橋梁大體積混凝土承臺施工溫度控制技術分析

鄧福乾

（貴州路橋集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

混凝土是一種高脆性建筑材料，具有抗裂性差、抗拉強度低的特點。在工程建設中通常不考慮混凝土的拉伸作用。根據(jù)現(xiàn)行的澆筑技術規(guī)范，混凝土柱、樓板、剪力墻等部位施工后，無法避免地會出現(xiàn)一些裂縫[1]。為避免鋼筋銹蝕，必須從防裂措施入手，確保裂縫長度符合規(guī)范要求，盡量減小裂縫寬度[2]。面對工程建設總量的快速增長，施工單位不能合理控制大體積混凝土施工和硬化過程中的高溫裂縫，裂縫問題就會加劇，會威脅鋼筋質量，對整個工程的施工質量也有很大的不利影響。為滿足工程的施工要求，應把大體積混凝土中高溫裂縫的合理控制作為關鍵內容。

1 工程概況

納雍至興義高速公路納雍至晴隆段是國家高速公路橫線G76（廈門— 成都）的聯(lián)絡線（G7612），該線起于納雍，經六枝特區(qū)、晴隆，終于興義汕昆高速公路，依次連接杭瑞、廈成、滬昆和汕昆四條國家高速公路，形成了我國西南地區(qū)一條重要的南北聯(lián)絡線。第T10 合同段起訖里程為YK84+605～YK86+650/ZK84+585.347～ZK86+640，按雙向六車道設計，分離式橋面寬度為16.55 m，主要工程量有橋梁2 024 m/1 座（六枝特大橋），如圖1 所示。

圖1 橋基礎平面

六枝特大橋納雍岸引橋起點至ZK84+789.478/YK86+100.243 段位于分離式路基段上，左線位于R=6 500 m的圓曲線及直線段上，右線平面位于直線段；縱面位于2.5%的下坡段上；上部構造采用40 m 預應力混凝土先簡后支連續(xù)T 梁，5 號過渡墩采用變截面空心薄壁墩，0號橋臺采用樁柱式橋臺。六枝特大橋主橋上部構造采用（166+3×320+166）m=1 292 m 預應力混凝土空腹式連續(xù)剛構箱梁，主橋中心樁號ZK85+435.979/YK85+455.000，6#～9#主墩采用雙肢變截面空心薄壁墩。A 匝道橋（中心樁號：AK0+199.202）平面位于直線+緩和曲線段上，縱斷面位于R=1 500 m 的凹曲線、i=3.722%上坡段上。上部構造采用2×30 m 預制T 梁。橋臺采用U 臺配群樁基礎。B 匝道橋（中心樁號：BK0+321.202）平面位于緩和曲線+R=55 m 的緩和曲線+左偏圓曲線+緩和曲線+直線段上，縱斷面位于i=-1.350%下坡、R=1 600 m 的凸型曲線、i=-3.991%下坡、R=1 400 m 的凹型曲線段上。該橋采用（36 m+3×38 m）+3×30 m 鋼箱梁、預應力混凝土T 梁組合橋形式；橋臺采用U 臺配群樁基礎。L 連接橋1 號橋（中心樁號：LK0+643）平面位于緩和曲線+R=120 m 的右偏圓曲線+緩和曲線段上，縱斷面位于i=-4%下坡段上。該橋采用9×20 m 預制T 梁；橋臺采用U 臺配群樁基礎。L 連接橋2 號橋（中心樁號：LK3+442.500）平面位于緩和曲線+R=200 m 的左偏圓曲線+緩和曲線段上，縱斷面位于i=4%上坡段上。該橋采用5×20 m+19 m 預制T梁+現(xiàn)澆箱梁；橋臺采用U 臺配群樁基礎。

混凝土熱性能參數(shù)如表1 所示。

表1 混凝土熱性能參數(shù)

2 混凝土溫度和應力模擬分析及控制措施

2.1 溫度分析

混凝土溫度分析主要是分析水化熱的產生、傳導和損失。工程中混凝土閥門基礎的限制，重點研究基巖對混凝土閥門基礎的可能影響。混凝土溫度應嚴格按照當?shù)亟晖谄骄鶞囟冗x擇，如圖2 所示。混凝土發(fā)生水化反應后，水溫迅速上升，混凝土結構中積累了巨大的熱能。達到峰值65.8 ℃后進入冷卻階段，溫度逐漸降低。

圖2 混凝土熱源變化曲線圖

2.2 應力分析

溫度的變化會改變混凝土的應力，導致混凝土開裂，重點研究溫度在不同時期對混凝土拉應力的影響。研究表明，壓力在72 h 前起主導作用。邊緣位置提前進入冷卻階段，角部應力的變化也比較明顯。隨著溫度逐漸下降，拉伸應力也增加。現(xiàn)階段做好保溫養(yǎng)護工作，盡量降低混凝土的上、下溫度。

