大體積砼結(jié)構(gòu)裂縫原因分析及施工控制技術(shù)

徐金華

摘 要：本文根據(jù)大體積承臺砼項(xiàng)目施工中出現(xiàn)的問題及采取的措施，論述了大體積砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因，提出了大體積砼結(jié)構(gòu)裂縫主要是由于水泥水化熱引起的砼結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差從而產(chǎn)生應(yīng)力作用，并結(jié)合工程實(shí)際情況采取積極措施，對類似大體積結(jié)構(gòu)物施工有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：承臺；裂縫；原因分析；施工控制

中圖分類號： U616+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-96-31 工程概況

校場路橋橋型布置為：航道西側(cè)引橋?yàn)?×20m簡支空心板、橋面連續(xù)；航道東側(cè)引橋?yàn)?×20m+2×16m+4×20m簡支空心板、橋面連續(xù)；主橋?yàn)槿?0m+70m+40m V型剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁，橋梁全長443.04m。主橋跨越東宗線航道（航道等級為Ⅱ級），主墩8#、9#墩由2塊斜板組成V型墩，墩上端與主橋箱梁固結(jié)，下端與基礎(chǔ)承臺固結(jié)，承臺左右幅連成整體，長26m，寬3.2m，高3m，下設(shè)6根直徑180cm的鉆孔灌注樁，承臺采用C55砼。

現(xiàn)場地勢較平坦，現(xiàn)為道路、農(nóng)田、旱地、河浜、塘等，場地表面普遍覆蓋一層松散的素填土層，該場地位于長江三角洲杭州灣北部，地貌上屬杭嘉湖沖積平原，屬第四系全新統(tǒng)海陸交互沉積帶。在素填土的上層因航道標(biāo)段先前施工，又重新被覆蓋了一層松散的粘土，厚度在40～80cm不等。該場地地下水埋藏總體較淺，實(shí)測鉆孔中穩(wěn)定地下水位的埋深為1.7～2.2m，該地下水性屬潛水類型，主要以大氣降水與地表水補(bǔ)給為主，并與河道水位形成動態(tài)平衡，在不同季節(jié)及氣候條件下水位略具變化，地下水年變化幅度在0.5～1.0米左右。場地上部地基土層中主要由素填土、粘性土及淤泥質(zhì)粘土組成，為弱透水性地層。

2 施工及監(jiān)測情況

本橋8#、9#主墩于5月底完成樁基施工，并通過樁基檢測均為Ⅰ類樁，8#墩承臺于7月26日進(jìn)行澆筑，砼澆筑施工完成后，6天時間內(nèi)一直進(jìn)行24h冷卻管通水，8月4日拆模，5日在西北側(cè)V肢下方承臺側(cè)面發(fā)現(xiàn)有豎向裂紋，針對該情況及時上報(bào)監(jiān)理、設(shè)計(jì)、指揮部，進(jìn)行跟蹤測量觀測，同時針對裂縫問題，于8月10日請專業(yè)檢測單位對裂縫進(jìn)行鑒定檢測。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，會同設(shè)計(jì)、監(jiān)理、指揮部對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出處理意見，形成采取控制措施，優(yōu)化承臺施工技術(shù)方案。于8月15日對9#墩承臺采用優(yōu)化后技術(shù)方案進(jìn)行了施工控制，通過再增設(shè)一層冷卻水管（由“？奐”型→“己”型），澆筑完成后通水時間加長，并采用冰塊降低進(jìn)水溫度，以盡可能減小承臺內(nèi)外溫差；嚴(yán)格控制砼坍落度，澆筑砼時承臺上部多開下料口，保證砼入模質(zhì)量；澆筑完成后在構(gòu)件表面覆蓋養(yǎng)護(hù)毛氈進(jìn)行表面保溫等一系列措施，8月底拆模后承臺總體情況良好。

