超厚超大體積樁基承臺混凝土裂縫控制

周志貞

（南京蘇寧建設監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210004）

1 工程概況

揚州新建萬福大橋自萬福閘以南 240 m 處跨越廖家溝，總長 664 m，東西橋頭堡建筑總高度 109 m。該橋梁總體風格為樓臺亭閣，模仿園林景廊設計，把建筑和橋梁完美結合在一起，是揚州市首座雙層大橋。主橋寬 30.5 m，上層為車行橋，下層為非機動車及人行橋，實現人車分離。

大橋的主橋主跨為雙塔自錨式懸索橋，7 號和 8 號主塔的墩樁基各采用 68 根 φ2.2 m 鉆孔灌注樁，設計樁長 85 m。主塔墩承臺為鋼筋混凝土結構，厚度 5.0 m，承臺頂標高－3.321 m，底標高－8.321 m，單個承臺平面尺寸為 65.5 m(橫橋向)×49.3 m (順橋向)，啞鈴型布置，平面面積 2 270.4 m2，混凝土強度等級 C40，混凝土方量 11 352 m3，本工程總造價 6.38 億元，總工期 630 d。

2 工程特點

2.1 超 厚

規(guī)范規(guī)定混凝土結構物實體最小尺寸≥ 1 m 的混凝土就應視為大體積混凝土，本承臺厚度達到 5 m，已遠超過規(guī)范規(guī)定，其結構斷面較大，表面系數較小，對于混凝土中心散熱及內外溫差的控制極為不利。

2.2 混凝土體量超大

本橋單個主墩承臺混凝土方量達到 11 352 m3。由于混凝土超厚、體積超大，如果技術措施不到位，很容易產生溫度裂縫及收縮裂縫，嚴重影響混凝土的質量。

2.3 施工期環(huán)境不利

施工期間正值 5 月份。當地環(huán)境溫度較高，最高溫度達到 31℃，砂石和水泥的溫度均較高，致使混凝土出料溫度較高；且混凝土在運輸過程中升溫較快，致使混凝土入模溫度較高。

3 大體積混凝土裂縫產生機理分析

大體積混凝土的裂縫一般分為溫度裂縫和收縮裂縫。溫度裂縫是指：大體積混凝土在硬化初期，水泥的水化熱會產生大量的熱量，使混凝土中心溫度急劇上升，而混凝土表面和邊界溫度受到大氣氣溫影響，溫度較低，這樣就形成了較大的內外溫度差，使得混凝土的內部產生了壓應力，面層產生拉應力，因混凝土的抗拉強度較小，當該拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫。收縮裂縫是指：混凝土澆筑施工完畢后，水泥的水化熱產生的熱量已經基本釋放完畢，混凝土的內部溫度開始逐漸降低，由于物理原理，混凝土溫度從高到低就引起了收縮，再加上由于水化熱產生的熱量蒸發(fā)了混凝土內部拌合水分，這也會導致混凝土構件的體積收縮變形，其受到地基和結構本身的約束，不能自由變形，因而產生收縮應力，該收縮應力會在混凝土內部產生拉應力，當該收縮應力超過混凝土抗拉極限強度時，則從約束面開始向上開裂形成收縮裂縫。因此，在大體積混凝土施工時，要從人、機、料、法、環(huán)五個方面控制混凝土內部溫度及變化，抑制溫度裂縫和收縮裂縫的產生，從而達到控制大體積混凝土裂縫的目的。

4 大體積混凝土裂縫控制措施

4.1 優(yōu)選預拌混凝土供應商

預拌混凝土供應單位的供貨能力制約著現場混凝土澆筑的速度和質量，其供貨能力應能滿足混凝土連續(xù)施工的需要，不得低于單位時間所需量的 1.2 倍。監(jiān)理應組織業(yè)主、總包單位考察預拌混凝土供應商，主要從生產能力、運輸能力、泵送能力、服務能力等方面綜合比選優(yōu)選預拌混凝土供應商，確認選用本地兩家優(yōu)質混凝土企業(yè)分東西岸分別供應預拌混凝土，兩家企業(yè)單位時間生產能力分別達到 250 m3和 300 m3，各有氣泵 17 臺和 19 臺，運距分別為 11.5 km 和5 km，混凝土攪拌車數十輛，能夠滿足現場混凝土連續(xù)澆筑施工。