3 大體積混凝土澆筑施工計劃及流程

3.1 施工計劃

降低大體積混凝土施工完成后開裂的概率，提前預防及分析易發(fā)生混凝土開裂的因素，提前制定一系列預防措施，重點做好施工過程中關鍵環(huán)節(jié)的施工。在混凝土施工過程中，需要做以下工作：

（1）在混凝土構件中預安裝水循環(huán)過程中的冷卻管，有效處理一般區(qū)域內混凝土內部溫度不合理的問題。

（2）觀察并記錄溫度，在混凝土表面灑水。在混凝土上下溫度基本穩(wěn)定的前提下，移除保溫層。

（3）鑒于混凝土材料供應不及時，澆筑現(xiàn)場道路混亂，為澆筑機械的正常運行清理出一條暢通的道路，保證混凝土澆筑工程的有效進行[3]。

（4）定期控制原材混凝土溫度。混凝土上下溫度控制在25 ℃以內，混凝土表面溫度與大氣溫度之差控制在20 ℃以內。當溫度失控應及時采取相應的溫度控制措施。

3.2 施工流程

在大體積混凝土澆筑階段，溫度控制不當是導致混凝土裂縫的主要因素，嚴重時會降低混凝土的結構承載力。對大體積混凝土澆筑過程中存在的問題及處理對策進行了研究。大批量混凝土澆筑的實施需要高度重視混凝土的質量和影響混凝土溫度的各種因素。研究在出現(xiàn)熱現(xiàn)象時的應對措施，避免處理不當導致的裂縫問題。大體積混凝土的澆筑過程包括：

3.2.1 科學配比混凝土原料

具體項目施工前，施工單位應根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況制定項目施工計劃，明確施工計劃的前提下，準備滿足施工要求的混凝土原材料。施工中，骨料粒徑的控制是一項重要內容。連續(xù)級配粒度必須控制在10～40 mm，中砂直徑必須控制在2～8 mm，才能達到混凝土骨料的攪拌條件。混凝土生料比的有效管理有助于減少混凝土裂縫的發(fā)生。澆筑前應對混凝土的各項技術指標進行嚴格測試。

3.2.2 應用控溫設備

在保證鋼板溫度滿足規(guī)范要求的前提下，也要嚴格控制混凝土內部溫度應力引起的膨脹和收縮，該工程主要采用直徑為16 cm、25 cm、32 cm 的鋼筋，現(xiàn)場溫控措施為溫度傳感器智能控溫，設備的精準溫控，抵消了溫度應力的影響，具有增強混凝土結構穩(wěn)定性的作用。

3.3 合理降低混凝土制備的混凝土用量

混凝土配制過程中，根據(jù)相關標準和規(guī)范合理控制混凝土的摻量，根據(jù)混凝土配制的相關參數(shù)向混凝土中適當摻入粉煤灰，避免水化熱的形成，減少混凝土中高溫應力的產生。

3.4 分層分段澆筑

體積較大的混凝土澆筑，一般采用分層澆筑的方法，一次性施工會因溫度應力的增加而形成大量裂縫。為保證大體積混凝土的高質量澆筑，嚴格根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況制定最佳的澆筑方案，按照相關標準和程序進行大體積混凝土的澆筑[4]。合理控制混凝土的運輸時間，避免運輸時間過長導致混凝土凝結或離析，從而避免裂縫的發(fā)生。混凝土運至施工現(xiàn)場后，工作人員應及時檢查混凝土的坍落度，如不合格將影響混凝土結構的澆筑質量。混凝土易凝固，調整外加劑以達到緩凝效果，確保下層混凝土初凝前完成上層混凝土澆筑，澆筑工作必須連續(xù)進行，防止分層澆筑產生冷縫。完成混凝土施工后，應對頂面進行收面，在終凝前進行二次收面，完成二次收面后立即覆蓋土工布并灑水保濕，防止表面溫度降低和裂縫的發(fā)生。通過現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，采用土工布覆蓋灑水保濕的養(yǎng)護效果比使用塑料薄膜或養(yǎng)護劑涂層效果更佳。混凝土養(yǎng)護期間，根據(jù)環(huán)境氣溫確定是否需要采取保溫措施，采用保溫措施時，保溫覆蓋層需要當混凝土表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20 ℃時，方可拆除。

3.5 強化混凝土施工的裂縫控制

后澆帶是指根據(jù)建筑設計和施工單位標準的要求，在適當部位預留混凝土帶，以避免現(xiàn)澆鋼筋混凝土構件因收縮或沉降不均勻而形成有害裂縫。當澆筑帶在混凝土完工后振動時，通常采用補償收縮的方法來完成裂縫控制。這種方法的應用對混凝土的溫度有嚴格的要求。混凝土兩端相差太大，會導致混凝土結構的不平衡沉降。在混凝土澆筑的過程中，進行混凝土控制，以避免混凝土澆筑后混凝土兩端的強度差。分層澆筑法是減小混凝土結構內外溫差的主要措施。

