橋梁大體積混凝土承臺施工溫度控制技術(shù)分析

鄧福乾

（貴州路橋集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

混凝土是一種高脆性建筑材料，具有抗裂性差、抗拉強度低的特點。在工程建設(shè)中通常不考慮混凝土的拉伸作用。根據(jù)現(xiàn)行的澆筑技術(shù)規(guī)范，混凝土柱、樓板、剪力墻等部位施工后，無法避免地會出現(xiàn)一些裂縫[1]。為避免鋼筋銹蝕，必須從防裂措施入手，確保裂縫長度符合規(guī)范要求，盡量減小裂縫寬度[2]。面對工程建設(shè)總量的快速增長，施工單位不能合理控制大體積混凝土施工和硬化過程中的高溫裂縫，裂縫問題就會加劇，會威脅鋼筋質(zhì)量，對整個工程的施工質(zhì)量也有很大的不利影響。為滿足工程的施工要求，應(yīng)把大體積混凝土中高溫裂縫的合理控制作為關(guān)鍵內(nèi)容。

1 工程概況

納雍至興義高速公路納雍至晴隆段是國家高速公路橫線G76（廈門— 成都）的聯(lián)絡(luò)線（G7612），該線起于納雍，經(jīng)六枝特區(qū)、晴隆，終于興義汕昆高速公路，依次連接杭瑞、廈成、滬昆和汕昆四條國家高速公路，形成了我國西南地區(qū)一條重要的南北聯(lián)絡(luò)線。第T10 合同段起訖里程為YK84+605～YK86+650/ZK84+585.347～ZK86+640，按雙向六車道設(shè)計，分離式橋面寬度為16.55 m，主要工程量有橋梁2 024 m/1 座（六枝特大橋），如圖1 所示。

圖1 橋基礎(chǔ)平面

六枝特大橋納雍岸引橋起點至ZK84+789.478/YK86+100.243 段位于分離式路基段上，左線位于R=6 500 m的圓曲線及直線段上，右線平面位于直線段；縱面位于2.5%的下坡段上；上部構(gòu)造采用40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土先簡后支連續(xù)T 梁，5 號過渡墩采用變截面空心薄壁墩，0號橋臺采用樁柱式橋臺。六枝特大橋主橋上部構(gòu)造采用（166+3×320+166）m=1 292 m 預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式連續(xù)剛構(gòu)箱梁，主橋中心樁號ZK85+435.979/YK85+455.000，6#～9#主墩采用雙肢變截面空心薄壁墩。A 匝道橋（中心樁號：AK0+199.202）平面位于直線+緩和曲線段上，縱斷面位于R=1 500 m 的凹曲線、i=3.722%上坡段上。上部構(gòu)造采用2×30 m 預(yù)制T 梁。橋臺采用U 臺配群樁基礎(chǔ)。B 匝道橋（中心樁號：BK0+321.202）平面位于緩和曲線+R=55 m 的緩和曲線+左偏圓曲線+緩和曲線+直線段上，縱斷面位于i=-1.350%下坡、R=1 600 m 的凸型曲線、i=-3.991%下坡、R=1 400 m 的凹型曲線段上。該橋采用（36 m+3×38 m）+3×30 m 鋼箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁組合橋形式；橋臺采用U 臺配群樁基礎(chǔ)。L 連接橋1 號橋（中心樁號：LK0+643）平面位于緩和曲線+R=120 m 的右偏圓曲線+緩和曲線段上，縱斷面位于i=-4%下坡段上。該橋采用9×20 m 預(yù)制T 梁；橋臺采用U 臺配群樁基礎(chǔ)。L 連接橋2 號橋（中心樁號：LK3+442.500）平面位于緩和曲線+R=200 m 的左偏圓曲線+緩和曲線段上，縱斷面位于i=4%上坡段上。該橋采用5×20 m+19 m 預(yù)制T梁+現(xiàn)澆箱梁；橋臺采用U 臺配群樁基礎(chǔ)。

