高錦純/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

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淺談高橋墩橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土施工裂縫的控制措施

高錦純/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

【摘 要】本文對大跨度高橋墩橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫形成原因、裂縫控制措施等作了研究。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土;裂縫產(chǎn)生機(jī)理;防止開裂措施

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)及交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，大體積混凝土的工程規(guī)模日趨擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，大體積混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制問題是工程中經(jīng)常遇到的難題。本文主要介紹大體積混凝土裂縫的有效控制，在今后同類施工中有一定的參考價(jià)值。

一、裂縫產(chǎn)生機(jī)理

大體積混凝土裂縫主要是由溫度變形而產(chǎn)生的，溫度變形是混凝土隨著溫度的變化而發(fā)生膨脹或收縮的現(xiàn)象。水泥水化、硬化過程是放熱過程，在混凝土澆筑完成初期，溫度急劇上升，而混凝土導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)?shù)?，散熱緩慢，造成芯部溫度高，表面由于散熱快而溫度低，增大了混凝土表面與內(nèi)部的溫差及溫度梯度，形成了內(nèi)部膨脹，表面收縮的趨勢。這種結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和溫度變形，當(dāng)溫度應(yīng)力超過此時(shí)混凝土所能承受的拉力極限時(shí)，產(chǎn)生開裂。

二、防止開裂措施

對溫度變形而引起的大體積混凝土開裂，主要問題是變形與約束的關(guān)系。為了有效防止開裂，結(jié)合工程實(shí)際，采取以下措施。

（一） 降低水化熱峰值，延緩峰值出現(xiàn)時(shí)間

1. 選用低熱水泥。

混凝土的溫度是水泥水化熱的表現(xiàn)形式，不同品種水泥，其水化熱值不同。選用低熱水泥如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥可降低水化熱。

2.優(yōu)化配合比。

優(yōu)化配合比的目的是：在滿足混凝土技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡量控制水泥用量，因?yàn)樗嘤昧康亩嗌偈撬嗨艧岬奈镔|(zhì)基礎(chǔ)。因此，優(yōu)化配合比，做到水泥用量的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，對降低水化熱是非常重要的。

3.選擇適當(dāng)?shù)乃鄻?biāo)號。

當(dāng)選定水泥品種后，還要選擇適當(dāng)?shù)乃鄻?biāo)號。同一品種水泥，標(biāo)號不同時(shí)水泥用量不同。通過計(jì)算同齡期絕熱溫升，進(jìn)行比較，決定選用何種標(biāo)號水泥。

4.摻入一定量的緩凝型減水劑和粉煤灰。

緩凝型減水劑，可延緩水泥凝結(jié)時(shí)間，減小水灰比，使混凝土和易性更好。粉煤灰可降低水化熱，延緩水化熱峰值的出現(xiàn)。只摻粉煤灰的較大弊端是混凝土早期強(qiáng)度有所降低，因?yàn)榉勖夯业亩嗡磻?yīng)一般在澆筑14天以后才開始進(jìn)行。因此，如果摻加粉煤灰時(shí)加入一定量的減水劑，可激發(fā)粉煤灰的活性，有利于提高粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度。所以，采用雙摻不僅可以推遲水化速度，而且可較大幅度的降低水化熱。

5. 降低澆筑速度和減小澆筑層厚度。

大體積混凝土的澆筑速度和分層厚度要根據(jù)結(jié)構(gòu)物的具體尺寸、搗實(shí)方法和混凝土供應(yīng)能力，通過計(jì)算選擇澆筑方案及澆筑厚度。

（二） 溫控措施

對大體積混凝土為了滿足內(nèi)部最高溫度及內(nèi)外溫差，在規(guī)定范圍內(nèi)必須進(jìn)行溫控措施。

1.材料降溫。

當(dāng)施工溫度為酷暑期或高溫期時(shí)，為滿足混凝土入模溫度的要求，首先進(jìn)行材料降溫，包括砂石料、拌合用水及設(shè)備等。因?yàn)樯笆险蓟炷劣昧系?5％左右，對混凝土拌合溫度影響最大。在酷暑期，采用遮陽、灑水或冰水淋骨料等措施降溫。拌合用水時(shí)在水中加冰塊可大幅度降低水溫。攪拌、運(yùn)輸?shù)仁┕ぴO(shè)備在操作前灑水或覆蓋濕麻袋?；炷两佑|的模板在施工前應(yīng)灑水，降低表面溫度。在炎熱夏季大體積混凝土的澆筑宜在夜間進(jìn)行。

