地鐵車站大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)及裂縫控制技術(shù)

摘要：本文首先簡述了大體積混凝土的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)其容易產(chǎn)生裂縫的特性，分析大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，包括溫度差異和溫度應(yīng)力的累積，并結(jié)合工程實(shí)例展示了大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)裂縫的情況，詳細(xì)介紹了大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)控與裂縫控制措施，比對(duì)裂縫控制效果表明，大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)及裂縫控制技術(shù)有明顯控制效果，可以有效降低大體積混凝土的溫度應(yīng)力，從而減少裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；大體積混凝土；溫度監(jiān)測(cè)；裂縫；控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" 文章編號(hào)：

Temperature Monitoring and Crack Control Technology of Mass Concrete in Subway Station

Abstract：This paper first introduces the characteristics of mass concrete，emphasizes the characteristics that it is easy to produce cracks，analyzes the causes of mass concrete cracks，including the temperature difference and the accumulation of temperature stress，combined with engineering examples，it shows the cracks in the construction process of mass concrete structures，and introduces the measures for temperature monitoring and crack control of mass concrete structures in detail，the comparison of the crack control results shows that the temperature monitoring and crack control technology of mass concrete has obvious control effect，which can effectively reduce the temperature stress of mass concrete and reduce the crack generation.

Keywords：subway station;mass concrete;temperature monitoring;cracks;control technology

0 引言

呼和浩特軌道交通2號(hào)線09標(biāo)毫沁營地鐵車站（以下稱該車站）作為應(yīng)用大體積混凝土的重要工程，在混凝土施工后，可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，且大部分是貫穿裂縫，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，這對(duì)于大量應(yīng)用混凝土提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，且后期修復(fù)維護(hù)費(fèi)用也是一筆較大支出。通過合理的溫度監(jiān)測(cè)和裂縫控制措施，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決混凝土結(jié)構(gòu)問題，并提高車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。因此，在地鐵車站建設(shè)中應(yīng)充分重視該技術(shù)的應(yīng)用，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，確保車站結(jié)構(gòu)的安全和可靠性。

1 大體積混凝土的特點(diǎn)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)常用于耐久性要求較高及承受荷載量較大的工程項(xiàng)目，具有如下特點(diǎn)。

1） 承載性能良好。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的體積較大，承受荷載性能強(qiáng)，例如在大型橋梁、高層建筑等規(guī)模較大工程中均可發(fā)揮出承載性能優(yōu)勢(shì)。施工材料采用高強(qiáng)度混凝土，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取加固措施，能夠保證成型結(jié)構(gòu)有足夠的承載性能。

2） 耐久性良好。大體積混凝土能夠抵御氣候變化、化學(xué)物質(zhì)侵蝕等外界環(huán)境因素的影響，具有良好的耐久性，若采取科學(xué)可行的防腐蝕、抗?jié)B等措施，將進(jìn)一步延長大體積混凝土的使用壽命，滿足工程結(jié)構(gòu)長效耐久的要求。

3） 施工要求高。大體積混凝土涉及的工序較多，且需要大量質(zhì)量可靠的模板和施工設(shè)備；受水化熱的影響，大體積混凝土內(nèi)部的熱量較多，溫度較高，可能引起內(nèi)部和表面溫差，進(jìn)而因溫差過大而出現(xiàn)裂縫，因此要求工程人員選擇水化熱較低的水泥，在澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)與控制；由于大體積混凝土尺寸較大，需分為多層依次施工，因此需保證相鄰兩層的穩(wěn)定結(jié)合，形成完整的整體結(jié)構(gòu)；在大體積混凝土施工過程中存在一定安全隱患，因此需要加強(qiáng)現(xiàn)場安全控制，保證在安全的環(huán)境中進(jìn)行各項(xiàng)施工活動(dòng)。

4） 成本高。大體積混凝土的施工量較大，需要的材料、設(shè)備、人力資源均較多，施工成本較高，且出現(xiàn)質(zhì)量問題后，需要安排返工，會(huì)額外增加成本。因此，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工過程中，均要加強(qiáng)成本控制[1]。

綜上所述，大體積混凝土是高層建筑、大型橋梁等現(xiàn)代工程項(xiàng)目中的常用結(jié)構(gòu)，在施工過程中需要加強(qiáng)對(duì)質(zhì)量、安全、成本多方面的管理，按照計(jì)劃進(jìn)行大體積混凝土的施工，發(fā)揮出此類結(jié)構(gòu)的承載性能、耐久性等優(yōu)勢(shì)，從而提高工程項(xiàng)目的整體施工質(zhì)量。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)仍有較大的進(jìn)步空間，基于此，本文將進(jìn)一步明確技術(shù)應(yīng)用流程和施工要點(diǎn)，以提高大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用水平，保證施工質(zhì)量。

