李聰　戴洲游

摘要：??隨著我國交通基建逐步向中西部地區(qū)傾斜，橋梁工程在道路工程中所占的比例也越來越高，橋梁病害的防治也逐步成為工程技術人員所關注的問題。本文從導致裂縫的設計、施工原因，裂縫形成機理等方面，研究了決定大體積混凝土裂縫產生的相關因素，并從配合比設計、原材料選擇、冷卻措施等方面提出了多種控制方法。

關鍵詞： 橋梁承臺;大體積混凝土;全蓄水溫控;混凝土裂縫;施工技術

中圖分類號：U445.57???????????????????????????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-04-27

作者簡介：李聰（1978-），男，高級工程師，研究方向：公路、市政道路和橋梁工程的設計與研究;戴洲游（1983-），男，高級工程師，研究方向：公路、鐵路工程道路、橋梁和隧道、市政工程的施工與管理。

隨著橋梁工程在我國道路工程領域所占比例的逐漸增大，橋梁病害的防治也越來越受研究者的關注。通過對橋梁病害的大規(guī)模統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，溫度裂縫已經(jīng)成為大體積混凝土結構澆筑的常見病害。該裂縫將對橋梁的強度、剛度、承載力等關鍵技術指標產生較大影響，必須及時防治。

1 工程概況

某橋梁工程為預應力混凝土變截面懸澆連續(xù)剛構橋，其承臺為整體式鉆孔灌注嵌巖樁承臺，高4m，長27.5m，寬11.5m，封底砼厚0.8m，是典型的大體積混凝土承臺[1]，見圖1：

2大體積混凝土裂縫形成主要原因

2.1設計方面原因

（1）隨著車輛荷載和交通荷載的不斷增加，現(xiàn)行橋梁設計標準對大體積混凝土的要求越來越高，特別是對設計承載力的要求大大提高，因此需采用高強混凝土。

（2）大體積混凝土在施工澆筑過程中，多選擇C50以上的高強度水泥，該種水泥水化熱較大，在施工過程中極易由于內外溫差過大產生裂縫[2]。

2.2施工方面原因

（1）施工流程不科學、現(xiàn)場管理混亂、混凝土模板使用不規(guī)范等原因導致混凝土出現(xiàn)裂縫。

（2）大體積混凝土在澆筑時一般都在其內部布設鋼筋，施工時極易因為配筋銹蝕變形產生結構性裂縫。

2.3大體積混凝土溫度裂縫形成機理

大體積混凝土產生裂縫并非單一原因造成的，而是在內因、外因共同作用下導致的，其中最主要的是溫度裂縫：

（1）水化熱過大會導致混凝土內外溫差過大而產生應力集中，超過一定限度就可能產生溫度裂縫。如圖2、3所示。

（2）從圖3數(shù)據(jù)圖分析可知，在最高溫度條件下，溫度應力和容許抗拉強度初期反應較為敏感，而到后期其變化趨勢較為平緩。

（3）在最低溫度條件下，容許應力強度的變化規(guī)律和溫度應力的變化趨勢呈先下降后上升的規(guī)律，后期變化趨勢較為平緩。

3大體積混凝土裂縫控制關鍵措施

（1）施工材料是決定大體積混凝土質量的基礎，應優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥，以盡可能減少施工時混凝土內外的溫差[3]。此外還可以通過添加減水劑、壓縮水灰比的方式降低水化熱。

（2）溫度是決定裂縫是否產生的關鍵因素，應采用灑水法冷卻大體積混凝土的骨料，以達到嚴格控制澆筑溫度的目的。此外還可以采用冰水拌和法降低澆筑溫度。

（3）降低混凝土內外溫差，是避免產生溫度裂縫的最佳方案。因此可在混凝土內部鋪設冷卻管，通過循環(huán)冷卻水的方法降低內外溫差，見圖4所示。

（4）大體積混凝土澆筑時可選擇斜分層、分段、分層三種澆筑工藝。在具體施工時，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況，以最大限度降低水化熱、加快散熱為原則[4]，合理選擇澆筑方案，相關示意圖見圖5。

