大體積混凝土的施工控制措施

摘 要：文章以某大型橋梁拱座的混凝土澆筑為例，分析大體積混凝土的裂縫成因，并從材料選擇、施工過程、施工方法、施工工藝、裂縫修補(bǔ)等方面探討大體積混凝土的裂縫控制措施，以期對相關(guān)工程建設(shè)中大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工控制具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；施工；裂縫；控制措施；橋梁拱座

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，高速鐵路、公路、山區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)等大力開展，工程建設(shè)中大體積混凝土結(jié)構(gòu)不勝枚舉，所謂大體積混凝土按原有國家標(biāo)準(zhǔn)定義“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體中最小尺寸≥1m的結(jié)構(gòu)部位”，業(yè)內(nèi)認(rèn)為以尺寸的大小來定義容易導(dǎo)致忽視溫度收縮裂縫及防止裂縫產(chǎn)生而采取的施工要求，因此以“體積大至需要采取措施防止因水化溫升起體積變化而導(dǎo)致裂縫的混凝土”來定義，這些定義的存在無疑都在指向大體積混凝土最大的弊端及最值得深入研究探討的關(guān)鍵問題即水化熱導(dǎo)致的有害裂縫。

大型橋梁的施工技術(shù)難度大、施工周期長，施工環(huán)境惡劣，其中以拱橋尤甚，而拱橋的拱座施工直接影響橋梁的施工質(zhì)量和后期橋梁的安全使用，需要引起極大重視。文章以大型橋梁的拱座施工控制來鋪陳大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，以有針對性地提出在工程建設(shè)過程中對其施以有效的控制措施。

1 工程概況

該大型橋梁位于四川省攀枝花市，是聯(lián)系金沙江兩岸的大型拱橋。以該大橋的2#、3#橋墩拱座基礎(chǔ)為例，兩拱座均采用豎、斜灌筑砼樁基礎(chǔ)，拱座按左、右幅分離式設(shè)計，單幅拱座橫橋向?qū)挾?2.0m，拱座高度為8.12m，拱座底面標(biāo)高為982.588m，采用C40混凝土，一個墩拱座一次性澆筑混凝土方量為708m3。該拱座混凝土一次性澆筑方量大，施工技術(shù)要求比較高，因此需要從材料選擇、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的工作，保證拱座大體積混凝土順利施工。

2 大體積混凝土裂縫的成因

目前，學(xué)術(shù)界對大體積混凝土裂縫的成因已有較深入研究，根據(jù)大量的工程建設(shè)實(shí)例將其成因分成以下3種：（1）水化溫升高，體積變化大?；炷馏w積越大，混凝土澆筑初期水泥水化產(chǎn)生的熱量越不容易散發(fā)，使混凝土的溫度越升高，體積越大的混凝土構(gòu)件越容易直接導(dǎo)致裂縫的生成。（2）受約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力。工程建設(shè)中的混凝土構(gòu)件在外部結(jié)構(gòu)構(gòu)件或混凝土內(nèi)力的約束下極易產(chǎn)生收縮裂縫。（3）混凝土抗拉能力低。混凝土作為典型的脆性材料，其抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/20-1/10，在溫度變形時產(chǎn)生拉應(yīng)力極易超過抗拉強(qiáng)度極限值而導(dǎo)致裂縫。

上述三種原因的存在，使得大體積混凝土極易產(chǎn)生裂縫成為不容推翻的事實(shí)，因此，根據(jù)裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的危害性及裂縫的成因應(yīng)當(dāng)提出相應(yīng)的裂縫控制措施。

3 大體積混凝土裂縫的防治措施

大體積混凝土裂縫的防治工作應(yīng)當(dāng)以預(yù)防為主，混凝土施工過程應(yīng)在國家規(guī)定和相關(guān)規(guī)范的約束下進(jìn)行合理的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)，盡量避免裂縫的形成和開展。

根據(jù)引述的裂縫成因，不難得出大體積混凝土的裂縫控制措施：（1）合理選擇材料，減少溫度變形。材料的選擇包括選擇水化熱低的水泥；級配良好的粗骨料；粉煤灰對水化熱、改善混凝土和易性有利可適當(dāng)加入；還可以加入能降低水化熱的其他外加劑。（2）消除或降低約束。內(nèi)部約束無法消除；外部約束主要取決于基巖或老混凝土的彈性模量，彈性模量越大約束越高。（3）合理地進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)和溫度控制。養(yǎng)護(hù)的主要任務(wù)是保持適宜的溫度和濕度、控制內(nèi)外溫差，以達(dá)到防止裂縫的目的，配置不同的混凝土養(yǎng)護(hù)各有要求。（4）合理的澆筑過程。引述拱座混凝土澆筑采用HB60C輸送泵進(jìn)行輸送，分層澆筑和分層振搗密實(shí)，分層厚度在50厘米以內(nèi)，混凝土在從拱座頂面往下放時用漏斗加串筒，保證混凝土出口面到混凝土澆筑面的高度≤2.0m，在第一層混凝土尚未初凝前將第二層混凝土覆蓋上去的方法施工?；炷翐v實(shí)采用插入式振搗器，振搗器直徑采用7cm振搗器，數(shù)量為8臺，來滿足混凝土澆筑需要。

大體積混凝土的裂縫雖以預(yù)防為主，但裂縫一旦產(chǎn)生，也應(yīng)當(dāng)及時對其進(jìn)行修補(bǔ)以免造成裂縫的開展甚至危害結(jié)構(gòu)安全，裂縫的修補(bǔ)措施根據(jù)不同程度的裂縫不盡相同，主要有表面覆蓋法、開槽法、低壓灌漿法、仿生愈合法等。

引述工程實(shí)例施工效果：拱座混凝土澆筑從材料選擇、混凝土配合比、現(xiàn)場準(zhǔn)備工作、澆筑方案、降溫措施、溫度監(jiān)測、后期養(yǎng)護(hù)等幾方面作出明確規(guī)定并嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行有序施工，經(jīng)近40天觀察，混凝土表面未出現(xiàn)裂縫，可見相應(yīng)控制措施對裂縫的預(yù)防是行之有效的。

4 目前大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工的不足

雖然大體積混凝土的防治工作已有長足發(fā)展，但其中尚有諸多不足之處：（1）外加劑的種類很多其適用范圍有待完善，如膨脹劑、緩凝劑、減水劑三種均有利于防止裂縫但其原理不盡相同；外加劑的用量有待明確等。（2）裂縫控制措施的研究還需進(jìn)一步深入，以纖維為例，纖維的摻入可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度從而有效控制裂縫，但其應(yīng)用方面卻嚴(yán)重不足僅局限在特殊結(jié)構(gòu)的使用中。（3）工程建設(shè)過程中施工流程管理不力，導(dǎo)致裂縫預(yù)防效果不顯著。

5 結(jié)語

對于類似橋梁拱座混凝土施工，必須結(jié)合施工的實(shí)際情況，制定科學(xué)合理、方便可行的施工方案，從材料選擇上、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分準(zhǔn)備，保證大體積混凝土順利施工、防止或有效減少裂縫的產(chǎn)生，最大程度保證施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。

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作者簡介：曾昭蓉（1988- ），女，攀枝花學(xué)院，助教，研究方向：土木工程與地質(zhì)災(zāi)害防治中的力學(xué)問題。