栗寧

（北京城建二建設(shè)工程有限公司，北京 100039）

0 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程規(guī)模日益擴(kuò)大，道路橋梁在城市發(fā)展中有著重要作用，不僅促進(jìn)了城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通發(fā)展，而且也帶動(dòng)了周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

大體積混凝土施工已廣泛應(yīng)用于橋梁工程中。大體積混凝土指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m 的大體積混凝土。由于體積龐大，在水泥水化時(shí)容易形成外低內(nèi)高的溫差，引起混凝土變形，并產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力約束，最終出現(xiàn)裂縫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，道路橋梁結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，尤其是橋梁承臺(tái)，往往需澆筑大體積混凝土，進(jìn)而對(duì)其施工技術(shù)提出了更高要求。下面著重分析道路橋梁工程中大體積混凝土的施工技術(shù)。

1 道路橋梁工程中大體積混凝土施工常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及原因

1.1 裂縫

混凝土裂縫是道路橋梁施工中常見(jiàn)問(wèn)題，混凝土裂縫類型可分為承載力裂縫、橋梁沉降裂縫。

一是承載力裂縫。承載力是檢驗(yàn)道路橋梁工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，不同受力狀態(tài)所產(chǎn)生的混凝土裂縫有所不同。常見(jiàn)的混凝土裂縫主要為受彎裂縫，因混凝土的抗壓應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)，其抗拉應(yīng)力相對(duì)較差，使得鋼筋拉應(yīng)力較大，當(dāng)超出鋼筋自身承受力時(shí)，道路橋梁鋼筋結(jié)構(gòu)則出現(xiàn)較大的受彎裂縫。

二是橋梁沉降裂縫。由于不同施工地區(qū)的施工土質(zhì)不同，使得道路橋梁自身承載力分布不均勻，長(zhǎng)此以往，在橋梁的脆弱部分則出現(xiàn)裂縫。

1.2 原因

道路橋梁大體積混凝土形成裂縫的原因有以下三方面：

一是材料?；炷两Y(jié)構(gòu)材料有骨料、水、摻和料，其施工材料自身質(zhì)量與道路橋梁質(zhì)量有著直接關(guān)系。尤其在混凝土材料配合比方面，一旦掌握不好混凝土各組成材料的配比，容易導(dǎo)致施工出現(xiàn)裂縫。在添加骨料時(shí)，應(yīng)重視骨料質(zhì)量控制。若骨料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，往往會(huì)降低道路橋梁的承載力，使得橋梁出現(xiàn)裂縫。而混凝土攪拌中，水的使用也比較重要。一旦水使用不當(dāng)，也會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性裂縫，如果水過(guò)多，會(huì)破壞混凝土的收縮性，出現(xiàn)裂縫。除了重視材料的配比，還應(yīng)重視材料的攪拌，如果混凝土組成材料攪拌不均勻，則也會(huì)增加裂縫發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

二是溫度。溫度是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的又一重要因素。由于混凝土自身隨著溫度的改變出現(xiàn)熱脹冷縮，當(dāng)外部溫度較高時(shí)，水泥水化所放出的熱量則會(huì)升高內(nèi)部溫度，延長(zhǎng)混凝土構(gòu)件，在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，若應(yīng)力不斷上升，其數(shù)值則往往大于混凝土的抗拉應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫。若縫寬超過(guò)規(guī)范許可的范圍，將不利于橋梁的穩(wěn)定性，并影響到橋梁的使用年限，需分析其原因，并給予針對(duì)性處置。

三是設(shè)計(jì)。道路橋梁出現(xiàn)裂縫的原因，不僅僅與材料、溫度相關(guān)，而且還與前期的設(shè)計(jì)相關(guān)。一般橋梁施工前，需規(guī)劃測(cè)量及設(shè)計(jì)圖紙，若圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)階段出現(xiàn)問(wèn)題，那工程施工也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題。一方面，設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果外部壓力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)使結(jié)構(gòu)受力不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生施工裂縫；另一方面，設(shè)計(jì)初始階段，未到工地實(shí)地勘察，也未詳細(xì)了解周圍環(huán)境及所處的地理位置，導(dǎo)致設(shè)計(jì)適應(yīng)性較差，最終出現(xiàn)裂縫。

2 道路橋梁工程中大體積混凝土澆筑施工技術(shù)

2.1 加強(qiáng)混凝土配合比控制

建立科學(xué)合理的材料采購(gòu)程序，確保整個(gè)采購(gòu)過(guò)程的工作質(zhì)量。混凝土的水化熱會(huì)導(dǎo)致溫差過(guò)大，而混凝土中最主要的原料是水泥及砂石，故在選擇水泥上，應(yīng)考慮水化熱低、凝結(jié)后強(qiáng)度高及終凝時(shí)間長(zhǎng)的水泥，如火山灰硅酸鹽類水泥。