4.2 配合比設計抗裂控制

混凝土試配前監(jiān)理組織設計、總包、預拌混凝土供應商召開專題會議共同商討確認大體積混凝土施工配合比的配置原則：選用低水化熱、凝結時間長的水泥，以降低混凝土的溫度；采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術；摻入粉煤灰和礦粉代替部分水泥以減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性；外加劑采用緩凝型高效減水劑以減少水和水泥的用量，延長混凝土達到最高溫度的時間，控制混凝土施工前期混凝土水化熱的產生；在保證可泵性的前提下，盡量減少單位體積混凝土的用水量，嚴格控制水灰比。實際施工配合比(重量比)為：水泥∶砂∶石子∶外加劑∶礦粉∶粉煤灰∶水＝1∶2.48∶3.89∶0.022∶0.321∶0.271∶0.589?；炷撂涠?80±20 mm，水膠比 0.37，砂率 39%。

4.3 混凝土原材料抗裂控制

混凝土原材料的質量對大體積混凝土抗裂尤為重要，監(jiān)理應嚴把原材料質量控制關，嚴格按照規(guī)范規(guī)定的頻次對原材料實施見證取樣檢測，合格后同意使用。本工程主要見證取樣檢測以下原材料：

4.3.1 水 泥

水泥選用 Po42.5 級普通硅酸鹽水泥，監(jiān)理應核查水泥的出廠合格證、檢驗報告，并按 500 t 為一驗收批，見證取樣檢測其安定性、強度、凝結時間等必須達到設計和規(guī)范要求。

4.3.2 砂、石子

按 400 m3或 600 t 為一驗收批，砂采用中砂，其細度摸數為 2.7，含泥量為 1.6%，石子粒徑為 5 mm～31.5 mm 連續(xù)粒級，含泥量 0.6%，除進行常規(guī)檢測外尚應進行堿活性檢驗。

4.3.3 外加劑

外加劑選用 JM—10B 緩凝型泵送高效減水劑，按 50 t 為一驗收批。

4.3.4 粉煤灰、礦粉

按 200 t 為一驗收批，粉煤灰等級為Ⅱ級，除常規(guī)檢測外，礦粉尚應檢測其氯離子含量和堿含量。

4.3.5 水

采用地下水，同水源不少于 1 次水質檢測。

混凝土澆筑過程中，監(jiān)理應派見證員會同施工方試驗員駐混凝土廠家,定時抽查砂、石等實際使用材料是否與見證取樣送檢材料一致，并要求攪拌站生產室配合比操作臺實施 24 h輪流值班制度，保證生產混凝土配合比無異常情況發(fā)生。

4.4 設計抗裂措施

4.4.1 合理留設施工縫，分段澆筑混凝土

本工程主墩單個承臺混凝土方量巨大，達到 11 352 m3，為便于組織，流水作業(yè)，減小一次性澆筑量，同時有利于減小溫度裂縫產生的可能性，經與設計協(xié)商確認，沿橋梁縱向中心線在系梁處設臨時施工縫將承臺分南、北兩側分兩次澆筑混凝土。一側混凝土澆筑完成后，接著澆筑另一側混凝土；每次澆筑混凝土方量為 5 676 m3。

4.4.2 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設置

為降低混凝土內部溫度達到大體積混凝土“內降外?！钡酿B(yǎng)護要求，設計要求在承臺混凝土內部預埋冷卻水管通循環(huán)冷卻水降低混凝土內部溫度，即在混凝土內部預埋 φ40 mm黑鐵管做成水平和豎向間距 1 m 的 S 型管網，上下共 4 層，每層進行循環(huán)冷卻水散熱。為減小冷卻水的通水距離，增加冷卻效果，監(jiān)理建議(經設計認可)將啞鈴部位冷卻水管每層在平面上平均分兩段單獨設置，以便形成快速冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，加快混凝土內部散熱。

4.5 施工抗裂控制

4.5.1 混凝土齡期選擇

結合工程特點，承臺分南北兩區(qū)后，混凝土一次澆筑量達到 5 676 m3，體量仍較大，為克服混凝土自身的水化熱產生、減小混凝土溫差，避免混凝土裂縫的產生，混凝土齡期選擇了 60 d。

