鄢燕穎

福建省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 引言

現(xiàn)如今，土木工程在我們國(guó)家得到了顯著的發(fā)展，尤其是隨著城市地下空間、高層或超高層建筑、綜合水利設(shè)施等大型建設(shè)項(xiàng)目的不斷涌現(xiàn)，大體積混凝土在這些工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也愈來(lái)愈頻繁。不過(guò)，由于澆筑規(guī)模相對(duì)來(lái)說(shuō)更大一些，所以溫度應(yīng)力等在結(jié)構(gòu)方面的分布也更為復(fù)雜，很有可能便會(huì)出現(xiàn)相差較大或者是不均勻分布等問(wèn)題。因此，這便要求混凝土材料應(yīng)具備較高的品質(zhì)，并在自重應(yīng)力、標(biāo)注規(guī)模等各個(gè)方面符合相應(yīng)地要求。不然，在結(jié)構(gòu)方面便會(huì)出現(xiàn)溫度應(yīng)力差較大而形成裂紋、裂縫等工程病害，對(duì)工程項(xiàng)目的質(zhì)量、使用安全及使用壽命造成不利影響。因此，在施工時(shí)不僅需要控制混凝土的強(qiáng)度、黏結(jié)性等，還需要細(xì)化大體積混凝土的施工技術(shù)以及施工工藝。只有這樣，才能夠有效抑制混凝土裂紋的出現(xiàn)，避免施工質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

2 大體積混凝土裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大體積混凝土裂縫的成因

2.1.1 溫度裂縫

眾所周知，在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，水泥材料與水發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)會(huì)釋放出一定的熱量，這些熱量造成的溫度梯度的變化是溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因。并且，在一次澆筑成型之后這些熱量會(huì)逐漸地向外散開，而由于混凝土結(jié)構(gòu)中心的熱量同邊緣處的熱量相比散發(fā)得更為緩慢一些。所以，這種熱量散發(fā)而使得溫度應(yīng)力呈現(xiàn)出一種熱脹冷縮、內(nèi)外不均的現(xiàn)象。同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)在熱脹冷縮時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)張拉應(yīng)力。當(dāng)所釋放的水化熱在與外界環(huán)境進(jìn)行熱量交換過(guò)程中，混凝土的局部溫度會(huì)形成溫度差，當(dāng)溫度差形成的張拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度閾值時(shí)，混凝土的抗拉性能則不足以抵抗溫度差造成的張拉應(yīng)力，從而使得混凝土的表面或者是結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)部分裂紋的現(xiàn)象，在嚴(yán)重的情況下，整個(gè)混凝土的結(jié)構(gòu)都會(huì)出現(xiàn)裂紋，乃至造成嚴(yán)重的安全隱患。

2.1.2 收縮裂縫

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，收縮裂縫往往分為以下兩種：第一種為干燥收縮裂縫，第二種則為塑性收縮裂縫。

混凝土在澆筑完成后，其所處的自然環(huán)境（溫度、濕度條件等）存在較大差異，這種差異造成了所產(chǎn)生的裂紋表現(xiàn)出不同的形態(tài)，于是干燥收縮裂縫又進(jìn)一步被劃分為干燥裂縫和收縮裂縫。其中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑成型后，靠近表面的水分蒸發(fā)較快，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心區(qū)域的水分蒸發(fā)較快，在內(nèi)外部形成濕度梯度，這種梯度過(guò)大時(shí)則會(huì)造成干燥裂縫。鑒于此，在澆筑完成時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能地消除或降低內(nèi)外部的濕度差，按照要求其進(jìn)行充分灑水養(yǎng)護(hù)。

在外界各種因素的影響之下，所形成的裂縫往往被稱之為塑性收縮裂縫。如混凝土在初凝階段受大風(fēng)或高溫等不良天氣的影響，便會(huì)使得成型后的大體積混凝土由于表面水分蒸發(fā)速度不一而出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

2.2 大體積混凝土裂縫的控制技術(shù)

