桥梁承台大体积混凝土施工技术要点质量控制

２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｚ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｌＩＪ之材　・１３９・　２ＯｌＯ年６月　桥梁承台大体积混凝土施工技术要点质量控制　伍文杰　（广东深圳摘要：大体积混凝土因其结构厚、体型大、钢筋密、　５１８０３０）　２．１．２宏观裂缝　技术要求高等特点，施工中对其强度、刚度、整体性、耐　宽度不小于０．０５　ｍｍ的裂缝是肉眼可见的裂缝，称为　宏观裂缝，它是微观裂缝扩展的后果。　久性及温度控制的要求非常高。在大体积混凝土施工中常　因温度应力和温度变形而产生裂缝，笔者根据自己多年的　施工实践经验，从混凝土配合比设计优化、冷却管降温、　混凝土浇筑方式、温度监测及后期养护等技术要点对裂缝　的防控进行分析，并结合某桥墩主承台大体积混凝土施工　实例进行阐述，对复杂地质条件下该技术的运用有一定的　借鉴意义。　关键词：大体积混凝土；温度；裂缝；配合比设计；　质量控制　中图分类号：Ｕ４４５．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—４０１１（２０１０）０３—０１３９—０３　１　大体积混凝土的特点及实践成就　大体积混凝土是指现浇混凝土结构的几何尺寸较大，　且必须采用技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起裂　缝的结构。结构最小边尺寸在１　ｍ一３　ｍ范围内的混凝土被　公路桥涵施工技术规范《Ｊ￣０４１—２ｏｏｏ）定义为大体积混凝　土。大体积混凝土，具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝　土用量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。除了　必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求以外还必须控　制温度变形裂缝的开展。这类大体积混凝土结构，由外荷　载引起的裂缝的可能性较小。但由于水泥水化过程中释放　的水化热引起的温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力　和收缩应力是其产生裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工　程带来不同程度的危害，因此控制温度应力和温度变形裂　缝的开展是大体积混凝土施工的一个重大课题。　由于大体积混凝土工程的条件比较复杂，施工情况各　异，再加上原材料的材质差异较大，因此控制温度变形裂　缝就不是单纯的结构理论问题，而是涉及结构计算、构造　设计、材料组成及其物理力学性能以及施工工艺等多学科　的综合性问题。通过近十几年来大体积混凝土的实践，取　得不少成就，主要有：①在施工技术上，从选料、配合比　设计、施工方法及工艺、施工季节的选定和测量、养护等，　采取了综合性的措施，有效的克服了大体积的裂缝；②在　施工组织上，为解决大体积混凝土一次浇筑量大的问题，　采用了集中搅拌、罐车运输泵送混凝土等技术。　２大体积混凝土浇筑中裂缝产生的原因及控制措施　２．１裂缝的分类　２．１．１微观裂缝　也称为肉眼不可见裂缝，宽度一般在０．０５　ｍｍ以下，　主要有三种：沿着骨料周围出现的骨料与水泥粘结面上粘　着裂缝飞分布于骨料之间水泥浆中的水泥裂缝；骨料本身　的裂缝。　２．２裂缝产生的原因　２．２．１水泥水化热　水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积混凝　土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，　水化热聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升　高。混凝土内部的最高温度，大多发生在浇筑后的３　ｄ～５　ｄ，当混凝土的内部与表面温差过大时，就会产生温度应　力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开　始产生温度裂缝，这就是大体积混凝土容易产生裂缝的主　要原因。　２．２．２约束条件　结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍变形，　该抑制即为约束，大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，　当温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成　压应力。