根據(jù)具體的施工條件選擇合適的砂石集料。粗骨料盡量選擇碎石，避免選擇卵石。由于碎石有著較高的強(qiáng)度，有著較好的抗裂性能。也可適量添加一些輔料，如外加劑、摻和料，可提高混凝土的綜合性能，節(jié)約用水及用量。在混凝土配合比時(shí)應(yīng)充分考慮單位水泥實(shí)際用量，在攪拌混凝土?xí)r應(yīng)確?；炷琳w結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)加入適量的高效減水劑，有效控制混凝土中的水泥用量。還應(yīng)做好混凝土攪拌及運(yùn)輸。對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌時(shí)可少量分次投放原材料，可有效提高混合均勻度。攪拌中一定要連續(xù)攪拌，可較好地提高混凝土質(zhì)量。在混凝土的運(yùn)送過(guò)程中，應(yīng)縮短運(yùn)輸時(shí)間，可減小混凝土離析概率。但實(shí)際運(yùn)輸中可能由于路程較遠(yuǎn)或者出現(xiàn)突發(fā)狀況無(wú)法及時(shí)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。對(duì)此應(yīng)及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行二次攪拌，使其恢復(fù)均勻度，降低對(duì)混凝土質(zhì)量的影響。對(duì)混凝土進(jìn)行導(dǎo)流時(shí)應(yīng)測(cè)試自由傾落的高度，確?；炷敛粫?huì)發(fā)生離析現(xiàn)象，最終確?；炷临|(zhì)量。

2.2 控制施工溫度

道路橋梁建設(shè)中，大體積混凝土溫度指出機(jī)時(shí)溫度，在混凝土的組成材料中，水、粗集料對(duì)溫度影響最大。因此，應(yīng)控制好水、粗集料溫度，從而控制混凝土出機(jī)溫度。由于夏季氣溫高，對(duì)混凝土溫度影響最大，可采用篷布來(lái)覆蓋粗集料，降低溫度。也可采用灑水的方式來(lái)降低材料溫度?；炷翝仓┕r(shí)，應(yīng)控制泵送混凝土水灰比，適當(dāng)調(diào)整減水劑及砂石率，從而有效控制混凝土坍落度。大體積混凝土施工時(shí)可采用分層澆筑方式，若做2 層混凝土澆筑則應(yīng)嚴(yán)格控制2 層澆筑間隔時(shí)間，若時(shí)間太長(zhǎng)，則會(huì)形成泌水層，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行抽水，以免濕度過(guò)高而影響混凝土硬化。分層澆筑時(shí)，需在每一層澆筑結(jié)束后，預(yù)留恰當(dāng)時(shí)間使混凝土溫度與周邊溫度平衡，最終降低澆筑混凝土內(nèi)外溫差。在控制模板溫度時(shí)，可采用水對(duì)模板進(jìn)行處理，使模板溫度與混凝土溫度相似，以免模板發(fā)生變形。道路橋梁大體積混凝土澆筑施工中，還應(yīng)做好混凝土溫度檢測(cè)，通過(guò)相關(guān)措施來(lái)管控溫度，使硬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)混凝土進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇極其關(guān)鍵，只有選擇恰當(dāng)?shù)拈g隔及位置，才可有效監(jiān)測(cè)混凝土溫度。故選擇溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)合理布局。混凝土澆筑中，由上到下進(jìn)行布點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)間上下應(yīng)間隔0.8m，左右間隔0.05m，保證測(cè)點(diǎn)在混凝土邊緣及中間都有分布。對(duì)于所布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)事先預(yù)留好孔洞，以便監(jiān)測(cè)混凝土溫度。如果混凝土內(nèi)部溫度與周邊溫度差超過(guò)25℃，應(yīng)采取措施降溫。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，可采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)混凝土溫度，從而獲取混凝土結(jié)構(gòu)溫度及厚度信息，最終得出有效溫度控制方法，降低大體積混凝土發(fā)生溫度裂縫的概率。

2.3 做好道路養(yǎng)護(hù)

道路橋梁施工中應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)。由于混凝土在高溫天氣中容易出現(xiàn)裂縫，故可采取灑水方式來(lái)養(yǎng)護(hù)，從而降低表面溫度，減少混凝土裂縫。灑水時(shí)，應(yīng)規(guī)范灑水時(shí)間，每隔3h 灑1 次水，在灑水時(shí)應(yīng)均勻噴灑，充分發(fā)揮水的作用，保證混凝土構(gòu)件能夠得到完全的滋潤(rùn)。

2.4 合理設(shè)計(jì)荷載

要想從根本上解決道路橋梁中的超荷載問(wèn)題，應(yīng)完善相關(guān)設(shè)計(jì)，做好實(shí)地勘察工作，全面了解道路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的實(shí)際情況。在科學(xué)規(guī)劃及合理預(yù)算的背景下，應(yīng)充分考慮道路橋梁施工中的荷載問(wèn)題，確保荷載在混凝土的承載范圍內(nèi)。所設(shè)計(jì)的荷載一定要大于實(shí)際施工荷載，并預(yù)留一定的安全系數(shù)，從而預(yù)防混凝土裂縫。特別是道路橋梁施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼筋質(zhì)量，確?；炷梁穸燃皬?qiáng)度，以保證混凝土的荷載符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)例分析道路橋梁工程中的大體積混凝土澆筑施工技術(shù)