混凝土熱性能參數(shù)如表1 所示。

表1 混凝土熱性能參數(shù)

2 混凝土溫度和應(yīng)力模擬分析及控制措施

2.1 溫度分析

混凝土溫度分析主要是分析水化熱的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和損失。工程中混凝土閥門基礎(chǔ)的限制，重點研究基巖對混凝土閥門基礎(chǔ)的可能影響?；炷翜囟葢?yīng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)亟晖谄骄鶞囟冗x擇，如圖2 所示。混凝土發(fā)生水化反應(yīng)后，水溫迅速上升，混凝土結(jié)構(gòu)中積累了巨大的熱能。達(dá)到峰值65.8 ℃后進入冷卻階段，溫度逐漸降低。

圖2 混凝土熱源變化曲線圖

2.2 應(yīng)力分析

溫度的變化會改變混凝土的應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂，重點研究溫度在不同時期對混凝土拉應(yīng)力的影響。研究表明，壓力在72 h 前起主導(dǎo)作用。邊緣位置提前進入冷卻階段，角部應(yīng)力的變化也比較明顯。隨著溫度逐漸下降，拉伸應(yīng)力也增加?，F(xiàn)階段做好保溫養(yǎng)護工作，盡量降低混凝土的上、下溫度。

3 大體積混凝土澆筑施工計劃及流程

3.1 施工計劃

降低大體積混凝土施工完成后開裂的概率，提前預(yù)防及分析易發(fā)生混凝土開裂的因素，提前制定一系列預(yù)防措施，重點做好施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工。在混凝土施工過程中，需要做以下工作：

（1）在混凝土構(gòu)件中預(yù)安裝水循環(huán)過程中的冷卻管，有效處理一般區(qū)域內(nèi)混凝土內(nèi)部溫度不合理的問題。

（2）觀察并記錄溫度，在混凝土表面灑水。在混凝土上下溫度基本穩(wěn)定的前提下，移除保溫層。

（3）鑒于混凝土材料供應(yīng)不及時，澆筑現(xiàn)場道路混亂，為澆筑機械的正常運行清理出一條暢通的道路，保證混凝土澆筑工程的有效進行[3]。

（4）定期控制原材混凝土溫度?；炷辽舷聹囟瓤刂圃?5 ℃以內(nèi)，混凝土表面溫度與大氣溫度之差控制在20 ℃以內(nèi)。當(dāng)溫度失控應(yīng)及時采取相應(yīng)的溫度控制措施。

3.2 施工流程

在大體積混凝土澆筑階段，溫度控制不當(dāng)是導(dǎo)致混凝土裂縫的主要因素，嚴(yán)重時會降低混凝土的結(jié)構(gòu)承載力。對大體積混凝土澆筑過程中存在的問題及處理對策進行了研究。大批量混凝土澆筑的實施需要高度重視混凝土的質(zhì)量和影響混凝土溫度的各種因素。研究在出現(xiàn)熱現(xiàn)象時的應(yīng)對措施，避免處理不當(dāng)導(dǎo)致的裂縫問題。大體積混凝土的澆筑過程包括：

3.2.1 科學(xué)配比混凝土原料

具體項目施工前，施工單位應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況制定項目施工計劃，明確施工計劃的前提下，準(zhǔn)備滿足施工要求的混凝土原材料。施工中，骨料粒徑的控制是一項重要內(nèi)容。連續(xù)級配粒度必須控制在10～40 mm，中砂直徑必須控制在2～8 mm，才能達(dá)到混凝土骨料的攪拌條件?；炷辽媳鹊挠行Ч芾碛兄跍p少混凝土裂縫的發(fā)生。澆筑前應(yīng)對混凝土的各項技術(shù)指標(biāo)進行嚴(yán)格測試。