由于混凝土的弹性模量小，蠕变和应力松驰度大，　使混凝土与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度　下降时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，　混凝土就会出现垂直裂缝。　２．２．３外界气温变化　大体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对大体积　混凝土的开裂有重大影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、　水泥水化热的绝热温度和？昆凝土的散热温度三者的叠加。　外界温度越高，混凝土的浇筑温度也越高；外界温度下降，　尤其是骤降，大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯　度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。　２．２．４混凝土的收缩变形　混凝土的拌合水中，只有约２０％的水分是水泥水化所　必需的，其余８０％要被蒸发。混凝土中多余水分的蒸发是　引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受　约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现　裂缝。　２．３裂缝的控制措施　２．３．１选择材料　（１）水泥。选用低水化热和安全性好的水泥，如矿碴　水泥、火山灰水泥，并在满足设计强度要求的前提下，尽　可能减少水泥用量，以减少水泥的水化热。　（２）骨料。砂、碎石含量不得超标，可在混凝土中掺　加一定数量的毛石。　（３）外加剂。外加剂的作用如下：①掺加适量的粉煤　灰和减水剂，减少水泥用量；②掺加缓凝剂推迟水化热的　峰值期；③掺入适量的微膨胀剂，使混凝土得到补偿收缩，　减少混凝土的温度应力。　２．３．２选择施工方法　（１）水平分层法。浇筑混凝土时分几个薄层进行混凝　・１４０・　Ｉ—Ｊ　材　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　２ＯｌＯ年６月　土的浇筑，以使混凝土的水化热能尽快散失，并使浇筑后　的温度分布均匀。水平分层厚度可控制在０．６　ｍ～２．０　ｍ范　料，以防止混凝土产生温差应力和裂缝；④测孔处理。对　各测孔进行注水泥浆。　３．３．４混凝土配合比选定　围内，相邻两浇筑层之间的间歇时间，一般为５　ｄ～７　ｄ，还　可采用二次振捣的方法，增加混凝土的密实度，提高抗裂　能力，使上下两层混凝土在初凝前结合良好。　（２）降温法和保温法。①混凝土内部埋设管道，通水　循环冷却；②夏季施工时，在搅拌混凝土时掺人冰水，降　低混凝土入模温度，混凝土浇筑后采用洒水养护降温，水　温与混凝土温差不超过２０℃。冬季采用保温法，在混凝土　表面覆盖保温材料，防止冷空气侵袭。　大体积混凝土升温主要是由水泥水化热引起的，为控　制混凝土因水化热引起温度升高，我们在配合比选定时，　采用了低水化热的矿碴水泥一广西红水河牌ＰＳ３２．５水泥。　同时采用了双掺技术：①掺人适量的减水剂，节省水泥用　量，同时推迟水泥水化热释放，在一定程度上降低水化热　引起的升温；②掺入ＩＩ级粉煤灰，替代一部分水泥，降低　水泥水化热，同时改善混凝土和易性、流动性及可靠性，　３　某大桥承台大体积混凝土施工技术质量控制要点　３。１工程概况　某大桥主桥１　，２　主墩承台为钢筋混凝土结构，矩形　截面。尺寸为：２７　１ｉ１×１７．４　ｍ　ｘ５　ｍ的Ｃ３０混凝土，每个承　台方量为２　３４９　ｎｌ　属大体积混凝土结构。　承台钢筋配置：底板布２层钢筋网，顶板布设４层钢　筋网，四边由底板、顶板钢筋弯折及半框钢筋绑扎而成，　内部为无筋混凝土，墩身钢筋伸人承台２５０　ｃｍ。　３．２施工方案　鉴于主墩承台混凝土体积较大，按大体积混凝土施工，　采用铺设冷却管降温的工艺控制。综合考虑钢支撑高度、　混凝土水化热控制、承台模板的承载能力、结构钢筋、预　埋件的设置及混凝土的生产、浇筑能力等因素，承台混凝　土分２层。浇筑。每次浇筑高度为２．５　Ｉｌｌ，两层之间埋人　１　６螺纹钢筋作施工缝连接钢筋。　３．３施工方法　３．３．１基坑开挖　因基坑土质全部为淤泥，为保证基坑开挖成功，采用　拉森式钢板桩围堰，挖掘机开挖。