2.2.1 優(yōu)化商品混凝土的配合比

控制大體積混凝土的裂縫，首先就需要控制混凝土原材料及混凝土本身的質(zhì)量?，F(xiàn)階段，各大工程所需要的大體積混凝土基本都實(shí)現(xiàn)了商品化、標(biāo)準(zhǔn)化，但在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，也只有保證了其抗拉壓強(qiáng)度、可泵性以及和易性能夠符合設(shè)計(jì)要求，才能從整體上提升裂縫的控制技術(shù)。由于混凝土的和易性會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)受到多方面因素的影響，因此會(huì)給施工帶來(lái)很大難度?；炷僚浜媳仁菍?duì)混凝土和易性影響最大的因素之一，運(yùn)輸過(guò)程和氣候條件等的影響也會(huì)對(duì)那體積混凝土裂縫的控制產(chǎn)生不利影響。除此之外，混凝土的配合比也直接關(guān)系到大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。因此，大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)時(shí)與其他類型的混凝土就存在較大差異，大體積混凝土應(yīng)盡可能地、在合理范圍內(nèi)地降低其水灰比。

2.2.2 混凝土澆筑質(zhì)量控制

混凝土澆筑質(zhì)量可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行控制。

（1）分段分層。對(duì)于體積較大的混凝土來(lái)講，需要從上而下、分段分層進(jìn)行澆筑，保證混凝土在澆筑之后的整體質(zhì)量能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）全面分層。如果所澆筑的混凝土構(gòu)件其厚度比較大，則在澆筑時(shí)應(yīng)選擇全面分層的方式進(jìn)行，在所澆筑的混凝土層初凝之后，方可進(jìn)行下一層混凝土的澆筑作業(yè)。

（3）斜面分層。嚴(yán)格控制大體積混凝土振搗的操作流程，逐步向上推進(jìn)。

2.2.3 混凝土溫度控制

對(duì)于大體積混凝土溫度的控制可以從兩個(gè)方面入手。

（1）內(nèi)部控制。在對(duì)大體積的混凝土進(jìn)行降溫之前，需要先將降溫水管預(yù)埋在混凝土的內(nèi)部。在澆筑結(jié)束之后，通過(guò)外接注水來(lái)降低混凝土的溫度。內(nèi)部控制的方式能夠有效地節(jié)約水資源，經(jīng)冷卻水管排出的水還能夠用于養(yǎng)護(hù)混凝土。在某些情況下，會(huì)出現(xiàn)自然注水難以達(dá)到理想的降溫目的。鑒于此，便需采用增壓泵對(duì)外接注水管進(jìn)一步加壓。同時(shí)，也需要提前設(shè)計(jì)混凝土內(nèi)部的預(yù)埋冷卻水管。

（2）外部控制。在混凝土表面經(jīng)過(guò)抹平處理后，需要結(jié)合相關(guān)施工規(guī)程實(shí)施相應(yīng)地養(yǎng)護(hù)（保溫保濕）措施。本工程中，在大體積混凝土澆筑體表面按照從上到下的順序依次鋪設(shè)設(shè)養(yǎng)護(hù)毯、土工布、塑料薄膜以達(dá)到表層保溫保濕的目的。

2.2.4 溫度監(jiān)測(cè)措施

通常情況下，在布置溫測(cè)點(diǎn)的過(guò)程當(dāng)中需要結(jié)合以下幾個(gè)方面的原則：（1）需要在施工圖對(duì)稱軸線的一半?yún)^(qū)域內(nèi)，按照平面分層的方式來(lái)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。（2）需要按照結(jié)構(gòu)的幾何尺寸來(lái)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。（3）需要考慮大體積混凝土澆筑體溫度場(chǎng)的分布情況，來(lái)設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體位置和數(shù)量。（4）需要結(jié)合具體環(huán)境來(lái)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)量和位置。（5）沿著大體積混凝土澆筑體的厚度方向，在構(gòu)件內(nèi)部和表面分別布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。（6）溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)定在澆筑體的表面（或底面）以內(nèi)5cm左右的位置。