4.5.2 混凝土澆筑前準備控制

(1)審查大體積混凝土專項施工方案，重點審查澆筑時間安排是否恰當，澆筑方案是否合理，測溫方案、養(yǎng)護方案、溫控方案是否可行，同時要求施工方委托專業(yè)資質單位建模對承臺施工大體積混凝土水化熱溫度場及溫度應力進行計算分析，提出相應的溫度控制措施以指導現場施工，保證本橋承臺大體積混凝土施工不出現裂縫。

(2)編制詳細的監(jiān)理實施細則和旁站監(jiān)理方案并向監(jiān)理人員交底，做到心中有數。

(3)組織總包、混凝土供貨單位召開專題會議，研討大體積混凝土施工注意事項，統(tǒng)一部署，分工明確，責任到人。明確前、后場責任人，加強配合、協(xié)調的管理，提高效率，保證混凝土連續(xù)澆筑，不間斷。

(4)要求施工方制訂混凝土試塊制作計劃和坍落度實測計劃，混凝土試塊每 200 m3制作 1 組，坍落度每 1 h 實測 1 次。

(5)檢查驗收測溫元件(溫度傳感器)是否嚴格按測溫方案設置并形成書面驗收記錄。

(6)通水檢查循環(huán)冷卻水管不得有漏水或阻塞現象，驗收合格后簽字確認。

4.5.3 混凝土澆筑

(1)澆筑方式?；炷翝仓绞讲捎眯泵娣謱?，薄層澆筑，循序退澆，一次到底連續(xù)施工的方法，分層厚度控制在30 cm～40 cm，旁站監(jiān)理人員注意嚴格控制混凝土澆筑分層厚度，以加快熱量散發(fā)，并使溫度分布較均勻，同時也便于混凝土振搗密實，上層混凝土覆蓋在下層混凝土初凝之前進行。督促施工人員及時移動混凝土輸送管，避免在一處多澆或漏澆，使分層之間出現冷接頭。

由于承臺達到 5 m，因此澆筑混凝土時應要求設置串筒，即在橡膠泵管端部再加接 1 根 3 m 長的泵管，拔開承臺上層鋼筋后將泵管伸入承臺底部輸送混凝土，以防混凝土自由落高過大造成混凝土離析。

(2)混凝土振搗。檢查督促施工人員嚴格按施工方案和操作規(guī)程振搗混凝土，插點應均勻排列，按順序振實，不得有欠振、過振和漏振，以表面呈現浮漿、平整和不再沉落為準，確?；炷辆鶆蚝兔軐?，提高混凝土的抗拉強度。

為了能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，應間隔 25 min 左右進行二次振搗以提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現的裂縫，增加混凝土密實度，提高其抗裂性。

(3)混凝土泌水處理。由于大體積混凝土澆筑時泌水較多，上涌的泌水順混凝土斜面下流到坑底，再至集水井，然后通過集水井內的潛水泵排出。

(4)混凝土收漿抹面。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結束后在初凝前進行 2 遍～3 遍的收漿作業(yè)，打磨壓實，以閉合混凝土的收縮裂縫，在混凝土初凝前，先用木抹子收漿抹面 2 次～3 次，之后用鐵抹抹面收漿壓平。對此，旁站監(jiān)理人員應及時檢查督促到位。

4.5.4 混凝土養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護是大體積混凝土裂縫控制的一個關鍵控制點，監(jiān)理應及時檢查督促施工方做好混凝土的養(yǎng)護工作。大體積混凝土的養(yǎng)護主要遵循“內降外?！钡脑瓌t，混凝土內部降溫主要采取冷卻水管通水的方式進行，冷卻通水從水管被混凝土覆蓋后開始，覆蓋 1 層通水冷卻 1 層，每個出水口流量控制在 16 L/min～20 L/min，冷卻水采用流動的下層河水?；炷帘砻姹嘏c養(yǎng)護：待混凝土初凝后在其表面及時覆蓋 1 層塑料薄膜和 2 層土工布進行保溫保濕養(yǎng)護，防止混凝土表面散熱過快。承臺側面混凝土養(yǎng)護：由于承臺四周有鋼板樁圍堰，因此，施工時將冷卻水管排出的溫水灌入其間，保溫效果良好。監(jiān)理應及時檢查冷卻水管是否及時通水，混凝土表面是否及時采取保溫保濕養(yǎng)護。