3.2.2 應(yīng)用控溫設(shè)備

在保證鋼板溫度滿足規(guī)范要求的前提下，也要嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力引起的膨脹和收縮，該工程主要采用直徑為16 cm、25 cm、32 cm 的鋼筋，現(xiàn)場溫控措施為溫度傳感器智能控溫，設(shè)備的精準(zhǔn)溫控，抵消了溫度應(yīng)力的影響，具有增強混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用。

3.3 合理降低混凝土制備的混凝土用量

混凝土配制過程中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范合理控制混凝土的摻量，根據(jù)混凝土配制的相關(guān)參數(shù)向混凝土中適當(dāng)摻入粉煤灰，避免水化熱的形成，減少混凝土中高溫應(yīng)力的產(chǎn)生。

3.4 分層分段澆筑

體積較大的混凝土澆筑，一般采用分層澆筑的方法，一次性施工會因溫度應(yīng)力的增加而形成大量裂縫。為保證大體積混凝土的高質(zhì)量澆筑，嚴(yán)格根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況制定最佳的澆筑方案，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和程序進行大體積混凝土的澆筑[4]。合理控制混凝土的運輸時間，避免運輸時間過長導(dǎo)致混凝土凝結(jié)或離析，從而避免裂縫的發(fā)生?；炷吝\至施工現(xiàn)場后，工作人員應(yīng)及時檢查混凝土的坍落度，如不合格將影響混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑質(zhì)量?；炷烈啄蹋{(diào)整外加劑以達(dá)到緩凝效果，確保下層混凝土初凝前完成上層混凝土澆筑，澆筑工作必須連續(xù)進行，防止分層澆筑產(chǎn)生冷縫。完成混凝土施工后，應(yīng)對頂面進行收面，在終凝前進行二次收面，完成二次收面后立即覆蓋土工布并灑水保濕，防止表面溫度降低和裂縫的發(fā)生。通過現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，采用土工布覆蓋灑水保濕的養(yǎng)護效果比使用塑料薄膜或養(yǎng)護劑涂層效果更佳。混凝土養(yǎng)護期間，根據(jù)環(huán)境氣溫確定是否需要采取保溫措施，采用保溫措施時，保溫覆蓋層需要當(dāng)混凝土表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20 ℃時，方可拆除。

3.5 強化混凝土施工的裂縫控制

后澆帶是指根據(jù)建筑設(shè)計和施工單位標(biāo)準(zhǔn)的要求，在適當(dāng)部位預(yù)留混凝土帶，以避免現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件因收縮或沉降不均勻而形成有害裂縫。當(dāng)澆筑帶在混凝土完工后振動時，通常采用補償收縮的方法來完成裂縫控制。這種方法的應(yīng)用對混凝土的溫度有嚴(yán)格的要求?；炷羶啥讼嗖钐?，會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的不平衡沉降。在混凝土澆筑的過程中，進行混凝土控制，以避免混凝土澆筑后混凝土兩端的強度差。分層澆筑法是減小混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差的主要措施。

防止因振動力過大而產(chǎn)生裂縫，混凝土施工需要使用合適的振動機械。過度振搗混凝土?xí)?dǎo)致粗骨料沉降和混凝土飛濺，混凝土分布不平衡，過振會出現(xiàn)表面浮漿，浮漿抗裂性較差。此類裂縫問題的處理，需要從以下幾個方面入手：

（1）已進入止水帶的部位，為了避免銹蝕影響鋼板質(zhì)量，需要及時清除其上的灰塵和積水[5]。

（2）未安裝鋼板止水帶的位置，應(yīng)在其上粘貼橡膠止水帶。

（3）混凝土標(biāo)號的選擇必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行，在澆筑混凝土之前，為保證新舊混凝土能良好黏結(jié)，最有效措施是通過優(yōu)化配合比調(diào)整外加劑從而延長混凝土緩凝時間，在下承層混凝土初凝前澆筑完成上承層混凝土。