以某道路橋梁為例，該橋梁橫跨長(zhǎng)度600m，主墩是鋼筋混凝土承臺(tái)，尺寸為26m×38.3m×6m，其混凝土設(shè)計(jì)為C40，單次澆筑量約2000m，屬于大體積混凝土工程。首先，混凝土的原材料選擇水泥、骨料、水、外加劑等，深入分析可用的原材料性能、型號(hào)及規(guī)格，如表1 所示，其中碎石選擇的是5～25mm 粒徑的連續(xù)級(jí)配碎石，有著較小含泥量、較高強(qiáng)度、較好粒型，可降低膠凝材料用量，進(jìn)而降低水化熱。外加劑選擇的是聚羧酸類緩凝高效減水劑，可使混凝土水化熱釋放較平緩，減小混凝土內(nèi)部溫度的驟然下降度，進(jìn)而避免早期出現(xiàn)熱裂縫。

表1 混凝土原材料選擇

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，承臺(tái)混凝土用量最大，混凝土配合比設(shè)計(jì)的初凝時(shí)間為14～15h，終凝時(shí)間為18～22h。大體積混凝土澆筑施工時(shí)根據(jù)最大澆筑量、澆筑速度、運(yùn)輸能力等，計(jì)算攪拌能力、運(yùn)輸運(yùn)能等，保證大體積混凝土可連續(xù)澆筑。此次項(xiàng)目采用2 套90 型拌和站集中攪拌，2 套布料遮擋，保證砂石料的含水率。由實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)骨料含水率，確保骨料與水用量的合理性。若外界氣溫較高，在水池內(nèi)適量加冰，從而降低混凝土出機(jī)溫度。大體積混凝土澆筑的承臺(tái)高8m，分4 次澆筑，每次澆筑2m。澆筑時(shí)采用水平分層法，布料從2 側(cè)向中間布料，分層厚度約30cm。下層混凝土初凝前，應(yīng)完成上層混凝土的澆筑，保證澆筑連續(xù)性。混凝土的澆筑需振搗落實(shí)，對(duì)澆筑區(qū)進(jìn)行有效分區(qū)，并實(shí)現(xiàn)定人定崗振搗，以免因交叉施工出現(xiàn)漏振現(xiàn)象。每次混凝土澆筑前，待前次的混凝土溫度達(dá)到峰值后方可進(jìn)行下一次澆筑，以免內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，間隔時(shí)間為5～6 天。

對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元仿真分析，綜合考慮混凝土澆筑溫度、外界溫度及冷卻水管的降溫效果，得到不同齡期的溫度分布規(guī)律，待溫度驗(yàn)算合格后才可進(jìn)行混凝土的澆筑施工。為了有效降低臺(tái)體內(nèi)溫度，避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，在結(jié)構(gòu)體內(nèi)可多布設(shè)冷卻水管并通水，達(dá)到降溫效果。每次澆筑2m 高，承臺(tái)沿著高度方向可布設(shè)3 層冷卻水管，層間距約60cm，水平間距1m，各層冷卻水管按照縱橫交叉布置，其拐角處以圓弧鋼管過(guò)渡，其鋼管間采用鋼絲軟管來(lái)連接，并綁扎牢固。每次混凝土澆筑后應(yīng)立即進(jìn)行微小流量通水，避免管道由于布料、振搗導(dǎo)致破裂，發(fā)生水泥漿滲入凝固溝堵塞管道的情況。具體流量應(yīng)結(jié)合溫度量測(cè)來(lái)進(jìn)行溫控。若在夏季施工，其混凝土內(nèi)部最高溫度應(yīng)小于70℃。養(yǎng)護(hù)期間混凝土中心溫度與表面溫度差應(yīng)小于25℃?；炷帘頊嘏c養(yǎng)護(hù)水溫度差小于15℃。其降溫速度低于每日2℃。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)看，各層冷卻水管可布設(shè)2 個(gè)通水裝置，其通水裝置是由325mm 的鋼管制作而成，可設(shè)置多個(gè)出水口，利用軟管與冷卻水管來(lái)連接。在每個(gè)出水口設(shè)置閥門(mén)，可單獨(dú)控制單個(gè)回路。為了有效保障冷卻水循環(huán)，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)預(yù)備2～4 臺(tái)水泵，并配備專門(mén)的通水負(fù)責(zé)人員，從而確保冷卻系統(tǒng)能夠穩(wěn)定作業(yè)。

大體積混凝土澆筑分層分塊較多，可選擇具有代表性的第5 號(hào)塊第1 層結(jié)果進(jìn)行仿真分析，其澆筑溫度為30℃。其溫度數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 第5 號(hào)塊第1 層混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表2 續(xù)表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，道路橋梁施工中，大體積混凝土澆筑施工容易受到多方面因素影響，進(jìn)而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至威脅人們的生命安全。因此，應(yīng)合理選擇大體積混凝土原材料，采用先進(jìn)混凝土攪拌澆筑工藝，做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，控制好溫度，進(jìn)而保證道路橋梁工程的安全。