市政桥梁大体积素混凝土裂缝控制技术研究

钟 波

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

众所周知，混凝土裂缝在施工中是经常出现的问题，尤其是在大体积混凝土施工时尤为突出。混凝土裂缝的出现严重影响结构安全、耐久性和安全运营。据分析，裂缝出现的原因主要有以下三个方面：

(1)由外部荷载引起，即混凝土承受了自身不能承受的荷载而造成结构开裂，进而产生裂缝。

(2)由结构性应力引起，即由于实际工作状态与假设模型不符所致。

(3)由形变应力引起，即由温度、收缩膨胀、不均匀沉降、施工等因素引起的结构形变[1]。

施工中主要从浇筑方案、混凝土配合比以及温度等方面对大体积混凝土裂缝进行控制。

2 浇筑方案控制

2.1 设计结构

天保湾大桥扩大基础分为三层，每层高度为3 m，底层设计了3级、0.5 m×4 m的抗推抗滑移台阶，中层和顶层为矩形结构。底层平面尺寸为57.91 m×25 m，浇筑方量为3 626.61 m3；中层平面尺寸为54.91 m×20.5 m，浇筑方量为3 376.9 m3；顶层平面尺寸为51.91 m×16 m，浇筑方量为2 491.7 m3；整个扩大基础未设计结构钢筋，仅外表面设计了一层φ10防裂钢筋网(@100)，属于大体积素混凝土施工(图1)。

图1 扩大基础结构图(正面、侧面)

2.2 分层分块方案

由于扩大基础单层面积较大、高度较高，故采取分层分块浇筑方案。分层分块浇筑可以增大散热面积，减小混凝土集中升温，有效控制混凝土由于温度应力产生的裂缝。每块混凝土之间设置后浇带，对施工缝设置键槽并设置连接插筋，以保证结构的整体性。

扩大基础的单层设计厚度为3 m，共分2层浇筑，每一层浇筑厚度为1.5 m；每层再分为6大块浇筑，并设3 m宽后浇带。上下两层竖向、纵向施工缝相互错开，后浇带在先浇块浇筑至少7 d后浇筑。

2.3 冷却水管的布置

在大体积混凝土施工中，混凝土浇筑后将会产生数量可观的水化热。其中，水泥的水化热一般发生在早期，也就是混凝土浇筑之后的不久。在此期间，混凝土的温度上升将会很快，直至达到一定温度后开始下降。由于混凝土导热性能较差，水泥水化热产生的热量需要在很长一段时间才能散发完，从而导致在施工期间形成混凝土内部温度和表面温度的不一致，进而产生表面裂缝。在混凝土降温阶段，会因为体积的收缩所引起的各种原因导致变形引起拉应力，拉应力超过混凝土抗拉能力时往往导致混凝土开裂。而对混凝土温度变化进行控制是能够防止其产生温度应力的一种有效手段。

在大体积混凝土内布置冷却水管，通过循环冷却水可以有效地控制混凝土的内部温度。根据结构特点，冷却水管的布置形式多种多样。天保湾大桥扩大基础冷却水管采取分层布置方式，采用D48×3 mm普通钢管，利用φ25和φ20架立钢筋支撑。冷却水管水平间距为1.5 m，在每层(厚1.5 m)中间位置布置，距上下混凝土结构面各0.75 m，进、出水口伸出混凝土表面50 cm并引流至模板外的基坑内，避免水流淤积在混凝土保温层上。

在大体积混凝土内还需布置测温管，用于混凝土温度监控。测温管采用φ50 PVC管，竖直安装，沿扩大基础纵横向中轴线对称布置。测温点竖直布置，一般每个测温管内布置一组、3个，分别布置在混凝土的上、中、下位置，上下测点均布置在距离混凝土表面10 cm处，另外，在离开基础周边一定的距离埋设2个测温点用于测量环境温度。

3 混凝土配合比控制

混凝土水化热主要由水泥产生，因此，水泥的选择、水泥的用量以及外加剂的配比是控制混凝土水化热的关键因素。为了有效降低混凝土的水化热，扩大基础混凝土的水泥用料，最终选用低热硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥3 d水化热为240 kJ/kg，7 d水化热为270 kJ/kg。而低热硅酸盐水泥3 d水化热为198 kJ/kg，7 d水化热为239 kJ/kg[2]。

根据设计要求，采用60 d或90 d龄期的强度指标并将其作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收的依据。根据设计强度(C35)制定了初始配合比(表1)。

表1 初始配合比表 /kg

该配合比强度、塌落度以及入仓温度均能满足设计要求，但是其水泥用量仍然较大。因此，为了尽可能减小水泥用量，在保证混凝土和易性及耐久性的基础上，对初始配合比进行了优化，优化的目的主要是减少水泥，同时掺加膨胀剂，以补偿混凝土的后期收缩。最终优化得出了以下两种混凝土配合比(表2、3)。

表2 优化配合比1表 /kg

表3 优化配合比2表 /kg

其中外加剂1为减水剂，外加剂2为膨胀剂。

根据优化后的两种配合比进行室内试拌并成型混凝土试件，两种优化后的配合比对比情况如下：

(1)拌和物状态。配比1混凝土的施工和易性不好，流动性差，不利于泵送，现场施工难度大。

(2)混凝土试块7 d抗压强度试验表明：配比1混凝土的抗压强度为24.2 MPa，配比2混凝土的抗压强度为27.8 MPa。

考虑到混凝土的后期强度以及现场施工情况，最终选用优化配合比2为扩大基础混凝土浇筑配合比。

4 温度控制

4.1 温控指标

根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)要求，大体积混凝土温控指标须符合下列规定[3]：

(1)混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升不宜大于50 ℃；

(2)混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25 ℃；

(3)混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2 ℃/d；

(4)混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20 ℃。

4.2 冷却水管的通水方案

冷却水管在扩大基础混凝土浇筑的同时通水，冷却水采用河道内的天然河水(浇筑期间的常温为12 ℃)，进出水流方向每天交替一次。冷却水的流量应大于30 L/min，流速大于1 m/s。冷却水不宜过冷，冷却水水温与混凝土内部的最高温差不宜大于30 ℃，可采用循环水以及水箱进行调温[4]。

混凝土浇筑完成后，在其表面铺设土工布并洒水进行保温养护[5]。安排专人24 h对混凝土表面温度、混凝土内部温度以及室外温度进行监控并实时根据测温数据增加或减小通水流量和温度，以保证混凝土的内外温差不超过25 ℃、内部降温速率不超过2 ℃/d。为保证施工质量和温控效果，连续通水的时间不宜小于12 d。

5 结 语

通过对浇筑方案、混凝土配合比以及温度等方面进行控制，天保湾大桥扩大基础混凝土施工顺利完成，混凝土浇筑质量满足设计及规范要求，扩大基础混凝土未产生影响结构功能以及耐久性的裂缝。取得了非常好的效果。