大體積混凝土施工中的裂紋控制

馬寅生

（中鐵東方國(guó)際集團(tuán) 北京 100071）

1 引言

吉隆坡地鐵MRT是馬來(lái)西亞首都經(jīng)濟(jì)改革最重要的內(nèi)容之一，目的是建立一個(gè)集成的城市大眾捷運(yùn)系統(tǒng)，其軌道交通網(wǎng)絡(luò)將穿行連接多達(dá)120萬(wàn)居民的居民區(qū)、經(jīng)濟(jì)中心、商業(yè)中心和郊區(qū)等領(lǐng)域，促使吉隆坡躋身大都市和世界宜居城市。

根據(jù)在吉隆坡地鐵MRT一期施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目中大量使用大體積混凝土結(jié)構(gòu)，因此根據(jù)施工管理過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)在此對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中大體積混凝土裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出解決措施。

為了預(yù)防大體積混凝土施工中出現(xiàn)裂紋/裂縫，施工單位應(yīng)該將其作為質(zhì)量管理主控項(xiàng)目多加關(guān)注，對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫要有針對(duì)性的處理，提高建筑物的安全性。但是后期無(wú)論怎么處理已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫都會(huì)給建筑物/構(gòu)筑物造成傷害，還會(huì)拖長(zhǎng)施工期，降低建筑物/構(gòu)筑物安全性和耐久性，浪費(fèi)施工成本和資源。所以，最好的處理辦法就是提前做好預(yù)防工作，從源頭上避免裂縫的產(chǎn)生。目前，如何預(yù)防大體積混凝土施工中出現(xiàn)裂紋/裂縫也是亟待解決的難題。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂紋的原因

一般認(rèn)為，大體積混凝土澆筑過(guò)程中由于不規(guī)則沉降、溫度應(yīng)力和澆筑工藝等原因會(huì)造成成品混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋甚至裂縫，并對(duì)未來(lái)的使用構(gòu)成隱患。在本項(xiàng)目標(biāo)段內(nèi)吉隆坡中心車(chē)站，設(shè)計(jì)采用1.4m厚度的底板、0.8m厚度的中層板和1.5m厚度的頂板，單次澆筑混凝土量大，板體按照車(chē)站長(zhǎng)度分幅澆筑，單幅澆筑時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)達(dá)12h。因此如何控制和防止混凝土板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，是本項(xiàng)目施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

首先，根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)混凝土可能產(chǎn)生裂紋/裂縫的原因進(jìn)行分析，主要有以下幾類(lèi)：

2.1 大體積混凝土澆筑工藝原因

在混凝土澆筑施工中，需要保持連續(xù)作業(yè)，施工過(guò)程中間隔時(shí)間不可以超過(guò)2min。這是因?yàn)榛炷翝仓鳂I(yè)過(guò)程中停止，由于已澆筑的混凝土凝固，前后的混凝土便會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力裂紋，甚至發(fā)生由于已澆筑混凝土的凝固造成后澆筑部分與已澆筑部分沒(méi)有很好粘結(jié)而形成施工冷縫，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用的板體厚度大、面積大，因此不但提高了連續(xù)澆筑作業(yè)難度，也增加了出現(xiàn)裂紋/裂縫的幾率，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制和管理提出了更高要求。

2.2 大體積混凝土振搗工藝原因

混凝土振搗工藝主要要求振搗的頻率、力度、均勻度、振搗范圍，這四項(xiàng)基本要求都會(huì)關(guān)系到混凝土施工中是否會(huì)出現(xiàn)裂紋。在混凝土施工中，混凝土振搗面積很大，如果采用以往的人工振搗方案，只能安排多人同時(shí)振搗，會(huì)讓振搗工作變得混亂、難以管理，導(dǎo)致混凝土振搗不均勻，在施工中出現(xiàn)裂紋。

2.3 大體積混凝土承重結(jié)構(gòu)布設(shè)原因

由于大體積混凝土自身重量大，施工規(guī)模大，產(chǎn)生的應(yīng)力也較大，所以，為了能夠足以支撐大體積混凝土的重量，需要確保板底支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)算以確保安全。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于承重結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及沉降應(yīng)編制專(zhuān)項(xiàng)方案并進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)和檢算。如果沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)和檢算，由于板體不均勻沉降，會(huì)使大體積混凝土應(yīng)力無(wú)法釋放，造成之后的混凝土?xí)粩喈a(chǎn)生裂紋。另外，這些裂紋會(huì)出現(xiàn)在混凝土終凝之前，此時(shí)的力度也不夠足以產(chǎn)生抵抗力。

