孫余好，郭志柳

(1.核工業(yè)井巷建設(shè)公司，浙江湖州 313000;2.北京建達(dá)道橋咨詢有限公司福建分公司，福建廈門 361000)

0 引言

隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐加快，各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，然而質(zhì)量問題也不時(shí)冒出頭來，尤其質(zhì)量通病，大體積混凝土裂縫就是其中之一.在橋梁承臺(tái)、泵站筏板基礎(chǔ)、寫字樓剪力墻及高層住宅地下室等大體積混凝土夏季高溫施工時(shí)，通常采用調(diào)整配合比、降低入模溫度和保溫養(yǎng)護(hù)等相結(jié)合進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)控，雖說較為有效，但仍不乏細(xì)微裂縫的出現(xiàn)，以至于不得不事后采取補(bǔ)救措施［1－5］.

大體積混凝土易產(chǎn)生裂縫，其原因是多方面的［6－8］，除上述之外，如約束情況、周圍環(huán)境濕度、混凝土的均勻性、澆筑間歇時(shí)間、模板剛度亦是不可忽略的影響因素.

本文結(jié)合實(shí)例，采取了全過程混凝土跟蹤預(yù)控.

(1)減少混凝土基面約束［9］，使混凝土澆筑層的基面光滑、平整，以減少收縮應(yīng)力.

(2)分層分塊澆筑混凝土，有利于水化熱的散發(fā).

(3)采用帶肋鋼筋，對于應(yīng)力集中處的鋼筋接頭優(yōu)先采用機(jī)械連接，控制好保護(hù)層厚度，最后保證混凝土供應(yīng)能力，蓄水養(yǎng)護(hù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)的溫度監(jiān)測，達(dá)到有效控制混凝土有害裂縫產(chǎn)生的目的.本工程的混凝土裂縫預(yù)控技術(shù)及措施，因地制宜，經(jīng)濟(jì)方便，實(shí)用性廣，對類似工程具有一定的借鑒作用.

1 工程概況

海南昌江核電廠淡水取水泵房坐落于石碌水庫中，筏基底相對地面標(biāo)高－32.5 m，有嚴(yán)格的防滲要求.筏基混凝土尺寸28.5 m ×25.7 m，厚為1.6 m，混凝土量約1 180 m3;與筏基同時(shí)澆筑的450 mm高剪力墻厚度分別為1.2 m、1.5 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m不等，約120 m3;本工程采用C40/P10補(bǔ)償收縮防水混凝土，一次性共澆筑1 300 m3，屬于大體積混凝土施工.

2 施工準(zhǔn)備

(1)確定混凝土配合比，見表1.

表1 C40/P10混凝土配合比

(2)混凝土澆筑對模板產(chǎn)生側(cè)壓力，若是模板剛度不夠，會(huì)使模板內(nèi)的混凝土產(chǎn)生擾動(dòng)而裂縫，故應(yīng)對模板的支設(shè)嚴(yán)格要求，確保模板的施工剛度，本工程采用磚胎膜(剛度大，同時(shí)便于養(yǎng)護(hù)蓄水).

(3)確定混凝土的攪拌、輸送和澆筑工藝

混凝土采用現(xiàn)場集中拌制，攪拌機(jī)選用廣東佛宇JS1000混凝土攪拌機(jī)1臺(tái)，其產(chǎn)量為50 m3/h;混凝土澆筑采用泵送施工工藝，選用三一重工HBT60C-1816D混凝土泵1臺(tái)，其輸送功率為75 m3/h.

(4)澆筑方法

筏基混凝土澆筑采取斜向分層法，坡率1∶6，第1層澆筑的厚度控制在500 mm，第2、3層厚400 mm、第4層澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高，之后自北向南每次推進(jìn)1.5 m寬度，見圖3.

(5)控制混凝土的入模溫度

混凝土澆筑依據(jù)施工計(jì)劃，安排在7月17至7月20日.由于此時(shí)氣溫較高，要嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，根據(jù)規(guī)范要求宜控制在30℃以下，因此混凝土攪拌過程中抽取的是水庫深層低溫水(約20℃)，并在混凝土輸送過程中白天對地泵管覆蓋土工布與麻袋同時(shí)不斷灑水降溫.本工程筏基混凝土入模溫度T0經(jīng)實(shí)測:夜間為27℃ ～29℃，白天為29℃～35℃.

