市政隧道大體積混凝土裂縫特點\\起因與完善對策探討

摘要：大體積混凝土結構在施工中容易出現裂縫，這已為眾多的工程實踐所證實，本文對市政隧道大體積混凝土裂縫原因與控制方法進行了探討。

關鍵詞：隧道 大體積混凝土 裂縫

1 市政隧道大體積混凝土出現裂縫的特點

近年來市政隧道大體積混凝土出現裂縫屢見不鮮，從裂縫發生的情況分析，有以下幾個特點值得注意：①均為地下或半地下結構，有防水要求，鋼筋混凝土須控制裂縫開展及寬度，一般不存在承載力不足問題。②結構形式常采用現澆鋼筋混凝土超靜定結構，溫差和收縮變化復雜，約束作用較大，容易引起開裂。③超靜定的地下和半地下構筑物，凡能滿足工藝和構造要求的截面尺寸，一般都能滿足承載力要求，且有較大的安全度。因此，掌握溫度收縮作用是控制裂縫的主要因素。④混凝土標號較高，水泥用量較大，壁厚較小，收縮變形較大，常見收縮裂縫。⑤控制裂縫必須考慮鋼筋作用，其構造配筋率約為0.2％—0.5％。⑥水化熱溫升較高，降溫散熱較快，因此收縮與降溫共同作用是引起混凝土裂縫的主要因素。其次，不均勻沉降及抗震問題都須適當考慮。⑦控制裂縫的方法不象壩體混凝土那樣采用特殊低熱水泥及復雜的冷卻系統，而主要是靠改進構造設計、合理配筋及改進澆筑、加強養護等方法提高結構的抗裂性能。

2 市政隧道大體積混凝土出現裂縫的原因

市政隧道大體積混凝土裂縫原因主要在于：

2.1外界氣溫度化的影響。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高：而如外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度，隨著水泥水化反應的減慢及混凝土的不斷散熱，大體積混凝土由升溫階段逐漸過渡到降溫階段。溫度降低，體積收縮。由于混凝土內部熱量是通過表面向外散發，降溫階段，混凝土表面溫度與中心溫度仍然存在差值，如果過大，同升溫階段一樣產生表面裂縫。

2.2混凝土配合比。實際證明，水泥用量大，水泥發熱量大，造成混凝土水化熱溫升過高，內外溫差劇烈：水灰比大，造成混凝土收縮量過大：原材料性能不良，造成混凝土強度低，本身抗裂能力差。

2.3混凝土施工質量，主要有混凝土攪拌不均勻，振搗不密實，澆筑不合理，混凝土內部形成施工縫。

2.4混凝土養護。主要有混凝土養護不及時，風吹日曬，內部與外表溫差過大，外界氣溫驟降時混凝土表面無保溫措施。

2.5混凝土結構型式及構造上的問題：幾何尺寸大，超長超厚；形狀突變處未合理處理；配筋不合理。

2.6地基問題：基礎約束面受強約束；沉降不均勻等。在上述眾多因素中，比較突出的問題之一是混凝土內部由于水泥水化熱釋放引起混凝土內部劇烈的溫度變化，產生溫度應力，導致混凝土開裂，這是大體積混凝土裂縫的主要原因。

3 市政隧道大體積鋼筋混凝土裂縫控制的措施

3.1混凝土澆筑措施大體積混凝土的澆筑應選用以下三種方法：

3.1.1全面分層。即將整個結構澆筑層分為數層澆筑，當已澆筑的下層混凝土尚未初凝時，即開始澆筑第二層，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方案適用于結構物的平面尺寸不太大的工程，施工時宜從短邊開始，沿長邊推進：也可分為兩段，從中間向兩端，從兩端向中間同時進行。

3.1.2分段(塊)分層。層一端開始澆筑混凝土，適用于厚度較薄而面積或長度較大的工程。施工時從底進行到一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。