2.4 大體積混凝土水分發(fā)散問(wèn)題

混凝土的原料中含有很多的水分，并在混凝土不斷凝聚的過(guò)程中，這些水分會(huì)被氣化并發(fā)散掉，直到水分發(fā)散完后才算是混凝土凝固完成。在水分發(fā)散的過(guò)程中，如果水分發(fā)散的速度很快，會(huì)導(dǎo)致混凝土凝固出現(xiàn)干涸的現(xiàn)象，會(huì)更容易出現(xiàn)裂紋。

2.5 大體積混凝土表面與核心溫差控制

由于大體積混凝土核心部分水化熱量不易傳導(dǎo)，表面溫度與環(huán)境溫度接近，核心部分溫度高于表面溫度，核心溫度與表面溫度差過(guò)大，造成的混凝土不規(guī)則膨脹造成應(yīng)力裂縫。

3 大體積混凝土裂紋/裂縫控制措施

根據(jù)大體積混凝土產(chǎn)生原因和現(xiàn)場(chǎng)施工管理特點(diǎn)，需要從支撐設(shè)計(jì)、澆筑現(xiàn)場(chǎng)施工工藝控制和成品養(yǎng)生等多個(gè)角度綜合采用針對(duì)性方法進(jìn)行控制，以達(dá)到提前預(yù)防的目的。

在本項(xiàng)目上主要在以下幾方面進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)混凝土裂紋/裂縫預(yù)防：

3.1 大體積混凝土澆筑工藝管理

大體積混凝土澆筑需要進(jìn)行施工工藝管理：①盡量避免大體積混凝土澆筑的過(guò)程中斷，本項(xiàng)目施工中通過(guò)：a.澆筑前與混凝土拌合站有效溝通對(duì)接，確保澆筑時(shí)混凝土供應(yīng)連續(xù)；b.組織多個(gè)班組循環(huán)作業(yè)澆筑混凝土和振搗；②混凝土澆筑工作可以采取分層澆筑和前后澆筑法來(lái)降低澆筑施工難度。分層澆筑法要根據(jù)具體的施工厚度和澆筑板體面積，將作業(yè)面分為多層多幅施工，每一個(gè)階段控制好好混凝土澆筑厚度，可以提高大體積混凝土施工的施工質(zhì)量和速度，以此來(lái)避免大體積混凝土施工時(shí)出現(xiàn)裂紋。這樣的做法會(huì)使得先澆筑的混凝土提前凝固，方便后續(xù)混凝土澆筑施工的進(jìn)展，讓混凝土澆筑工作不會(huì)受到應(yīng)力的影響，在大體積混凝土施工管理上也只需要著重管理前面澆筑的混凝土，減輕了大體積混凝土施工的難度和施工工作量。而前后澆筑法是讓施工人員同時(shí)利用兩個(gè)設(shè)備在兩條工作線上工作。以上施工方法的實(shí)施都給大體積混凝土施工減輕了工作負(fù)擔(dān)和工作的難度，也幫助預(yù)防大體積混凝土施工出現(xiàn)裂紋。

3.2 大體積混凝土振搗工藝管理

大體積的混凝土振搗工作根據(jù)作業(yè)面平面分為多個(gè)作業(yè)班組分區(qū)振搗，分別負(fù)責(zé)各分區(qū)振搗工作，確保混凝土澆筑后及時(shí)進(jìn)行振搗，使用插入式振搗機(jī)來(lái)振搗混凝土，同時(shí)注意實(shí)際的混凝土施工情況來(lái)調(diào)整振搗機(jī)的參數(shù)，同時(shí)加上振搗機(jī)工作的精準(zhǔn)性，使大體積混凝土施工的振搗工作更加規(guī)范、合理。除此之外，由于振搗機(jī)并不能到處移動(dòng)，因此在大體積混凝土振搗施工工作中，按照預(yù)定的作業(yè)分區(qū)首先將振搗的面積、振搗點(diǎn)明確標(biāo)出來(lái)，方便操作人員操作振搗機(jī)進(jìn)行振搗施工。