5 溫度監(jiān)控

5.1 溫控指標

依據相關規(guī)范并結合本工程特點，制定溫控指標如下：混凝土內部最高溫度≤75℃；混凝土內表溫差≤25℃；混凝土入模溫度≤25℃；冷卻水管進出口水的溫差≤10℃；冷卻水管內水溫與內部混凝土的溫差≤15℃；降溫速率≤2℃/d；蓄水養(yǎng)護水溫度與混凝土表面溫度的差值≤15℃。

5.2 溫度監(jiān)測

為及時跟蹤監(jiān)測，反饋數據，以信息化指導施工，動態(tài)掌握混凝土溫度變化情況，以便采取相應的防裂養(yǎng)護措施，監(jiān)理應要求委托有專業(yè)資質的第三方機構實施大體積混凝土的測溫工作，以保證測溫數據的準確性、公正性、及時性。同時應旁站見證每次測溫工作，督促每次測溫后立即匯總整理混凝土內部溫度場、溫差值，及時提醒施工單位做好承臺大體積混凝土的防裂養(yǎng)護措施。

5.3 混凝土入模溫度控制

5.3.1 原材料降溫措施

(1)關鍵要做好水泥的溫度控制，應要求使用冷卻后的庫存水泥，不得使用剛出廠的新鮮水泥。

(2)要求攪拌站在砂，石料倉和水泥罐上搭設涼堋，避免太陽光直接照射。

(3)要求攪拌站安排專人對碎石用冷水噴淋降溫。

(4)混凝土拌合水采用深井地下水，必要時摻入冰塊。

5.3.2 澆筑時間的選擇

(1)根據計算混凝土澆筑時間約需 38 h，為降低混凝土入模時的溫度，要求施工方選擇從氣溫較低的晚上開始澆筑，安排 2 個夜間和 1 個白天澆筑。

(2)組織總包單位對到達現場的每車混凝土進行測溫，發(fā)現溫度過高的退回混凝土攪拌站。

5.4 混凝土內部最高溫度控制

大體積混凝土內的實際溫度是一個由低到高又由高到低的過程?；炷劣伤嗨療嵋鸬膶嶋H溫升，遠比在絕熱條件下最終的溫升要小。當混凝土澆筑塊厚度在 5 m 及以上時，混凝土的實際溫升已接近于絕熱溫升，混凝土澆筑塊越厚，水化熱的溫升階段越長，最高溫度和峰值出現時間滯后，且持續(xù)時間較長。本橋承臺混凝土內部降溫采用通冷卻循環(huán)水進行，通水時間 8 d～10 d 左右，具體通水結束時間視混凝土溫升和溫降情況而定。

5.5 混凝土內外溫差控制

5.5.1 升溫階段

該階段混凝土內部散熱較慢，而表面敞開直接和大氣接觸，散熱較快，因此減小內外溫差應通過加快內部散熱、降低內部溫度和減緩外表散熱、加強表面保溫的方式來實現。因此，監(jiān)理應督促施工方及時通循環(huán)冷卻水以加快混凝土內部散熱、降低混凝土內部溫度；及時覆蓋保溫保濕養(yǎng)護來減緩混凝土表面散熱，加強混凝土表面保溫。

5.5.2 降溫階段

該階段主要督促施工方做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護工作，使混凝土緩緩降溫，以降低混凝土表面水分蒸發(fā)的速度，從而避免出現收水縫裂和溫度裂縫的現象。

5.6 混凝土降溫速率控制

混凝土降溫階段應督促施工方加強監(jiān)測混凝土內部降溫情況，當每天溫度降低超過 2℃ 時，應要求施工方采取措施間斷通循環(huán)冷卻水，同時在混凝土表面全部覆蓋進行保溫，防止混凝土表面散熱過快。

6 結 語

通過測溫單位提供的測溫數據及溫度變化曲線表明：混凝土內部最高溫度為 71℃，混凝土內表溫差保持在 22℃ 以內，降溫速率保持在 2℃ 以內，其他溫控指標均未超過規(guī)定值；同時組織業(yè)主、設計、施工等對承臺大體積混凝土進行專項外觀質量檢查，未發(fā)現有肉眼可見的裂縫，達到了大體積混凝土裂縫控制的目的。

[1] JTG/TF 50—2011,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[2] CJJ 2—2008,城市橋梁工程施工與質量驗收規(guī)范[S].