2 大體積混凝土裂縫成因

2.1 水泥水化熱引起裂縫

水泥在澆筑過程中存在水化熱作用，釋放熱量從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，大體積混凝土的水泥用量多，因此釋放的熱量也較多，而由于結(jié)構(gòu)體積較大，內(nèi)部聚積的熱量難以在短時(shí)間內(nèi)向外散發(fā)，表面溫度下降較快，存在較大的溫差，易引起裂縫。通常大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)時(shí)間主要集中在澆筑后的3 d～5 d。

2.2 混凝土收縮引起裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的固有特性，水泥水化反應(yīng)釋放的熱量過高，使得大體積混凝土發(fā)生變形，基于散熱條件、內(nèi)外部溫度不同等多因素的共同影響，容易出現(xiàn)大幅度的收縮變化，導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.3 徐變應(yīng)力引起裂縫

大體積混凝土澆筑后，通常只需要20%的水分即可與水泥中的C3S，C4AF，Ca（OH）2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而其余的80%左右的水分將會(huì)被蒸發(fā)，大體積混凝土從終凝開始便產(chǎn)生徐變應(yīng)力，此部分力具有破壞性，雖然大體積混凝土自身具有抗拉應(yīng)力Fj，但其抗拉能力有限，若徐變過程中的破壞張力Fp超過Fj，受力異常，則容易出現(xiàn)裂縫[2]。

2.4 外界氣溫異常引起裂縫

大體積混凝土對(duì)溫度較為敏感，溫度的升降將影響大體積混凝土的施工質(zhì)量，是決定混凝土是否存在裂縫的關(guān)鍵因素之一。若氣溫驟降，使得大體積混凝土表面溫度快速降低，由于內(nèi)部因散熱條件較差而處于高溫狀態(tài)，內(nèi)部和外部的溫差較大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，致使大體積混凝土開裂，且隨著溫差的增加，溫度應(yīng)力逐步加強(qiáng)，出現(xiàn)更為嚴(yán)重的裂縫。

3 大體積混凝土溫度監(jiān)控與裂縫控制

某地鐵車站工程，車站長度為209.45 m，寬度為19.7 m，站臺(tái)寬度為11 m，為地下兩層島式站臺(tái)車站。車站一層墻高6.56 m，二層墻高4.0 m，側(cè)墻厚度70 cm，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)。施工單位采用跳倉法施工大體積混凝土，跳倉分段控制在18 m～20 m，采取“先放后抗”的施工措施，減少裂縫的產(chǎn)生。

3.1 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

在結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)最大溫度梯度的部位設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常在結(jié)構(gòu)平面形狀的中心處及其對(duì)應(yīng)側(cè)邊、易散熱的拐角處布置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。溫度監(jiān)測(cè)儀器采用溫度傳感器，在確定測(cè)溫點(diǎn)的位置后，將傳感器沿?cái)嗝鎸?duì)稱布設(shè)到位?；趥}塊長18.0 m、高6.56 m、厚0.7 m，將側(cè)墻劃分為多個(gè)倉塊，采取跳倉施工模式，沿倉塊對(duì)角線方向，依次在側(cè)墻中間、內(nèi)側(cè)和外側(cè)距表面50 mm的位置布設(shè)溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)各倉塊的溫度。埋設(shè)后的溫度傳感器位置準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠。溫度傳感器的測(cè)試頭需遠(yuǎn)離鋼筋，以免在大體積混凝土施工過程中出現(xiàn)測(cè)頭位置偏離、受損的情況，并將傳感器的傳輸導(dǎo)線布置在不會(huì)受到施工影響的區(qū)域，并加強(qiáng)防護(hù)。

3.2 溫度監(jiān)測(cè)與分析

從澆筑開始，每間隔2 h進(jìn)行一次溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)記錄每次的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。考慮到大體積混凝土澆筑后溫度呈現(xiàn)逐步上升再下降的變化規(guī)律，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率，例如澆筑后至溫升峰值點(diǎn)的時(shí)間段需要每0.5 h進(jìn)行一次測(cè)溫。大體積混凝土的降溫速率≤2 ℃/d，相鄰兩測(cè)溫點(diǎn)的溫差≤25 ℃。經(jīng)過定期的溫度監(jiān)測(cè)后，獲取大體積混凝土澆筑開始至養(yǎng)護(hù)14 d期間的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，繪制溫度變化曲線，如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，澆筑后的25 h左右出現(xiàn)溫度峰值，為59.7 ℃～63.5 ℃；澆筑72 h內(nèi)，大體積混凝土內(nèi)部溫度梯度變化尤為明顯，此后有逐步下降的趨勢(shì)；水化14 d后，各部位的溫度將降低至24.6 ℃～28.9 ℃。同一部位，中間測(cè)點(diǎn)溫度高于兩側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度。根據(jù)圖1（a），對(duì)于中心最高溫度，側(cè)墻左側(cè)1/4處為59.7 ℃，側(cè)墻右側(cè)1/4處為60 ℃，側(cè)墻1/2處為63.5 ℃。因此，大體積混凝土對(duì)稱1/4處的內(nèi)部最高溫度基本一致。根據(jù)圖1（b），側(cè)墻1/2處的內(nèi)側(cè)、外側(cè)溫度存在差異，分別為60.7 ℃，63.1 ℃，相差2.4 ℃，外側(cè)溫度略高。根據(jù)圖1（c），側(cè)墻1/4處，內(nèi)側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度分別為52.4 ℃，54.2 ℃，外側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度分別為57.5 ℃，58 ℃，之所以出現(xiàn)內(nèi)側(cè)溫度與外側(cè)溫度的差異現(xiàn)象，主要是因?yàn)閭?cè)墻混凝土內(nèi)側(cè)緊貼擋土墻和土體，水泥釋放的熱量可以較好地進(jìn)行傳導(dǎo)和疏散，而外側(cè)受模板的遮擋而導(dǎo)致溫度難以快速擴(kuò)散，使得外側(cè)混凝土溫度略高于內(nèi)側(cè)[3]。