3 承臺裂縫理論分析及控制措施

混凝土構(gòu)件在施工過程中，由于水泥的水化作用和拌合水蒸發(fā)產(chǎn)生內(nèi)部失水收縮變形，結(jié)構(gòu)內(nèi)部釋放熱量，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)物表面伸縮裂縫。砼構(gòu)件的收縮量主要取決于水泥品種、用量和水灰比，以及構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸、內(nèi)部配筋等。

根據(jù)現(xiàn)場檢測、調(diào)查、分析，及檢測單位提供檢測數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?/p>

①由于V肢預(yù)埋鋼筋及鋼絞線數(shù)量較多，對承臺側(cè)面鋼筋承壓較大，致使承臺內(nèi)箍筋受壓，向承臺內(nèi)側(cè)有撓度彎曲，造成鋼筋保護(hù)層偏大，設(shè)計(jì)保護(hù)層3.3cm，而裂縫處實(shí)際保護(hù)層達(dá)5.7cm；

②由于砼下料時是從承臺中間頂部進(jìn)料（距側(cè)面1.5m），且砼坍落度比較低，承臺側(cè)面砼經(jīng)過振動棒振搗后，側(cè)面鋼筋保護(hù)層粗骨料偏少，水泥漿偏厚；

③裂縫所處位置正好是樁基外沿和V肢預(yù)埋鋼筋部位，承受上下兩個力的約束，此處屬于受力薄弱區(qū)；

④在8#墩承臺內(nèi)部只設(shè)置了“？奐”型冷卻管，使得承臺砼內(nèi)、外部溫差偏大，水熱化影響明顯。最后，經(jīng)各方認(rèn)真討論分析，判斷該裂縫屬于大體積砼收縮、徐變產(chǎn)生的伸縮裂縫，不是主體受力裂縫，對主體質(zhì)量影響不大。

大體積砼裂縫的產(chǎn)生，主要是由于水泥水化熱引起的內(nèi)外溫差從而產(chǎn)生應(yīng)力作用。為了減少水泥水化熱對砼的影響，在吸取8#承臺經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，在9#承臺內(nèi)加設(shè)冷卻管（圖一），施工時預(yù)埋循環(huán)冷卻鍍鋅自來水管，并在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾脺y溫孔。冷卻管采用Φ25鍍鋅自來水管，在承臺中部設(shè)置一層，距承臺底1.3m，橫向成“己”字型布置間距1.0m，溫度測點(diǎn)布置3處，承臺中間設(shè)置1處，左右幅中間各設(shè)置1處，測溫儀精度為0.5級，砼溫度峰值出現(xiàn)前每3h觀測一次，峰值出現(xiàn)后每6h觀測一次，做好記錄。

砼澆注完成達(dá)到終凝后，進(jìn)行承臺頂面覆蓋，保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不小于7d。冷卻管水循環(huán)自砼開始澆筑時開始，保持水循環(huán)。在承臺內(nèi)外溫差相差較大時，如8月18日中午出現(xiàn)內(nèi)部溫度明顯增加時，采用冰塊降低進(jìn)水溫度及加快冷卻水流速，增大承臺內(nèi)部熱量的散發(fā)，降低承臺內(nèi)外溫差；在持續(xù)通水冷卻7天后，8月23日承臺內(nèi)部溫度降低為41℃，同外界常溫35℃基本達(dá)到內(nèi)外溫差平衡，冷卻管降溫達(dá)到預(yù)期目的，8月25日開始拆模（見測溫記錄表）。8月底模板拆除后，承臺表面外觀滿足施工規(guī)范要求，無明顯應(yīng)力裂縫，最后在冷卻管中壓入同強(qiáng)度摻微膨脹劑的水泥漿。

