大体积混凝土基础裂缝预防措施研究

熊 炜， 周 健

(中国水利水电第七工程局有限公司 ，四川 成都 610213)

1 概 述

某大桥基础浇筑分为三个台阶，最底层平面尺寸为57.91 m×25 m，第二层平面尺寸为54.91 m×20.5 m，第三层平面尺寸为51.91 m×16 m，单个台阶高3 m。

最底层扩大基础设3级0.5 m×4 m抗推抗滑移台阶，基底嵌入中等风化的泥质砂岩中。

大桥基础第一层浇筑完成后共发生两处裂缝，最大缝宽约3 mm，未贯穿。

受基础第一层浇筑后出现裂缝的影响，在大桥基础第二层浇筑时，从平面上分成3块(两侧各一块、中间作为后浇块)进行浇筑，两侧块体浇筑完成8 d后，先浇筑的两侧块体出现了2条贯穿裂缝和1条非贯穿裂缝，最大裂缝宽度约3 mm。

项目部技术人员在了解了设计分层分块要求和现场施工、温控情况后，分析裂缝产生的原因为混凝土内外温差扩大、温度应力大于早期强度导致裂缝的产生。

2 预防与优化措施

在保证扩大基础施工质量和满足设计强度要求的前提下，考虑到降低温升峰值、减小里表温差、平缓降温速率等因素，最终决定采取以下措施对扩大基础混凝土浇筑及温控进行优化：

(1)优化混凝土配合比，减少混凝土水化热；

(2)分块、分层浇筑；

(3)覆盖保温养护，延缓拆模时间；

(4)加密冷却水管，严格控制通水参数。

2.1 混凝土配合比的调整

该工程扩大基础均采用商品泵送混凝土，所有原材料由拌合站提供，在扩大基础混凝土浇筑前，根据拌合站提供的资料报送配合比，初始配合比见表1。

表1 初始配合比表

其中：①水泥使用低热硅酸盐水泥，其3 d水化热为198 kJ/kg，7 d水化热为239 kJ/kg。 ②掺合料为Ⅱ级粉煤灰，检测结果满足设计及相关规范要求。③细骨料1为人工砂，细度模数为3.1；细骨料2为天然砂，细度模数为1.5。合成细度模数为2.8，满足相关中砂要求；粗骨料的级配不理想；粗、细骨料的其他技术指标满足设计及相关规范要求[1]。 ④外加剂为苏博特减水剂。 ⑤在施工现场将施工塌落度配合比控制为180～200 mm，混凝土入仓温度控制为20 ℃～25 ℃，满足施工和配合比的设计要求。

从前期浇筑情况看，实际效果并不理想。第一层及第二层扩大基础均在浇筑后产生了裂缝。针对这一情况，项目部技术人员对初始配合比进行了优化：主要是减少了水泥，同时掺加了膨胀剂以补偿混凝土后期收缩。经过上述优化，确定了两种配合比，优化配合比1见表2，优化配合比2见表3。

表2 优化配合比1表

表3 优化配合比2表

配合比1中的原材料组成品牌与厂商没有变化，仅改变了用量。水泥从前期的294 kg减少为254 kg，减少了水泥用量40 kg，增加了膨胀剂。

配合比2中的原材料组成品牌与厂商没有变化，仅改变了用量。水泥从前期的294 kg减少为270 kg，减少了水泥用量24 kg，增加了膨胀剂。

项目部根据优化后的两种配合比进行了室内试拌并成型混凝土试件，两种优化配合比后的对比情况为：①拌合物的状态。配合比1的混凝土施工和易性不好，流动性差，不利于泵送，现场施工难度大[2]。②混凝土试块7 d抗压强度试验。配合比1的抗压强度为24.2 MPa，配合比2的抗压强度为27.8 MPa。③根据商混站以往经验及项目部对商混站强度跟踪的情况推算并考虑到实际操作和原材料波动等情况，配合比1的60 d/90 d强度无法满足混凝土评定规范要求，最终决定选用配合比2。④根据业主、设计、监理等参建各方对优化方案的会审意见：配合比2中水灰比偏大，可能会导致水化热过高。遂建议减少用水量。最终优化配合比见表4。

表4 最终优化配合比表

2.2 混凝土分层分块

扩大基础混凝土单层设计为厚3 m，分2次浇筑，每次浇筑1.5 m厚；每层再分为6大块浇筑，并设3 m宽后浇带。上下两层竖向施工缝相互错开，后浇块在先浇块浇筑完成至少7 d后浇筑。

2.3 保温养护

当混凝土浇筑完毕、初凝后，先在混凝土表面洒水，然后立即覆盖一层塑料薄膜，薄膜上再覆盖麻袋或无纺布以减缓混凝土表面水分蒸发时温度迅速散失、达到保温的效果，避免因混凝土内外产生过大的温差应力出现裂缝。薄膜和保温材料在覆盖时需有效搭接，搭接宽度不小于5 cm，并保持其表面平整、覆盖严密。

2.4 冷却水管的布置

分层布置冷却水管，采用Φ48 mm×3 mm钢管，利用Φ25 mm和Φ20 mm架立筋支撑。原设计方案中的冷却水管水平间距为2 m，优化调整后为1.5 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。通水流量及通水温度等保持设计参数不变。