3.3 大體積混凝土承重結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)管理

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)板體厚度較大，原設(shè)計(jì)方案中采用明挖順做法施工，需要安裝大量的型鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)和滿堂板體支架系統(tǒng)，施工速度慢，質(zhì)量控制難度大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)和施工工藝分析，在本項(xiàng)目中我方提出了使用蓋挖逆作法施工工藝，利用磚模和土地作為混凝土結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，在施工前對(duì)土體承載力進(jìn)行檢測(cè)，確保混凝土板澆筑時(shí)和成品后不發(fā)生不均勻沉降。上述施工工藝變更既減少了型鋼支護(hù)系統(tǒng)和模板支撐系統(tǒng)的用量，也提高了施工進(jìn)度和安全性，降低了開(kāi)挖難度，在本項(xiàng)目上取得了良好的收效，獲得項(xiàng)目業(yè)主方的認(rèn)可，并迅速在其他標(biāo)段進(jìn)行了推廣，促進(jìn)了項(xiàng)目全線施工進(jìn)度。

該方式所采用的土體磚模方式在施工較大厚度大面積板體在施工過(guò)程中具有以下優(yōu)勢(shì)：①成功避免了大面積支撐系統(tǒng)安裝過(guò)程中的質(zhì)量不可控問(wèn)題，提高了結(jié)構(gòu)澆筑施工安全性；②土體本身的穩(wěn)定性、承載力和平整度相較于滿堂模板支架系統(tǒng)均更加穩(wěn)定，避免板體不均勻沉降產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)；③減少了支撐和支護(hù)系統(tǒng)的使用，降低了施工成本，縮減了施工時(shí)間；④施工場(chǎng)地在地面，布置方便，便于施工組織。

3.4 大體積混凝土水分保留

大體積混凝土隨著水化散熱，會(huì)造成混凝土內(nèi)外水分大量散失，因此作為大體積混凝土的主要養(yǎng)生手段，在混凝土初凝后定期的給混凝土進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)用水的溫度大概控制在30℃為宜，每一天都要給混凝土定期澆水，一天要澆三四次水為最好，同時(shí)在表面進(jìn)行保水材料覆蓋（如麻袋片、草席等），這樣通過(guò)施工后的及時(shí)養(yǎng)護(hù)和補(bǔ)水可以避免大體積混凝土表面出現(xiàn)龜裂紋和干縮性裂縫。

3.5 大體積混凝土溫度管理

①確認(rèn)混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)的周邊溫度，過(guò)高的溫度對(duì)大體積混凝土施工非常的不利，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)可以利用人工降溫的方法降低溫度，例如，往混凝土施工場(chǎng)地灑冷水的方法。②在大體積混凝土澆灌時(shí)要控制溫度，溫度過(guò)高時(shí)應(yīng)該想辦法降低溫度，特別是項(xiàng)目所在地處于熱帶地區(qū)，白天氣溫較高，因此澆筑工作全部安排在夜間進(jìn)行。同時(shí)可以采用預(yù)埋冷水管的方法降低核心混凝土溫度以降低表面與核心溫度差，預(yù)埋冷水管最好采用單向流水并控制流速的方式，以此避免循環(huán)水溫度升高后散熱作用降低和水流速度過(guò)快散熱效能不足的問(wèn)題。③澆筑前埋設(shè)測(cè)溫計(jì)，用以觀測(cè)混凝土不同部位溫度和溫差，以便及時(shí)采取散熱措施進(jìn)行散熱。④混凝土結(jié)構(gòu)初凝后定期澆水養(yǎng)護(hù)，利于混凝土結(jié)構(gòu)散熱。避免大體積混凝土施工時(shí)產(chǎn)生裂紋/裂縫，給施工質(zhì)量帶來(lái)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，隨著大體積混凝土施工應(yīng)用越來(lái)越普遍，大體積混凝土的施工質(zhì)量不僅僅會(huì)關(guān)聯(lián)到國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以大體積混凝土施工需要嚴(yán)格按照規(guī)矩來(lái)施工，改善施工的工藝，盡最大的力量來(lái)減少大體積混凝土施工裂紋/裂縫，以此提高大體積混凝土的施工質(zhì)量。