(6)布置與埋設(shè)測溫點(diǎn)

①測溫點(diǎn)位布置原則

監(jiān)測點(diǎn)的布置范圍應(yīng)以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)［10］，在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)按平面分層布置;在每條測試軸線上，監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)為4處，見圖1.

圖1 測溫孔位置平面示意圖

②埋設(shè)方法

測溫孔利用下端封閉的DN15鋼管制作.其中第一孔底部位于底板頂面標(biāo)高下50 mm，第二孔底部位于底板中部，第三孔底部位于底板底標(biāo)高以上50 mm處，每孔間距500 mm，各孔中灌入約50 mm高水柱，見圖2.

圖2 測溫孔布置圖

3 混凝土施工

3.1 供應(yīng)能力計(jì)算

混凝土泵的實(shí)際平均輸出量，可根據(jù)混凝土泵的最大輸出量、配管情況和作業(yè)效率，按下式［11］計(jì)算:

Q1=Qmax·α·η =75 × 0.8 × 0.5=30 m3/h式中:Q1—每臺(tái)混凝土泵的實(shí)際平均輸出量，m3/h;

Qmax—每臺(tái)混凝土泵的最大輸出量，m3/h;

α—配管條件系數(shù)，可取0.8 ～0.9;

η—作業(yè)效率，根據(jù)混凝土攪拌運(yùn)輸車向混凝土泵供料的間斷時(shí)間、拆裝混凝土輸出管和布料停歇等情況，可取0.5～0.7(本工程采用的是現(xiàn)場JS1000型攪拌機(jī)直接向混凝土泵HBT60C-1816D供料的辦法，取η=0.5).

混凝土施工采用斜向分層法，見圖3、圖4，分層混凝土澆筑量最大的是第2、3層分別是2.61×25.7=67.1 m3，2.64 ×25.7=67.8 m3，即在第2 層澆筑完成后澆筑第3 層共需時(shí)間為(67.1+67.8)/30=4.49 h(本工程摻加高效緩凝劑C40P10初凝為6～8 h).

3.2 澆筑順序

本基礎(chǔ)筏板大體積混凝土澆筑的關(guān)鍵要嚴(yán)格控制好澆筑流程和澆筑順序，混凝土澆筑總的流向、順序及分層見圖3～圖4.

圖3 筏基底板混凝土澆筑順序平面示意圖(橫向分段)

圖4 筏基底板混凝土分層澆筑橫斷面示意圖(斜面分層)

3.3 工藝措施

由北向南進(jìn)行斜面分層自然流淌循環(huán)澆筑.

(1)采取薄層推移，利用分層斜面進(jìn)行自然散熱.

(2)為防止混凝土上部沉降，振搗從澆筑斜面的下部開始逐漸上移，混凝土必須逐層振搗密實(shí).為保證插入精度，在距振搗棒端部550 mm處捆綁紅色皮筋作為深度標(biāo)記.采取二次振搗工藝，提高混凝土密實(shí)度.

(3)由于泵送混凝土坍落度較大，混凝土振搗過程中產(chǎn)生較多泌水和浮漿，因而利用底板外邊緣位置設(shè)置集水坑，使泌水、浮漿沿斜面流至坑內(nèi)，并及時(shí)排除.

(4)如遇特殊情況，混凝土澆筑超過初凝時(shí)間仍不能繼續(xù)澆筑，需采取如下的技術(shù)措施:在已澆筑的混凝土坡面上插1 m長Φ12鋼筋@500，梅花狀布置，同時(shí)將混凝土表面用塑料布層覆蓋保濕，防止干裂.

(5)為減少混凝土表面收縮裂縫，控制底板標(biāo)高及表面平整度，混凝土澆筑完成5～6 h后，混凝土表面會(huì)因混凝土的沉降和鋼筋的阻礙而產(chǎn)生沉降裂縫，所以要認(rèn)真做好二次抹面工作，在混凝土“收水”或終凝前，對混凝土表面進(jìn)行抹壓，以免產(chǎn)生裂縫.

