèi)部最高溫度為 63℃，內(nèi)外溫差不超過 25℃。從測溫?cái)?shù)據(jù)及外觀質(zhì)量表明，以上溫控措施是成功的。承臺混凝土溫度監(jiān)測成果見表 2。

4 施工工藝

4.1 混凝土澆筑

1)承臺混凝土連續(xù)分層澆筑完成施工，以錯(cuò)開混凝土的水化熱高峰時(shí)間，以減少混凝土水化熱的影響?；炷练謱舆B續(xù)澆筑，分層振搗，每層澆筑厚度 40 cm，然后按照規(guī)范處理。并在橫橋向方向按 1∶2的坡度全斷面攤鋪，待每薄層混凝土全斷面布料振搗完畢，再沿橫橋向循環(huán)澆筑。分層澆筑，每層灌注須在下層混凝土未初凝前完成，以防出現(xiàn)施工冷縫。2)混凝土振搗采用直徑 70mm左右的插入式振搗器。振搗時(shí)插入下層混凝土 10 cm左右，并保證在下層混凝土初凝前進(jìn)行一次振搗，使混凝土具有良好的密實(shí)度和整體性。振搗中既要防止漏振，也不能過振。3)澆筑過程中設(shè)專人檢查鋼筋和模板的穩(wěn)固性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。4)混凝土在澆筑振搗過程中會產(chǎn)生多少不等的泌水，需配備一定數(shù)量的工具如小水泵、大鐵勺等用以排出泌水。澆筑過程中還要注意及時(shí)清除粘附在頂層鋼筋表面上的松散混凝土。

表2 承臺混凝土溫度監(jiān)測成果

4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

1)混凝土澆筑完畢后即轉(zhuǎn)入養(yǎng)護(hù)階段，此時(shí)澆筑混凝土的水化作用已基本確定，溫度的控制轉(zhuǎn)為降溫速度和內(nèi)外溫差的控制，這可通過給澆筑體表面覆蓋保溫材料進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)來實(shí)現(xiàn)。覆蓋材料可采用草袋，也可用水直接覆蓋在基礎(chǔ)表面，本橋采用草袋和水覆蓋法相結(jié)合方法。2)采用蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度取50 cm以上。在升溫階段，蓄水層能吸收混凝土的大量水化熱、減少外部低溫環(huán)境的影響，起到保溫養(yǎng)護(hù)與間接散熱、降溫的雙重作用。在降溫階段，蓄水層能起到延緩混凝土內(nèi)部的降溫速度、減少混凝土表面的熱擴(kuò)散、保持均勻散熱的作用，能有效地防止混凝土因急劇降溫而產(chǎn)生的裂縫。經(jīng)驗(yàn)證明該方法效果較好。

5 結(jié)語

1)混凝土采用“雙摻”技術(shù)，改善其性能，特別在高溫環(huán)境下施工，對于提高混凝土施工的可操作性，確保混凝土的內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，節(jié)約水泥，提高經(jīng)濟(jì)效益，無疑是個(gè)很好的措施。

2)影響大體積混凝土質(zhì)量的因素很多，除了要有切實(shí)可行的溫度控制措施外，關(guān)鍵在于施工操作的控制。要有嚴(yán)密的施工組織，控制好混凝土的各道工序質(zhì)量，才能確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)物的工程質(zhì)量。

3)對混凝土的溫度變化進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，不僅隨時(shí)掌握混凝土的溫度情況，指導(dǎo)溫控工作，而且能真實(shí)地反映出大體積混凝土的溫度特征和變化規(guī)律，對日后類似工程的質(zhì)量監(jiān)控有指導(dǎo)性意義。

[1] 儲建波，袁 楊，徐 明.冬季大體積混凝土承臺溫度監(jiān)測及分析[J].山西建筑，2010，36(4):156-157.