3 主要施工方法

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程：优化混凝土配合比→施工准备→架立钢筋安装→冷却水管安装→测温管安装→模板安装→连接筋安装→混凝土分层浇筑→混凝土振捣→覆盖养护、通水冷却→根据测温结果通过冷却水管控制混凝土温度[3]。

3.2 施工准备

(1)技术准备。根据施工图纸、相应的设计施工规范及现场施工条件制定施工方案，对施工现场作业层的施工人员进行技术交底和安全交底，交底的重点为混凝土浇筑流向、浇筑方法、浇筑重点、温度控制等。

(2)现场施工准备。①预先规划浇筑混凝土所需的施工便道及工作平台。②认真组织测量放线，确保定位准备，做好控制桩和水准点。③现场开工前，对所需材料分期分批组织进场。④施工管理人员和辅助施工工人全部到位，小型工具准备齐全。⑤现场安全文明施工标志、标牌必须按要求设置。

3.3 架立筋的安装

架立筋采用Φ25 mm钢筋，水平筋及斜撑筋采用Φ20 mm钢筋，在钢筋加工厂集中制作，采用小型运输车运往施工现场，按设计要求采用人工安装并焊接固定。

3.4 冷却水管的安装

测量好冷却水管的尺寸、位置，根据施工方案分层埋设冷却水管网，安装控制阀门。冷却水管采用导热性好并具有一定强度的Φ48 mm×3 mmQ235铁管，利用架立筋支撑，均采用U型定位筋卡焊在架立筋上并确保位置准确、固定牢靠，必须保证其在浇筑混凝土过程中不发生移位现象。冷却水管的进水口和出水口外露出混凝土顶面的长度为50 cm，均引至模板外并固定好，使用时打开[4]。

3.5 测温管的安装

测温管采用Φ5 mm PVC管，竖直安装，沿扩大基础纵横向中轴线对称均匀布置，利用限位钢筋与架立筋连接固定。测温管在安装前须将两头封闭以防止漏浆，下料时不得对准测温管下料，以免造成其位移或破坏。

3.6 模板安装

基础大面外模及键槽均采用P6015、P3015钢模拼装，部分边角位置采用木模板。

混凝土施工操作平台采用Φ48 mm钢管搭设，立杆按2 m×2 m点阵布设，钢管外套设PVC管，以便于施工完毕提拔取出。操作平台应与模板加固体系分离，避免施工过程中扰动模板。

3.7 连接钢筋的安装

在钢筋加工厂预先切割好连接钢筋，连接钢筋均为Φ28 mm螺纹钢，长度为1 m。竖向缝连接筋在模板预埋位置开孔，将连接钢筋与冷却水管架立筋绑扎在一起进行加固，混凝土浇筑时避免连接钢筋错位；水平缝连接筋可在混凝土浇筑完成且初凝之前按设计位置预埋。

3.8 混凝土浇筑

(1)该工程基础混凝土浇筑按照“一个坡度，分层浇捣，循序渐进”的方法实施。混凝土的自然流淌坡度不超过7∶1，将斜面分层厚度控制在30 cm左右，不宜过厚，以保证混凝土在初凝之前被上层混凝土覆盖，振捣器顺混凝土流淌方向赶振，浇筑时每块混凝土由两侧向中间浇筑。

(2)振捣时要做到“快插慢拔”，振捣棒应插入其下层50 mm左右，以消除两层之间的接缝。每点振捣时间以20～30 s为宜，但还应视混凝土表面不再显著下沉、表面无气泡产生且混凝土表面有均匀的水泥浆泛出为准[5]。

3.9 保温养护

混凝土浇筑完毕并完成初凝后，先在混凝土表面洒水，然后立即覆盖一层塑料薄膜，在薄膜上再覆盖麻袋或无纺布以减缓混凝土表面水分蒸发时温度的迅速散失，达到保温的效果。

蓄热养护时间不少于7 d，并应尽量延迟拆除四周模板，拆模时混凝土表面与大气的温差不得大于20 ℃。

3.10 温控措施

(1)通水冷却。待混凝土浇筑到各层冷却管标高后即开始通水，采用WQ100-7.5-15型潜污泵直接从附近水域抽水冷却，每道冷却水管的通水量不小于30 L/min。为了增加冷却效果，进出水流方向每天更换1次，通水时间一般不少于12 d，或根据测温结果确定。

(2)温度的检测方法。①测温仪器采用电子感应式温度计。②测温项目：a.大气温度、环境温度：每昼夜2～4次;b.水、砂、石等原料：每工作班4次;c.拌和楼室内温度：每工作班2～4次;d.混凝土入模温度：每工作班2～4次。③当结构内部的最高温度不再上升且与外界环境温度的差值不高于温差控制值时，温度控制工作即可结束。

4 结 语

大体积混凝土的裂缝预防一直是工程建设中的一个难点，通过理论分析与实践经验，对所采取的主要预防措施进行了简单的阐述，解决了大体积混凝土的开裂问题，提高了工程的质量，加快了施工进度，所取得的经验对类似施工条件的大体积混凝土施工具有重要的参考借鉴意义。