3.4 混凝土試驗(yàn)

(1)坍落度試驗(yàn)

由于高溫，蒸發(fā)量較大，白天適當(dāng)調(diào)增了水分，經(jīng)實(shí)測，本次混凝土澆筑坍落度基本控制在夜間165 mm，白天170～190 mm，開始時(shí)堵管1次，之后較為順利.

(2)試塊留置

留置抗壓試塊7組、抗?jié)B混凝土試3組.

4 混凝土的養(yǎng)護(hù)及測溫

4.1 混凝土養(yǎng)護(hù)保溫材料選擇

在混凝土終凝后(混凝土表面以手指輕壓無指印時(shí))首先在表面覆蓋一層塑料薄膜，利用混凝土自身的泌水現(xiàn)象來保證前期養(yǎng)護(hù)所需濕度.待筏板混凝土完成1 d后蓄水養(yǎng)護(hù)混凝土，保溫，保濕.

4.2 蓄水養(yǎng)護(hù)方案

混凝土澆筑前在底板四周砌筑高度1.7 m磚胎膜(高出筏板頂2皮磚)，混凝土澆筑后進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù).進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)一定要注意水溫(本工程事先存水于水池)，防止因水溫過低而使混凝土內(nèi)外溫差大于25℃，采用分次灌水，直至達(dá)到蓄水深度，養(yǎng)護(hù)時(shí)間持續(xù)28 d.

(1)計(jì)算參數(shù)指標(biāo)

海南昌江七月中旬平均氣溫Ta=35℃.

①C40/P10混凝土

λ =2.33 W/(m ×K)，C=0.96，γ =2 400 kg/m3，入模溫度T0=35℃(取白天最高值)

② P.O42.5 水泥

每立方米混凝土水泥用量mc=420 kg/m3，每42.5 kg普通水泥水化熱Q=314 kJ/m3

③粉煤灰

FA=67.2 kg/m3

(2)混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度計(jì)算

①混凝土水化熱最高絕熱溫升計(jì)算［12］

根據(jù)《建筑施工手冊(第四版)》，混凝土水化熱最高絕熱溫升計(jì)算可以利用以下公式任取一計(jì)算:

式中:Th—混凝土最大水化熱絕熱溫升值;

mc—每立方米混凝土水泥用量;

Q—每千克水泥的水化熱量;

c—混凝土比熱，一般取0.97;

γ—混凝土質(zhì)量密度，取γ=2 435 kg/m3;

e— 常數(shù)，為 2.718;

t—混凝土齡期;

m—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，隨澆筑溫度改變，一般取0.2～0.4;

F—混凝土活性摻合料用量，kg/m3;

K—摻合料折減系數(shù).粉煤灰取0.25～0.30.

現(xiàn)采用(2)式計(jì)算.

②混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度Tmax計(jì)算

式中，ξ為齡期三天澆筑塊厚度為1.6 m左右時(shí)混凝土散熱系數(shù).

(3)蓄水養(yǎng)護(hù)溫度控制計(jì)算

①混凝土表面熱阻

式中:R—混凝土熱阻;

X—混凝土維持到預(yù)定溫度的延續(xù)時(shí)間即蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)間h;

M—混凝土結(jié)構(gòu)物表面系數(shù);

Tmax—混凝土中心溫度;

Tb—混凝土表面溫度;

K—傳熱系數(shù)修正值，取1.3;

700—混凝土熱容量;

T0—混凝土澆筑、振搗完畢開始養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度;

mc—每立方米混凝土水泥用量;

Qt—混凝土在規(guī)定齡期內(nèi)水泥水化熱.

筏板基礎(chǔ)東西長25.7 m，南北寬28.5 m，厚1.6 m，故:

X=14×24=336(考慮到施工進(jìn)度，本工程暫定蓄水養(yǎng)護(hù)14 d，局部特殊段除外)

②蓄水深度hw

Hw=R × λw=0.108 × 0.58=0.062 m.

為安全計(jì)，取蓄水養(yǎng)護(hù)深度為10 mm.