（4）發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫內(nèi)有積水，應(yīng)及時清除積水及其中的沉淀物，防止沉淀物長期堆積腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)層。

4 大體積混凝土施工過程中溫度裂縫優(yōu)化措施

4.1 采用溫度鋼筋的控制技術(shù)

采用高溫鋼筋孔徑材料控制技術(shù)的主要價值是使用過程中抑制裂縫。在施工階段，對混凝土表面積，單向設(shè)置能防止裂縫的高溫鋼筋大直徑材料，當(dāng)直徑達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時，配筋率控制在0.1%以上，盡量使用較小的鋼筋孔徑，以便抑制建筑構(gòu)件中高溫應(yīng)力引起的熱膨脹和收縮。在實際施工過程中，鋼筋材料的孔徑應(yīng)控制在5～12 mm，鋼筋孔徑與鋼筋材料的合理間隙應(yīng)為90～140 mm，從而消除高溫應(yīng)力引起的熱危害，確保混凝土表面的熱平衡。鋼筋的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體特點嚴(yán)格控制。將獨立的抗拉鋼筋材料設(shè)置為搭接或錨固在周邊修建的相關(guān)結(jié)構(gòu)區(qū)域。

4.2 溫度控制技術(shù)的運用

控制結(jié)構(gòu)裂縫施工應(yīng)加強冷卻技術(shù)在施工過程中的應(yīng)用，預(yù)防和控制可能出現(xiàn)的裂縫。為提高建筑構(gòu)件的熱穩(wěn)定性，工程技術(shù)人員需要在施工過程中正確使用水循環(huán)冷卻技術(shù)，在建筑構(gòu)件的中、下部區(qū)域布置供熱管，使循環(huán)冷卻水注入，以降低組件中的高溫。在結(jié)構(gòu)外部設(shè)置能夠保持溫度和濕度的保護材料。在外表面結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)隔熱保濕膜，以保證結(jié)構(gòu)外部區(qū)域的溫度和濕度，通過技術(shù)手段將結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差控制在20～25 ℃，防止結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫。采用冷卻水技術(shù)時，后澆鋼筋不會斷開，屬于鋼筋加密設(shè)置部分，為確保一次澆筑完成，鋼筋綁扎工作必須按照相應(yīng)施工參數(shù)的要求完成，避免鋼筋結(jié)構(gòu)在支模和澆筑時出現(xiàn)偏差，保證施工安全。

4.3 加強混凝土的養(yǎng)護管理

（1）進行保溫保濕保養(yǎng)?；炷翝仓瓿珊?，進入混凝土保護階段。在混凝土構(gòu)件的管理和維護過程中，必須在構(gòu)件表面涂覆保溫材料進行保護。養(yǎng)護材料主要分為三層，即一層土工布、一層塑料膜和一層土工布。土工布和膠膜能保證土工布中的水分盡量不流失，使混凝土表面長期保持濕潤，防止混凝土干縮裂縫的發(fā)生。微膨脹劑的補償收縮效應(yīng)也能在一定程度上提高混凝土結(jié)構(gòu)的強度。

（2）合理延長拆模日期和養(yǎng)護時間。主要是減少混凝土內(nèi)部的溫降，減少混凝土的降溫時間和冷卻速度，使混凝土表面長期保持濕潤，提高混凝土的抗拉強度。拆模時，為避免混凝土表面溫度急劇下降，混凝土構(gòu)件的內(nèi)表面溫度必須控制在20 ℃，控制表面溫差在15 ℃以內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)致大體積混凝土開裂問題的因素大多來自不合理的施工操作，大體積混凝土的開裂問題嚴(yán)重影響整體施工結(jié)構(gòu)質(zhì)量，導(dǎo)致整個工程無法滿足安全和穩(wěn)定性的要求，危及建筑和人民的人身安全。必須合理運用溫度裂縫控制技術(shù)，結(jié)合工程特點，選擇針對性的預(yù)防措施，以滿足工程的最終施工目標(biāo)。