4 大體積砼施工注意以下幾方面控制

4.1 材料控制

①水泥：在大體積砼施工中，因普通水泥水化熱較高，在砼內(nèi)部溫升較大，與砼表面產(chǎn)生較大的溫度差，容易使構(gòu)件受內(nèi)外應(yīng)力影響引起溫度裂縫，因此采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號P.S425，并通過摻加適量的外加劑改善砼的性能，提高砼的抗?jié)B能力。

②粗細(xì)骨料：選用級配良好粒徑5-31.5mm、含泥量不大于1%的碎石，并選用平均粒徑大于0.5mm，含泥量不大于5%的中粗砂，用以拌制和易性良好、抗壓強(qiáng)度較高的砼，同時適當(dāng)減少用水量及水泥用量，使水泥水化熱減少、降低砼內(nèi)部溫升，以減少應(yīng)力收縮。

③粉煤灰：該承臺采用的泵送砼澆筑，為改善砼和易性摻加適量的粉煤灰。按照施工規(guī)范要求和施工配合比試驗(yàn)，每立方米砼摻加不超過15%粉煤灰量，對水化熱、改善砼和易性有利。

4.2 控制拌合溫度

對砼拌合溫度影響最大的是骨料和水的溫度，由于施工期間屬夏季，對砂、石料堆場設(shè)置遮陽棚，拌合用水采用自來水。

4.3 降低砼入模溫度

砼拌制完成后，盡量縮短砼運(yùn)輸時間，同時在砼中根據(jù)審批配合比摻入適量緩凝劑，澆筑過程中采取薄層澆灌，以加快澆注期間熱量的散發(fā)，并在泵車水平輸送管上覆蓋草袋及噴淋冷水。

4.4 砼的施工

選擇合理澆筑方案，澆筑時采用“斜面分層、薄層澆筑、連續(xù)推進(jìn)、一次到頂”的方案。在施工中注意提高施工質(zhì)量，增強(qiáng)砼抗裂性能，根據(jù)澆筑面積確定攪拌、運(yùn)輸、振搗能力，保證連續(xù)均勻，避免出現(xiàn)過多施工縫和薄弱層面，澆筑時沿橫橋向從一端向另一端斜坡分層向前澆筑，均勻下料，自下而上使砼搗固密實(shí)，保證砼的整體性和強(qiáng)度，提高抗裂強(qiáng)度，并在砼初凝前和砼預(yù)沉后，采取二次抹面壓實(shí)措施。

4.5 砼的養(yǎng)護(hù)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，大體積砼內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，可有效避免砼構(gòu)件出現(xiàn)溫度收縮裂縫，為此采取了以下措施：

①盡快排出砼內(nèi)部熱量，降低砼內(nèi)部溫度。在砼澆筑開始后不間斷換冷水循環(huán)散熱，直至砼內(nèi)外溫差降至25℃以下，最后待砼達(dá)到養(yǎng)護(hù)期后，用高標(biāo)號水泥漿將冷卻管灌漿封孔。

②在承臺砼表面采取保溫措施，承臺四周采用砼側(cè)模作外模保溫，同時在砼頂面采取覆蓋草袋或養(yǎng)護(hù)毛氈，控制砼內(nèi)外溫差及表面與空氣溫差，做好早期養(yǎng)護(hù)，提高早期強(qiáng)度和抗裂性，避免出現(xiàn)深層裂紋和減少表面裂紋。

5 結(jié)束語

大體積砼構(gòu)件在現(xiàn)階段工程建設(shè)中有較大應(yīng)用，且多為受力主件，對單位工程能否順利安全施工影響巨大。為此，采取有利措施、優(yōu)化施工技術(shù)方案，控制因水化熱引起的應(yīng)力裂縫，對保證大體積砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)、安全、按期交付下一道工序起到至關(guān)重要的作用，本工程的應(yīng)用也對類似工程起到借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉吉士，張俊義，陳玉軍.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 潘立.關(guān)于砼結(jié)構(gòu)裂縫問題的思考[J].工業(yè)建筑，

2000，30（5）.