防止因振動力過大而產生裂縫，混凝土施工需要使用合適的振動機械。過度振搗混凝土會導致粗骨料沉降和混凝土飛濺，混凝土分布不平衡，過振會出現(xiàn)表面浮漿，浮漿抗裂性較差。此類裂縫問題的處理，需要從以下幾個方面入手：

（1）已進入止水帶的部位，為了避免銹蝕影響鋼板質量，需要及時清除其上的灰塵和積水[5]。

（2）未安裝鋼板止水帶的位置，應在其上粘貼橡膠止水帶。

（3）混凝土標號的選擇必須嚴格按照設計要求進行，在澆筑混凝土之前，為保證新舊混凝土能良好黏結，最有效措施是通過優(yōu)化配合比調整外加劑從而延長混凝土緩凝時間，在下承層混凝土初凝前澆筑完成上承層混凝土。

（4）發(fā)現(xiàn)混凝土結構裂縫內有積水，應及時清除積水及其中的沉淀物，防止沉淀物長期堆積腐蝕混凝土結構層。

4 大體積混凝土施工過程中溫度裂縫優(yōu)化措施

4.1 采用溫度鋼筋的控制技術

采用高溫鋼筋孔徑材料控制技術的主要價值是使用過程中抑制裂縫。在施工階段，對混凝土表面積，單向設置能防止裂縫的高溫鋼筋大直徑材料，當直徑達到相應標準時，配筋率控制在0.1%以上，盡量使用較小的鋼筋孔徑，以便抑制建筑構件中高溫應力引起的熱膨脹和收縮。在實際施工過程中，鋼筋材料的孔徑應控制在5～12 mm，鋼筋孔徑與鋼筋材料的合理間隙應為90～140 mm，從而消除高溫應力引起的熱危害，確保混凝土表面的熱平衡。鋼筋的埋設深度應根據(jù)施工現(xiàn)場的具體特點嚴格控制。將獨立的抗拉鋼筋材料設置為搭接或錨固在周邊修建的相關結構區(qū)域。

4.2 溫度控制技術的運用

控制結構裂縫施工應加強冷卻技術在施工過程中的應用，預防和控制可能出現(xiàn)的裂縫。為提高建筑構件的熱穩(wěn)定性，工程技術人員需要在施工過程中正確使用水循環(huán)冷卻技術，在建筑構件的中、下部區(qū)域布置供熱管，使循環(huán)冷卻水注入，以降低組件中的高溫。在結構外部設置能夠保持溫度和濕度的保護材料。在外表面結構上鋪設隔熱保濕膜，以保證結構外部區(qū)域的溫度和濕度，通過技術手段將結構內外溫差控制在20～25 ℃，防止結構內外溫差過大而產生裂縫。采用冷卻水技術時，后澆鋼筋不會斷開，屬于鋼筋加密設置部分，為確保一次澆筑完成，鋼筋綁扎工作必須按照相應施工參數(shù)的要求完成，避免鋼筋結構在支模和澆筑時出現(xiàn)偏差，保證施工安全。

4.3 加強混凝土的養(yǎng)護管理

（1）進行保溫保濕保養(yǎng)。混凝土澆筑完成后，進入混凝土保護階段。在混凝土構件的管理和維護過程中，必須在構件表面涂覆保溫材料進行保護。養(yǎng)護材料主要分為三層，即一層土工布、一層塑料膜和一層土工布。土工布和膠膜能保證土工布中的水分盡量不流失，使混凝土表面長期保持濕潤，防止混凝土干縮裂縫的發(fā)生。微膨脹劑的補償收縮效應也能在一定程度上提高混凝土結構的強度。

（2）合理延長拆模日期和養(yǎng)護時間。主要是減少混凝土內部的溫降，減少混凝土的降溫時間和冷卻速度，使混凝土表面長期保持濕潤，提高混凝土的抗拉強度。拆模時，為避免混凝土表面溫度急劇下降，混凝土構件的內表面溫度必須控制在20 ℃，控制表面溫差在15 ℃以內。

5 結語

綜上所述，導致大體積混凝土開裂問題的因素大多來自不合理的施工操作，大體積混凝土的開裂問題嚴重影響整體施工結構質量，導致整個工程無法滿足安全和穩(wěn)定性的要求，危及建筑和人民的人身安全。必須合理運用溫度裂縫控制技術，結合工程特點，選擇針對性的預防措施，以滿足工程的最終施工目標。