因跨度太大，开挖一段　支撑一段。基坑开挖完毕后，浇筑承台垫层混凝土，进行　钢筋和模板的施工。　３．３．２钢筋、模板安装　钢筋按照设计规格、尺寸在钢筋加工厂下料制作，运　至现场，按设计间距绑扎成型。模板采用大块钢模板，外　部加固支撑在钢板桩上。　３．３．３冷却管布置及混凝土测温方案　（１）冷却管布置。承台混凝土因分２层浇筑，每层　２．５　ｍ高，在每层２．５　ｍ高混凝土中间布置一层冷却管，共　布置２层；冷却管采用似２．５　ｍｍ，壁厚２．５　ｍｍ钢管，间　距１．０　ｍ。每层冷却管设计２个进水口，２个出水口。冷却　管安装时，用钢筋骨架支撑并焊接牢固。安装完毕后进行　通水试验，防止漏水或堵管现象。　（２）测温方案。为了掌握大体积混凝土的温升和降温　的变化规律以及各种材料在各种条件下的温度影响，需要　对混凝土进行温度监测和控制。①测点的布置。ａ．沿浇筑　高度，布置在底部、中部和表面，垂直测点间距为５００　ｍｍ　一８００　ｍｍ；ｂ．平面内布置在边缘和中间，测点间距为２．５　ｍ一５．０　ｎｌ；②测温制度。ａ．在混凝土温度上升阶段每２　ｈ　一４　ｈ测一次，温度下降阶段每８　ｈ测一次，同时测大气温　度；ｂ．所有测温孔均编号，进行混凝土内部不同深度和表　面温度的测量；ｃ．测温记录，交技术负责人阅签，并作为　对混凝土施工和质量的控制依据；③测温。在测温过程中，　若发现温差超过２５℃时，及时加强保温或延缓拆除保温材　为施工带来了方便。　通过多次试配，采用双掺技术，选定配合比如下：插　入ＳＭ（２）缓凝减水剂１．２４％，掺人ＩＩ级粉煤灰３ｌ％。塌落　度：１４０　ｍｍ～１６０　ｍｍ，缓凝时间：不小于１０　ｈ。　３．３．５混凝土浇筑　承台混凝土分２层浇筑，每层浇筑采用斜向分层，水　平推进的方式进行灌注。混凝土生产由１　，２　主墩两个搅　拌站同时拌制，一个搅拌站混凝土通过混凝土输送车运至　现场泵输入模。一个搅拌站混凝土通过混凝土输送泵直接　泵送到模内，每层浇筑的厚度不大于５０　ｃｍ，混凝土人模时　采用溜槽将混凝土卸落至底部。严禁自由下落直接冲入承　台底，避免造成离析。混凝土振捣采用插入式振动棒人工　振捣，加强承台底部钢筋网处的振捣，防止漏振。第一层　混凝土浇筑完毕后，及时将顶面浮浆刮除，防止浮浆收缩　开裂。第二层混凝土浇筑后，应立即刮平抹光，并在初凝　前后进行２次收浆抹平。混凝土浇筑时，应避开白天高温　天气，选择晚上灌注，同时在白天将砂石料洒水降温，降　低混凝土的入模温度。　３．３．６施工缝处理　因承台分两次浇筑，水平接缝按照施工缝处理，预埋　连接钢筋，钢筋采用Ｘ１６钢筋，埋人下层混凝土２０　１３１１１，伸　入上层２０　ｅｍ，间距１．０×１．０　ｒｆｌ，以加强承台上下层的连　接。灌注第二层混凝土时，将第一层混凝土表面凿毛，清　除浮浆。　３．３．７混凝土养护　混凝土浇筑完毕后，及时洒水养护并覆盖，进行保湿　保温养护，避免混凝土表面温度阳氏过快，造成混凝土内　外温差大，导致混凝土开裂。冷却管要２４　ｈ通水降温，通　水时间要保证达到１４　ｄ。　３．３．８表面覆盖蓄热养生　大体积混凝土内外温差根据体积大小和温度梯度不同，　一般控制在２５℃～３０℃不会出现裂缝。当承台混凝土灌注　后，内部温度虽然采取措施仍可上升到６０℃以上，而混凝　土表面随气温变化可能造成内外温差超过控制范围。为了　控制内外温差，一方面采取措施降低内部温度，另一方面　提高混凝土表面温度减少混凝土内外温差，即通过在混凝　土表面覆盖撒热水，提高表面温度。混凝土浇筑完成后，　进行覆盖洒水养护，因混凝土内部温度一般在浇筑完成２　ｄ　后升高较快，此时将混凝土表面的覆盖物（麻袋）改用冷却　管循环出来的热水喷洒养护。因出水水温较高，可提高混　凝土表面温度，减少混凝土内外温差。　３．３．９混凝土测温　混凝土在浇筑时，覆盖住冷却管并振捣完毕后，即可　（下转第１４３页）　２０１０年第３期　Ｓｉｃｈｕａｎ　ＢｕｉｌＩ・ｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌ』之材　ｓ　・１４３・　第３６卷总第１５５期　２ＯｌＯ年６月　完成后即可以进行第二次张拉锁定。　因是预应力损失过大的因素造成，这其中既有材料性能、　（１）张拉前准备工作：首先应整平孔口混凝土，确保锚　锚具、张拉设备引起的损失；也有地层、结构物的压缩和　头与结构物的紧密结合，在安装外锚头前，对钢绞线进行除　徐变引起的损失；另外还与张拉顺序、外界环境条件等有　污、除锈，防止污物堵塞夹片牙齿。组装完毕后即可张拉，正　关，所以不能一概而论。从总体角度看，在厦蓉高速公路　式张拉前先加１０ｔ的拉力预张拉，以克服某些摩阻力。　