3 工程案例研究

3.1 工程概況

上下杭?xì)v史文化街區(qū)-雙杭河坊街工程位于福州臺(tái)江區(qū)上下杭?xì)v史街區(qū)三捷河兩岸；由福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)；總地上建筑面積8496.45m2，總基底面積4305.08m2，總地下建筑面積1947.76m2，總建筑面積10444.21m2，地下建筑面積為978.87m2。上部結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，基礎(chǔ)形式是采用筏型基礎(chǔ)。筏型基礎(chǔ)采用大體積混凝土澆筑。

3.2 混凝土澆筑方案

地下室底板采用商品混凝土泵送施工，板厚350 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配備2臺(tái)混凝土泵機(jī)進(jìn)行施工。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)深入研究之后，發(fā)現(xiàn)倘若混凝土泵機(jī)按照平均每小時(shí)內(nèi)泵送量30m3的話，即每日供應(yīng)量600m3，混凝土量約350m3，計(jì)劃350÷60＝5.8h 澆筑。如圖1 所示，底板混凝土由西往東，進(jìn)行澆筑，需要在各澆筑帶上選擇分段斜面推進(jìn)的方法來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，還需要根據(jù)每臺(tái)混凝土泵澆筑強(qiáng)度30m3/h 計(jì)算，控制寬度約12.6m，水平長(zhǎng)度6m，每一澆筑帶混凝土澆搗量＝12.6×6×0.8＝60.5m3，其余澆筑帶類推。根據(jù)上述計(jì)算混凝土緩凝時(shí)間不少于6h，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展時(shí)間預(yù)計(jì)混凝土底板施工時(shí)間在夏季，要求混凝土緩凝時(shí)間為8h，可滿足澆筑要求。

圖1 平臺(tái)澆筑圖

混凝土澆搗布置2 個(gè)澆筑帶，分南北2 個(gè)施工點(diǎn)，然后在每個(gè)施工段設(shè)置一個(gè)振搗小組，每個(gè)振搗小組需要配備3條軟軸振搗器和6名振搗工，并于斜面上、中、下段設(shè)置振搗器（混凝土振搗示意圖如下圖2所示），在此需注意混凝土不可集中堆放，先振搗出料口處混凝土，再進(jìn)行全面振搗。在振搗過(guò)程中，需滿足以下要求：①在使用振搗棒時(shí)，為了防止漏振，需要保證直的或傾斜的方向能夠統(tǒng)一，在振搗時(shí)插點(diǎn)需保持600mm 的距離，上、下層振動(dòng)搭接50mm～100mm，每點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)集中在20min～30min。不過(guò)，在二次振搗之前，需要保證二次振搗后，混凝土仍可以塑性閉合。

圖2 混凝土振搗示意圖

3.3 降溫措施

降低水化熱問(wèn)題是本工程中筏板基礎(chǔ)大體積混凝土最為顯著的問(wèn)題，由于基礎(chǔ)的厚度主要集中在1.0m～1.5m之間，所以只有降低混凝土單方水泥的用量，才能夠有效地降低混凝土中水化熱，并選用硅酸鹽Ⅱ型水泥和優(yōu)質(zhì)粉煤灰，這兩種水泥的低水化熱效果比較好，它可取代部分水泥用量外，提高混凝土和易特性。粉煤灰的摻入減少了水泥的用量，從而有效地延遲了熱峰的發(fā)生，并降低了水化熱，能夠確?；炷敛粫?huì)由于硬化時(shí)的收縮應(yīng)力以及溫度應(yīng)力而增大，造成當(dāng)中出現(xiàn)裂縫。澆筑完成后的降溫措施主要包含以下四個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）本工程中，采用冷卻水管對(duì)大體積混凝土構(gòu)件進(jìn)行降溫，混凝土構(gòu)件的厚度較小時(shí)（如2m），則應(yīng)至少布置一層冷卻水管網(wǎng)；當(dāng)混凝土構(gòu)件厚度較大（5.8m）時(shí)，則應(yīng)設(shè)置五層冷卻水管網(wǎng)。應(yīng)該選用直徑為25mm，壁厚為3mm的鍍鋅鐵管作為冷卻水管。同時(shí)，管網(wǎng)的出水口和接口均需要高出于澆搗完成面300mm。布管完成后，需要對(duì)冷卻水官網(wǎng)進(jìn)行沖水測(cè)驗(yàn)，防止接口處發(fā)生漏水?；炷帘砻嬉残鑼?shí)施保溫保濕措施，本工程中選用兩層土工布、兩層塑料薄膜、一層養(yǎng)護(hù)毯，并且需要注意拼緊土工布和養(yǎng)護(hù)毯之間的邊口。