3.3 裂縫控制措施

基于對(duì)大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，明確了其溫度變化特征，澆筑后的72 h內(nèi)水泥水化作用劇烈，混凝土內(nèi)部溫度較高，溫度應(yīng)力強(qiáng)烈，在此階段易產(chǎn)生裂縫。為此，提出如下裂縫控制措施。

1） 保持混凝土的養(yǎng)護(hù)期限，采取帶模養(yǎng)護(hù)方法，禁止提前拆除模板。按照該方法進(jìn)行充分的養(yǎng)護(hù)后，可降低溫度應(yīng)力的累積量，減少裂縫的出現(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)在澆筑后進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，例如向大體積混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜，阻止水分的蒸發(fā)，使大體積混凝土內(nèi)部維持一定的濕度，抑制溫度的快速升高，減小內(nèi)部溫度和表面溫度的差值，最終達(dá)到防開裂的效果。

2） 在覆蓋塑料薄膜后，增設(shè)一層土工布，采用多種材料增強(qiáng)保溫效果，防止大體積混凝土的溫度異常波動(dòng)。

3） 在大體積混凝土施工期間加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采取動(dòng)態(tài)化的溫度控制措施。例如，在大體積混凝土表面和塑料薄膜間采取滴灌養(yǎng)護(hù)方法，降低溫度，減弱溫度應(yīng)力，改善大體積混凝土的成型條件，從而達(dá)到防開裂的效果[4]。

3.4 裂縫控制效果的對(duì)比分析

為檢驗(yàn)大體積混凝土的裂縫控制效果，選取未采取溫控措施的倉塊（對(duì)比倉塊）和采取了溫度監(jiān)測(cè)及裂縫控制措施的倉塊（試驗(yàn)倉塊），分別進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果判斷各自是否出現(xiàn)裂縫及裂縫的實(shí)際情況（位置、長度、寬度、間距等），具體如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，試驗(yàn)倉塊有2處表面裂縫，長度為2.10 m，1.48 m，寬度為0.18 mm；對(duì)比倉塊存在表面裂縫，且均為通長裂縫，共5處。倉塊中間是裂縫的高發(fā)部位，主要與大體積混凝土溫縮產(chǎn)生的正應(yīng)力作用有關(guān)。

試驗(yàn)倉塊雖然存在裂縫，但數(shù)量約為對(duì)比倉塊的1/3，裂縫數(shù)量相對(duì)較少；從裂縫長度的角度來看，對(duì)比倉塊基本是長度為6 m的通長裂縫，試驗(yàn)倉塊的裂縫長度為2.10 m，1.48 m，裂縫長度相對(duì)更短，可見在加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)和裂縫控制后，可以抑制裂縫的延伸；從裂縫間距的角度來看，對(duì)比倉塊的裂縫間距小，裂縫數(shù)量多，分布密集，而試驗(yàn)倉塊的裂縫間距寬，裂縫數(shù)量相對(duì)較少。通過多個(gè)角度的對(duì)比分析可知，試驗(yàn)倉塊的裂縫控制效果優(yōu)于對(duì)比倉塊，由此證明了本工程采用的大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)和裂縫控制技術(shù)具有較好的應(yīng)用效果，可提高大體積混凝土的施工質(zhì)量。

4 結(jié)論

1） 通過對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度監(jiān)測(cè)，得出混凝土澆筑升溫峰值在59．7 ℃～63．5 ℃，混凝土澆筑溫度梯度變化較為急劇情況出現(xiàn)在混凝土澆筑的前3 d左右。

2） 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)措施提出的帶模養(yǎng)護(hù)直至3 d和表面覆膜滴灌養(yǎng)護(hù)的方法，能有效減少混凝土裂縫數(shù)量。

3） 在進(jìn)行大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)及裂縫控制時(shí)，采取合適的措施對(duì)混凝土的溫度變化進(jìn)行控制尤為重要。通過保持適當(dāng)?shù)哪ｐB(yǎng)護(hù)時(shí)間、覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)降溫速率，可以有效降低溫度應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生。

通過以上措施可確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

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