2.內(nèi)部降溫。

內(nèi)部降溫就是在混凝土澆筑成型后，通過預(yù)埋鋼管通以冷卻循環(huán)水，以降低混凝土內(nèi)部溫度。一般在混凝土內(nèi)部預(yù)埋直徑為20～30mm鐵管，根據(jù)計(jì)算或施工經(jīng)驗(yàn)來確定管的間距，通過熱交換來達(dá)到降溫的目的。

三、工程實(shí)例

某鐵路橋梁孔跨式樣為2～32.0m簡支梁+(60+5×100+60)m連續(xù)梁+4-24.0m簡支梁，橋梁全長796.25m，雙線鐵路，線間距5.0m，設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，位于R=2000m的曲線上，主跨橋墩高度82m，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，承臺尺寸22.7×22.4×4.0m，混凝土采用C35，承臺混凝土澆筑體積2033.92m3，施工時(shí)氣溫30℃左右。

在澆筑承臺前，為了防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，在選用合理的材料及配合比的同時(shí)，還加強(qiáng)了合理的溫控措施。

（1）從材料降溫方面進(jìn)行溫控

根據(jù)現(xiàn)場情況，對原材料及拌合物采取了遮陽措施，還根據(jù)用水量建了一個(gè)52m3化冰池，將冰與水按1:10的重量比混合于池中，保證了冰水淋骨料和拌合用水的需要。混凝土的澆筑一般在晚上8點(diǎn)以后進(jìn)行，泵送管道覆蓋濕麻袋，拌合設(shè)備在工作前灑水等。拌合溫度可根據(jù)原材料溫度及配合比進(jìn)行計(jì)算：

Tc=∑Ti·W·C/∑WC

（2）通過內(nèi)部降溫措施來進(jìn)行溫控

冷卻管為φ25×1.2mm的鋼管，水平面、豎直面內(nèi)均布置，間距1m，按蛇形布置，鋼管距混凝土邊緣為50cm。每一管圈通水流量為0.9m3/h。在混凝土升溫階段每2h測一次進(jìn)水溫度及出水溫度，混凝土降溫階段每4h測一回進(jìn)出水溫度，保證混凝土內(nèi)部溫度與進(jìn)水溫度之差不小于22℃。

（3）采用合理的澆筑方案

澆筑混凝土?xí)r采用斜面分層法，每層澆筑在上次澆筑混凝土內(nèi)部溫度下降后進(jìn)行。通過實(shí)施溫控措施后，對混凝土內(nèi)部及表面溫度進(jìn)行量測。升溫階段每2h測一回，降溫階段每4h測一回。根據(jù)測量結(jié)果，繪制曲線如下:

圖1

從上圖可以看出，出峰時(shí)間為60h，峰值為53℃，內(nèi)外溫差均小于25℃。升溫階段變化較大，是因?yàn)樗療嶂导胺磻?yīng)速度所致，降溫階段曲線變換緩慢，是由于混凝土導(dǎo)熱系數(shù)很低，另外，承臺內(nèi)外熱交換緩慢，使混凝土降溫速率減緩。根據(jù)溫度變化速率的不同，圖1曲線可分為以下幾段，如表1：

表1

根據(jù)規(guī)定：混凝土澆筑體的里表溫差不宜大于25℃，混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。從以上實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過以上措施的實(shí)施，滿足規(guī)范要求。

四、 結(jié)束語

總之，我們應(yīng)該從裂縫產(chǎn)生的原因分析，通過降低水化熱峰值，延緩峰值出現(xiàn)時(shí)間及采取有效的溫控措施，有效的防止開裂，保證大體積混凝土的澆筑質(zhì)量。大體積混凝土裂縫的防治有待于在實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷補(bǔ)充完善，積累施工方面的資料，以經(jīng)濟(jì)有效的措施取得理想的效果，通過綜合治理來保證工程質(zhì)量。本文通過對大體積混凝土裂縫控制措施的研究，在今后同類施工中有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]建設(shè)部《大體積混凝土施工規(guī)范》，GB 50496 -2009.

[2]鐵道部《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》，TZ203-2008.

[3]鐵道部《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》，鐵建設(shè)【2010】241號.