（2）冷卻水需要選用從深井抽出的地下水，這樣能夠帶走混凝土內(nèi)部所產(chǎn)生的一些水化熱量。

（3）需要在出水口和進(jìn)水口同時(shí)設(shè)置溫度傳感器，并按照相應(yīng)地溫度數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)進(jìn)水閥門進(jìn)行調(diào)控，合理控制水在管中的流速和流量。

（4）在完成降溫措施之后，需要排出管道中的殘余水。

3.4 溫度監(jiān)測(cè)

測(cè)溫點(diǎn)布點(diǎn)須注意以下四個(gè)事項(xiàng)：（1）測(cè)溫線在布置之前需要檢查傳感器能否正常測(cè)溫，并在測(cè)溫線的布置過(guò)程中，需要根據(jù)圖紙上所列出的測(cè)溫點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)安排，編號(hào)保持一致。（2）只要在鋼筋工程完成之后以及混凝土開始澆筑之前，對(duì)測(cè)溫線進(jìn)行布置，并且測(cè)溫線需要使鋼筋和細(xì)鋼絲綁扎在一起。同時(shí)，還需注意鋼筋不可與溫度傳感器相機(jī)處。（3）要將測(cè)溫記錄儀從測(cè)溫線另一端相連，所以在澆筑時(shí)需要保證測(cè)溫儀插頭的清潔和干燥。同時(shí)，還需確保測(cè)溫儀插頭預(yù)留在外的長(zhǎng)度超出200mm。（4）需要在混凝土底部或表面以內(nèi)50mm 的位置布置溫度傳感器。

溫度監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）應(yīng)當(dāng)將測(cè)溫的啟示時(shí)間安排在澆筑完成之后10個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間段內(nèi)。同時(shí)，在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中還需要獲得各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度以及大氣溫度等各方面的數(shù)據(jù)。（2）需要在前三天當(dāng)中，每隔兩小時(shí)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；在四到六天內(nèi)，需要每隔四小時(shí)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；在之后的一周到兩周的時(shí)間段之內(nèi)，需要每隔八個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。（3）那混凝土升溫保持階段內(nèi)，需要每隔兩到三小時(shí)進(jìn)行一次溫度測(cè)試。在溫度下降階段內(nèi)，需要每隔四到八個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次溫度測(cè)試。（4）要及時(shí)做好溫度數(shù)據(jù)的記錄和處理工作，并及時(shí)反饋分析結(jié)果，以便能夠在溫度出現(xiàn)明顯變化時(shí)做出科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施。（5）在內(nèi)外溫差小于25℃的情況下，則可以停止繼續(xù)測(cè)溫。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，土木工程在我們國(guó)家得到了顯著的發(fā)展，大體積混凝土在這些工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也愈來(lái)愈頻繁。在這種發(fā)展背景之下，若想實(shí)現(xiàn)良好的施工效果，在施工時(shí)不僅需要控制混凝土的強(qiáng)度、黏結(jié)性等，還需要細(xì)化大體積混凝土的施工技術(shù)以及施工工藝，切實(shí)地控制大體積混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在施工完成以及長(zhǎng)期使用過(guò)程中裂縫的產(chǎn)生。施工時(shí)，需要合理部署施工進(jìn)度，并制定出科學(xué)的澆注方案，采取科學(xué)的降溫措施，以便能夠保證施工的整體質(zhì)量。