巖基上大體積鋼筋混凝土的防裂措施

黨文文，薛成攀，付振國

（1.山東省水利工程局有限公司，山東 濟南 250013；2.青島瑞源工程集團有限公司，山東 青島 266555）

在山區(qū)水庫工程中，溢洪道底板混凝土不但厚度大，并且都澆筑在巖基斜坡上，形成巖基上的大體積混凝土。由于其受力條件嚴苛，必須采取措施防止混凝土裂縫，才能提高其使用壽命。下面以金蘭水庫溢洪道底板混凝土（厚度1.0 m，巖基坡度1∶3） 施工為例闡述巖基上大體積鋼筋混凝土的防裂措施。

1 大體積混凝土開裂的原因

由于大體積混凝土硬化過程中大量水化熱的存在，在升溫階段，新混凝土的體積膨脹，因受到基礎(chǔ)的約束產(chǎn)生受壓的溫度應(yīng)力，但此時混凝土齡期短，抵抗壓應(yīng)力值很低，易產(chǎn)生開裂；而在降溫階段，新混凝土的體積產(chǎn)生收縮，因受到基礎(chǔ)的約束產(chǎn)生溫度拉應(yīng)力，當此拉應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強度時，或受拉變形超過其極限拉伸能力時，也會產(chǎn)生開裂。即大體積混凝土的開裂，主要是由約束、干縮、溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力的造成的。預(yù)防混凝土開裂，一方面要提高混凝土自身的強度和抵抗變形的能力；另一方面應(yīng)在設(shè)計、施工中采取措施，控制施工溫度變化、改善約束條件等，預(yù)防裂縫產(chǎn)生。

2 預(yù)防大體積混凝土開裂設(shè)計措施

2.1 設(shè)置錨桿，加強混凝土在斜坡上的穩(wěn)定性

由于混凝土具有一定的流動性，溢洪道底板混凝土在斜坡上澆筑時容易下滑，因此設(shè)置一定數(shù)量的錨桿并與鋼筋籠固定，減輕混凝土的滑動，防止混凝土產(chǎn)生裂縫。

在錨桿設(shè)置時，應(yīng)根據(jù)斜坡坡度、混凝土厚度、混凝土分塊大小、分層等因素確定。本工程設(shè)計采用Φ25 mm 錨筋，垂直坡面插入巖石深度0.5 m，分布間距2.5 m×2.5 m。注意錨桿布置不能過密，防止對鋼筋混凝土產(chǎn)生過大的約束。

2.2 設(shè)置排水溝，引出巖基上的滲水

由于巖基存在裂隙及破碎帶，在水庫蓄水一定高程時就可能產(chǎn)生滲水，如果不及時排出，產(chǎn)生一定壓力，就會影響上部混凝土的穩(wěn)定，甚至引起引起混凝土裂縫，因此有必要設(shè)置排水溝及排水管及時將滲水引到底板表面。

根據(jù)混凝土施工分塊設(shè)置，每道施工縫下設(shè)置100 mm×100 mm 的排水溝，縱橫方向相互連通，滲水點密集的地方適當加密；下部水平段橫向每米設(shè)置一根Φ50 mm 的豎向排水管，將滲流引到混凝土底板表面，排除滲水對混凝土的破壞。

2.3 設(shè)置碎石緩沖層，減少巖基對混凝土的約束

混凝土溫度變形受到約束是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，在巖基上澆筑混凝土設(shè)置緩沖層、減小巖基對新混凝土的約束非常必要，同時也有利于巖基滲水的集中與引出。本工程在巖基面的處理基本平整基礎(chǔ)上設(shè)置200 mm 厚20～40 mm 的卵石墊層。

2.4 優(yōu)化配合比，增強變形能力

1）水泥，采用礦渣硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥，中、低熱硅酸鹽水泥等，水泥中鋁酸三鈣的含量不宜大于8%，80μm 方孔篩余不應(yīng)大于1%。

2）骨料。粗骨料，宜選用粒徑較大的粗骨料，其含泥量不應(yīng)大于0.7%；細骨料，宜選用中粗砂，其含泥量不應(yīng)大于3%。

3） 礦物摻合料。大體積混凝土宜摻加粉煤灰、?；郀t礦渣粉等礦物摻合料，減少水泥用量降低水化熱；同時也能提高混凝土的工作性、耐久性和強度。粒化高爐礦渣粉的比表面積宜為400～450 m2/kg；摻加粉煤灰時應(yīng)選用I 級或II 級粉煤灰。本工程摻加I 級粉煤灰。