（5）大體積混凝土在施工澆筑結束后，為保持內外溫度均衡，控制溫度差，可采用保溫材料減緩表面散熱，以防止內外溫差過大產生裂縫;

（6）為減少模板對大體積混凝土澆筑時的約束力，需保證模板內表面光滑，并采用后澆帶減少約束荷載[5]。

4?大體積混凝土承臺施工技術要點分析

4.1?材料準備

（1）水泥材料：為降低混凝土內外溫差，需選擇水化熱值較低的普通礦渣硅酸鹽水泥。

（2）粗粒徑骨料：和易性指標是決定拌合質量的關鍵，對于大體積混凝土需選用級配好、質量優(yōu)、粒徑在5mm-20mm之間、含泥量<1%的碎石骨料[6]。

（3）細粒徑骨料：為降低拌合時的用水量，可選用含泥量≤5%，粒徑值>0.6mm的粗砂或中砂進行拌合。

（4）粉煤灰：可添加粉煤灰外摻劑以提高混凝土的和易性;

（5）外加劑：外加劑摻量控制在3.8kg/m3以下。通過降低摻量來減少水化熱，避免產生溫度裂縫。

4.2承臺大體積混凝土的配合比設計

（1）混凝土配合比為1：2.41：3.63：0.25： 0.01：0.43;摻加緩凝劑和減水劑保證混凝土材料的初凝時間在7h以內[7]，增加經(jīng)活化處理的粉煤灰材料，以提升混凝土材料的施工和易性和泵送性，借助粉煤灰代替一定量的水泥，起到降低水泥使用量的目的;

（2）大體積混凝土內外溫差過大是導致溫度裂縫產生的關鍵。因此在澆筑時可采用加冰水、用冷水澆灌砂石、灑水等降低拌合溫度的方法，避免產生溫度裂縫;

（3）為盡可能保證混凝土澆筑時的內外溫度差在較小范圍內，可在傍晚進行澆筑，并一次性澆筑單一承臺。

4.3施工段的劃分及澆筑要點

（1）采用斜分層澆筑、分段澆筑、分層澆筑三種方案聯(lián)合澆筑，可最大限度地控制大體積混凝土內外的溫度差[8]。此外泵送澆筑時需采用斜坡混凝土澆筑法施工。

（2）施工澆筑時可采用7cm直徑的振搗棒插入混凝土內部，在10cm深度位置反復進行振搗，以提高水泥和骨料之間的粘合度;

（3）振搗澆筑時需派遣監(jiān)理人員旁站施工，確保澆筑一次成功，發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)及時采取對應措施處治。

4.4混凝土測溫控制

（1）為保證大體積混凝土內外的溫度差維持在合理范圍內，可在其內部提前布設降溫冷卻循環(huán)管后再進行澆筑[9]，該方法可動態(tài)調整溫度差在科學范圍內。

（2）溫度測定時間范圍為完工后23d;前3d內，測溫頻率為2h/次;3d-9d范圍內，測溫頻率為4h/次;9d-15d范圍內，測溫頻率為6h/次;16d-20d范圍內，測溫頻率為12h/次;21d-23d范圍內，測溫頻率為24h/次[10]。本工程中實際測定的溫度曲線見如圖6。

（3）大體積混凝土的溫度高峰值出現(xiàn)在第七天，最高值為65℃;

（4）表面覆蓋層厚度需要根據(jù)混凝土的監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進行動態(tài)調整。在夜晚溫度較低時，需恢復保溫層，避免熱量散失[11]。在中午溫度較高時，需減少保溫層厚度，加快散熱能力。

（5）3周后檢測到的外部溫度為14℃，混凝土內部中心溫度為38℃，內外溫度差值≤25℃，達到了拆除保溫材料的條件。

5?質量控制要求及措施

大體積混凝土全蓄水溫控施工技術在應用過程中，為保障溫控措施實施到位，需對全蓄水溫控施工的各個環(huán)節(jié)進行檢查驗收，層層把關，嚴格按照設計及規(guī)范要求施工，方能確保工程質量。對于溫控措施檢查重點如下：