建设项目中，引入对锚固工程施工质量的检测手段是有效　（２）张拉吨位和相应的压力表读数要制成表格。每加　的，在监督和促使施工单位提高质量意识方面是提到积极　一级荷载，要稳定５分钟一８分钟，在加荷的同时，要测量　作用的。通过有效的监控手段全面提高施工质量，应该是　锚索的伸长量，绘制出Ｐ～Ｓ曲线，确认锚索在弹性阶段工　我们今后在锚固工程施工中发展的一个方向。　作。　（３）最后张拉到最大（设计）值。一是为了检验锚固力　５结束语　是否达到了设计要求；二是以后滑坡推力出现最大值时，　通过在厦蓉高速公路水都段建设项目中引入对锚固工　使锚索均匀受力，并减小锚索的预应力损失。　程施工质量的检测技术和取得的初步效果，谈以下几点认　４锚固工程施工质量的检测　识，希望对同行今后的工作有所帮助。　（１）边坡岩土锚固工程基本属于地下隐蔽性施工项目，　为避免以上问题在施工过程中的发生，我们采取了对　其实施的有效性主要体现在工程施工的前期完成阶段，一　锚索施工质量的过程监督，通过定期对施工每个阶段和环　旦实际完成其优劣好坏较难搞得清楚或者说不能百分之百　节的巡查、检测来促使锚索施工质量的逐步提高。质量控　的确保其优良程度。所以，这就要求在工程的实施阶段，　制的环节主要包括：　严把质量关，监督和控制好施工的每个环节；　（１）锚索制作工艺和方法的日常检查，一旦发现部规　（２）边坡岩土锚固工程又属于长久性不可恢复性工程，　范的现象，即可通知现场监理、施工单位技术主管和经理　一旦实施完成基本上是不可能恢复，所以一旦存在较严重　进行整改和纠正；　的质量问题只能从头再来，而且也又可能造成更加严重的　（２）每批次锚索注浆完成后，即可对下索的长度进行　地质灾害问题，这样从经济角度和社会角度都不利。因此，　无损抽样检测，以检查投放的实际有效深度是否满足设计　也要求我们严把质量关；　要求；　（３）要对边坡锚固工程的施工质量做到百分百的满意　（３）锚索张拉锁定后对张拉力和锚索的抗拔力进行抽　也不是非常现实的，但通过必要的检测手段和监控措施，　样检测，施加的荷载是否满足设计要求和注浆效果的好坏　以及专业技术指导是可以改观和提高施工质量意识、理念　均可通过试验得到验证；　和结果的；　（４）制定严格的检测管理办法，监督和促使施工单位　（４）此次在厦蓉高速公路建设项目中引人的锚索施工　对施工质量给予足够的重视。　质量无损检测技术值得在今后贵州省公路建设项目中推广　自２００９年５月开展检测工作以来，厦蓉高速公路水都　与应用。　［ＩＤ：５８３０］　段锚索的施工质量明显得到改观，施工单位对质量的意识　得到了提升。据统计，在检测工作开展的初始阶段虽然有　参考文献：　事前的技术指导宣传和现场演示，但仍然有诸如锚索制作　［１］程良奎，范景论，韩军，许建平．岩土锚固［Ｍ］．北京：中国建　不规范、施工管理不善、监督不到位等现象发生。随着检　筑工业出版社，２ｏｏ３．　测工作的深入，锚索施工的各个环节都得到了有效地控制，　［２］　李聚金，蒋楚生．预应力锚索技术在滑坡治理中的应用．滑坡文　施工质量明显提高，截止２０１０年元月，在已经完成的检测　集（第十一集）［Ｒ］．北京：中国铁道出版社，１９９４．　任务中，常规性检查合格率９５％以上，长度检测合格率　［３］　廖小平．福建省山区高速公路边坡工程与锚固技术．滑坡文集　９８％以上，抗拔力检测９０％以上，这项指标略低的主要原　（第十七集）［Ｒ］．北京：中国铁道出版社，２００５．　（上接第１４０页）　混凝土灌注前，根据以往经验考虑工程具体情况，经过反　通水；循环冷却水的流量控制在１．２　ｍ　／ｈ一１．５　ｍ。／ｈ。２４　ｈ　复讨论施工方案，制定防止开裂的各项技术措施，施工中　通水降温，通水时间要达到１４　ｄ。冷却管通水后，技术人　还对温度进行了监测。施工中采取的各项防裂措施都发挥　员跟班作业，随时量测冷却管的进出水温度及通过测温管　了应有的作用，不但确保了承台灌注质量，同时也积累了　量测混凝土不同位置及深度的温差。将量测数据收集、汇　大体积混凝土施工经验。　［ＩＤ：５８５５］　总进行对比分析，发现问题及时处理。　３．３．１０拆模、回填　参考文献　承台混凝土施工完毕后，经养护３　ｄ后，即可拆除模　［１］毕正思，王景林．混凝土裂缝的产生及控制措施［Ｊ］．山西建　板，经监理工程师检查合格后，回填基坑。　筑，２Ｏｏ４，（３）．　［２】　楼晓明，戴仁厚，张一鸣．孔壁形状对钻孔灌注桩承载特性的影　４结语　响［Ｊ］．工程勘察，２ｏｏ８．　［３］王盛，胡志清．大直径超长钻孔灌注桩试验研究分析［Ｊ］．世　该桥主墩１　，２　承台大体积混凝土浇筑全部选在晚上　界桥梁，２ｏｏ５，（２）．　进行，减小白天高温对｝昆凝土的影响。由于在承台大体积