4）外加劑，宜摻加引氣劑和緩凝型高效減水劑。其中減水劑，能改善混凝土的和易性，降低泌水性，相同流動性時可顯著減少混凝土的拌合用水，降低水灰比及水化熱峰值，有利于裂縫控制。

5） 大體積混凝土配合比設(shè)計宜采用較小的砂率和塌落度。本工程（C25W6F50）采用C25 鋼筋混凝土，防滲等級W6、抗凍等級F5，連續(xù)級配；砂率37%，塌落度100～120 mm；摻加20%粉煤灰等量取代水泥；同時摻加聚丙烯纖維，增強混凝土的抗裂能力等。

6）設(shè)置后澆帶。防止結(jié)構(gòu)不均勻沉降或面積過大溫度變化超差引起混凝土收縮開裂。本工程在新澆混凝土與原閘底板之間設(shè)置1 000 mm 寬的后澆帶，鋼筋連續(xù)，澆筑時間滯后20 d。

3 優(yōu)化施工工藝，預(yù)防裂縫產(chǎn)生

3.1 合理進行溫度控制

1）控制出機口溫度，保證混凝土澆筑溫度在5～30 ℃。熱天采取加冰冷卻拌合水，盡量選擇較低氣溫時段澆筑混凝土，降低骨料、水泥溫度；在混凝土運輸工具上覆蓋麻袋，并經(jīng)常噴灑冷水降溫等措施。冷天施工時，出機口溫度宜采用料場覆蓋和拌合水加熱等措施進行控制。

2）控制混凝土內(nèi)部最高溫度，保證混凝土內(nèi)部最高溫度不高于70 ℃。主要措施包括降低澆筑溫度；準確控制緩凝劑摻入量，延緩混凝土的凝結(jié)時間；分層、分塊澆筑；在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管等。本工程施工中，主要采取溫控措施，分塊澆筑，控制每一混凝土塊的分層厚度，及澆筑速度，加強混凝土內(nèi)部散熱。

3）控制混凝土表面溫度，保證混凝土內(nèi)表溫差不大于25 ℃?？刹捎没炷帘砻姹鼗蚪禍氐姆椒?，使混凝土內(nèi)外溫差降低。常用的保溫材料有棉氈、草袋、濕砂、鋸末等。本工程冷天施工，氣溫較低時，采用鋪棉氈覆蓋塑料布保溫；中午氣溫較高時，撤掉塑料布灑水濕潤棉氈降溫。

4）控制混凝土的降溫速率不大于2 ℃/d。特別是冬季，要加強保溫，防止降溫速度過快，引起混凝土內(nèi)表溫差過大導(dǎo)致開裂；同時，延長散熱時間，使約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度，防止貫穿裂縫的產(chǎn)生。

3.2 采取二次振搗技術(shù)

在施工中，加強振搗，嚴防漏振，也不過振。澆筑到頂部時，嚴格掌握時間進行二次振搗，消除頂部浮漿，干縮裂縫和龜縮。大量的施工實踐表明，二次振搗能有效消除混凝土水平鋼筋下部的水分及空隙等，從而提高鋼筋與混凝土之間的凝聚力，避免由于混凝土沉降而產(chǎn)生裂縫，及降低混凝土內(nèi)微裂的現(xiàn)象，提高混凝土的密實度及抗壓強度。

3.3 嚴格執(zhí)行混凝土的養(yǎng)護制度

混凝土澆筑完成后應(yīng)及時養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不宜少于14 d。養(yǎng)護宜采取覆蓋、灑水、蓄水、噴霧和涂養(yǎng)護劑等措施。日平均氣溫低于5 ℃時，不宜在混凝土面上直接灑水養(yǎng)護。本工程在溫度較低時采用覆蓋棉氈灑水保濕在覆蓋塑料布保溫養(yǎng)護，天熱時采用塑料管扎眼噴水養(yǎng)護。

4 裂縫檢查與處理

本工程3 000 多平方混凝土面，養(yǎng)護一周后對混凝土塊進行裂縫檢查，大多數(shù)未發(fā)現(xiàn)可見裂縫；只在中間位置不同板塊上發(fā)現(xiàn)三道，2～3 m 長度不等的深層裂縫（取芯檢查）。待全部澆筑完成28 d后，對裂縫進行了環(huán)氧樹脂灌漿處理，質(zhì)量合格。

綜上所述，雖然混凝土的物理力學性質(zhì)決定了大體積混凝土溫度裂縫是不可以避免的，但是掌握混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工措施，可以有效地預(yù)防混凝土開裂。本工程嚴格按上述設(shè)計、施工措施施工，輔助溫度檢測措施，較好地控制了混凝土的裂縫問題。