（1）承臺大體積混凝土溫度控制標準：針對承臺大體積混凝土的特點，確?；炷了療釡厣?、內部溫度、內表溫差、降溫速率等滿足規(guī)范和設計要求，同時加強對混凝土溫度變化的監(jiān)測，防止承臺混凝土出現(xiàn)溫度裂紋[12]。

（2）為了最大限度降低承臺內部混凝土溫度峰值，除了嚴格控制入模溫度，還在承臺內部埋設冷卻水管，通水降溫，從原材料供應、混凝土工作性能、混凝土強度指標以及大體積混凝土溫控等方面進行反復對比、優(yōu)化[13]。冷卻水管采用內徑5Omm鋼管，通過控制通水流量，使冷卻水管的進出水溫差控制不超過10℃。

（3）外加劑控制：本工程要求粉料、外加劑、水計量偏差不大于1.0%，粗細集料計量偏差不大于1.5%，混凝土拌合物入模溫度不大于26℃。

（4）混凝土澆筑溫度控制：對大體積混凝土進行溫度控制時，入模后30min混凝土的最大溫升應小于30℃，且應使其內部最高溫度不大于75℃、內表溫差不大于25℃。在混凝土內外溫度差小于要求前，設專人連續(xù)觀測記錄。

（5）大體積混凝土的澆筑應在一天中氣溫較低時進行，入模溫度不低于5℃，不高于26℃。

6?結論

本文從設計、施工因素、裂縫生成機理等方面，綜合分析了大體積混凝土裂縫形成的主要原因，從分析中可知：溫度是導致裂縫產生的內在核心因素。因此需優(yōu)先選用水化熱值較低的水泥，施工時采用冰水拌和法或灑水法降低拌合溫度，并通過科學設計配合比、選擇高質量原材料、分段分層澆筑等方法，盡可能降低混凝土內外溫差，從各個環(huán)節(jié)防止產生溫度裂縫。

參考文獻：

[1]蘇紅軍.基于Midas/FEA的某拱橋承臺水化熱溫控方案設計研究[J].施工技術，2020（04）：32-35+49.

[2]司選舟，殷旭東.特大承臺大體積混凝土水化熱分析及溫控設計[J].公路交通科技（應用技術版），2018（11）：235-236+276.

[3]楊慧，劉軍來.某斜拉橋承臺大體積混凝土水化熱溫度場研究與關鍵施工技術應用[J].公路工程，2018（05）：152-156.

[4]呂世鯤.大體積承臺混凝土水化熱仿真模擬計算及溫控方案優(yōu)化[J].價值工程，2018（14）：184-188.

[5]楊培誠，李志成.基于MIDAS/CIVIL的C40大體積混凝土施工期仿真分析[J].公路工程，2012（01）：136-138+199.

[6]郭三元，黃彩萍，肖衡林.后河大橋大體積混凝土承臺冷管控制及方案優(yōu)化[J].公路工程，2016（02）：136-139.

[7]魏勝新，王強.超大體積承臺混凝土性能研究與溫控技術[J].混凝土，2014（01）：127-131.

[8]魏延習.橋梁超大體積混凝土承臺施工技術[J].北方交通，2015（06）：28-31.

[9]梁琛.承臺大體積混凝土施工技術的探討[J].湖南交通科技，2008（03）：104-107.

[10]祝延年.青海地區(qū)大體積混凝土質量控制技術研究[J].交通世界，2017（24）：152-153+161.

[11]趙國利.橋梁承臺大體積混凝土施工中的溫度測控及防裂技術[J].鐵道工程學報，2005（2）：27-30.

[12]劉海峰，邵志向，馮海玉.大體積承臺混凝土水化熱溫度場分析[J].公路，2017（7）：176-181.

[13]JTG 3326-2018.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

Abstract：?As transportation in?frastructure gradually tilts towards the midwest， the proportion of bridge projects in road projects is also increasing. The prevention and treatment of bridge diseases has gradually become a concern. In this paper， the relevant factors that determine the cracks of mass concrete are studied from the aspects of design， construction and mechanism. A variety of control methods are proposed in light of mix ratio design， raw material selection， and cooling measures.

Keywords： Bridge cap; Mass concrete; Temperature control using full storage water; Concrete crack; Construction technology