3.1.3斜面分層。適用于結構的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應從澆筑層底層開始，逐漸上移，此時向前推薦的澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1:3，以保證分層混凝土之間的施工質量。分層的厚度決定于振搗器的棒長和振動力的大小，也要考慮混凝土的供應量大小和可能澆筑量的大小，一般為20—30cm。插入式振搗器應伸入下層50cm為宜。分層澆筑時，上層鋼筋的綁扎應在下層混凝土經一定養護其強度達到1.2N／mm²，混凝土表面溫度與混凝土澆筑后達到穩定時的室外溫度之差在25℃以下時進行。為了加強分層澆筑層間的結合，可以采取在下層混凝土表面設置鍵槽的辦法。鍵槽可用100mm×100mm的木方每隔1m左右留設。分層澆筑間隔的時間，應以混凝土表面溫度降至大氣平均溫度為好，即水化熱溫升的峰值以后，一般為3—5d，因此間隔時間以大于5d為宜。

3.2混凝土的養護混凝土拌和物澆筑成型后應及時進行養護。養護的目的是為混凝土正常硬化創造必要的溫度、濕度條件，防止收縮開裂，保證混凝土達到設計要求的強度。混凝土澆筑完畢后，應在12h內加以覆蓋和澆水。具體要求是，普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14d，礦渣水泥、火山灰質水泥、大壩水泥、礦渣大壩水泥拌制的混凝土不得少于21d。養護方法分為降溫法和保溫法兩種。降溫法即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、撒水或噴水養護；保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料覆蓋養護(如塑料薄膜、草袋等)及薄膜養生液養護，可視具體條件選用。養護原理：塑料薄膜養護是將塑料溶液噴涂在已凝結的混凝土表面上，揮發后，形成一層薄膜，使混凝土表面與空氣隔絕，混凝土中的水分不再蒸發，內部保持為濕潤狀態。

3.3混凝土用料設計混凝土配合比設計和施工中通常采用如下幾點措施：①低水化熱的水泥和盡量減小水泥用量；②盡量減少用水量，提高混凝土強度：③合理使用混凝土外加劑；④選用熱膨脹系數小的骨料和較大的骨料粒徑；⑤預冷原材料；⑥合理分縫、分塊，減輕約束；⑦在混凝土中預埋冷卻水管；⑧在混凝土表面絕熱，調節表面溫度下降速率；⑨拋投石塊。從上面通常采用的措施可看出，這多種措施中，除施工過程中可采取的措施外，從混凝土配合比設計的角度看，主要應從①—⑨著手，進行配合比設計。進行配合比設計時注意：①設計配合比時盡量利用混凝土60d或90d的后期強度，以滿足減少水泥用量的要求。但必須征得設計單位的同意和滿足施工荷載的要求。②混凝土配合比，應根據使用的材料通過試配確定。水灰比應≤0.6。砂率應控制在0.33—0.37。坍落度應根據配合比要求嚴加控制。

3.4混凝土施工的現場監測與試驗施工經驗證明：在大體積混凝土施工過程中，加強現場監測與試驗，是控溫、防裂的重要技術措施，也都取得了良好的效果，實現了信息化施工。隧道大體積混凝土澆筑塊體里外溫差、降溫速度及環境溫度的測試，每晝夜應不少于2次。大體積混凝土澆筑塊體溫度監測點的布置一般可按下列方式布置：①溫度監測點的布置范圍以所選混凝土澆筑塊體平面圖對稱軸線的半條軸線為測濕區(對長方體可取較短的對稱軸線)，在測溫區內溫度測點呈平面布置；②在測溫區內，溫度監測的位置與數量可根據混凝土澆筑塊體內溫度場的分布情況及溫控的要求確定：③在基礎平面半條對稱軸線上，溫度監測點的點位宜不少于4處；④沿混凝土澆筑塊體厚度方向，每一點位的測點數量，宜不少于5點：⑤保溫養護效果及環境溫度監測點數量應根據具體需要確定：⑥混凝土澆筑塊體的外表溫度，應以混凝土外表以內50mm處的溫度為準。

總之，市政隧道大體積混凝土的施工技術，涉及到經濟、技術、設計、管理、施工等諸多方面。要想保證大體積混凝土的施工質量，需要建設單位、設計單位、施工單位、材料供應商等單位的綜合管理、科學組織、合理安排、嚴格執行。