4.3 測溫方法

采用－10℃ ～100℃普通酒精溫度計(jì)測溫.為測溫方便和加快測溫速度，每個(gè)孔內(nèi)插入一支溫度計(jì)，每次測溫時(shí)只需將溫度計(jì)抽出讀數(shù)，然后及時(shí)將溫度計(jì)放入孔內(nèi).溫度計(jì)必須放到孔底，讀數(shù)要快速準(zhǔn)確，每次測溫后應(yīng)及時(shí)將孔口用橡皮塞堵嚴(yán).

4.4 測溫時(shí)間及記錄要求

澆筑混凝土?xí)r應(yīng)隨機(jī)抽測混凝土的入模溫度及當(dāng)時(shí)大氣溫度，第一次測溫宜在澆筑入模后初凝后進(jìn)行;72 h(3 d)內(nèi)，每隔2h測一次混凝土及大氣溫度;72～144 h(4～6 d)內(nèi)，每隔4 h測一次混凝土及大氣溫度;7～14 d，每隔12 h測一次混凝土及大氣溫度;14～28 d，每隔24 h測一次混凝土及大氣溫度.必須真實(shí)記錄測溫?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)應(yīng)及時(shí)復(fù)測，所測的數(shù)據(jù)記錄在專用的表格內(nèi).

4.5 測溫控制

一旦發(fā)現(xiàn)混凝土中心溫度與表面溫度超過允許值25℃或混凝土的降溫梯度超過2℃/d，立即向項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人報(bào)告并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，包括磚胎膜外側(cè)回填土或增加蓄水深度，確?；炷恋装宀怀霈F(xiàn)溫差裂縫.經(jīng)實(shí)測，本工程無異?，F(xiàn)象.

4.6 測溫孔封堵

底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，割除底板上表面以上的測溫鋼管，灌入C40/P10素混凝土，鋼板焊接封堵.

5 實(shí)測數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

(1)測溫孔數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)并擬合溫度變化曲線(以1號(hào)測溫孔為例)，見表2和圖5.

圖5 1號(hào)孔內(nèi)溫度變化圖

(2)測溫結(jié)果分析

海南昌江核電廠淡水泵房筏板混凝土自7月17日晚上開始澆筑至7月20日早上完成，澆搗結(jié)束后，采用蓄水養(yǎng)護(hù)，控制水量深度，有效地控制了混凝土內(nèi)表溫差，起到了較好的保溫效果.1號(hào)測溫點(diǎn)測溫工作是從7月18日下午開始至7月24日晚上結(jié)束(受之后的強(qiáng)降雨及臺(tái)風(fēng)登陸影響，測溫孔停止測溫)，共計(jì)測溫7天.混凝土入模溫度為32℃，1號(hào)測溫點(diǎn)從7月18日晚上開始升溫，7月21日晚上混凝土內(nèi)部最高溫度達(dá)到69℃，第7天混凝土內(nèi)部最高溫度降至63℃.內(nèi)外溫差均在12℃ ～23℃以內(nèi)，降溫梯度為1～2℃/d之間，混凝土表面與大氣溫差為13℃ ～18℃之間均符合《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496－2009)中混凝土澆筑塊體的里表溫差(不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度)不宜大于25℃，混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d，混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃的要求，混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度下降較為平穩(wěn).

(3)混凝土裂縫控制效果檢查

筏基大體積混凝土內(nèi)溫升峰值過后，7月24日排干蓄水后進(jìn)行了一次全面認(rèn)真檢查，結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)有縱向貫通有害裂縫產(chǎn)生，之后便開始了連續(xù)強(qiáng)降雨，測溫工作全部停止，7月28日臺(tái)風(fēng)“洛坦”在瓊登陸，8月1日抽排基坑積水后，再次組織全面檢查，亦未發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫.

6 結(jié)論

(1)泵房筏基底板混凝土裂縫主要是由于混凝土本身抗拉強(qiáng)度不足以抵抗承受的拉應(yīng)力造成的.因此為防止混凝土開裂的問題，一方面降低溫差應(yīng)力，如采取封閉性混凝土蓄熱(如蓄水法)養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的溫度監(jiān)測與控制;另一方面提高混凝土本身抗拉性能，如優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，改善施工工藝等.

(2)筏基墊層的平整與光滑，相當(dāng)于墊層與筏基間增設(shè)了滑動(dòng)層，減少了地基的水平阻力即地基對底板的約束，便于混凝土的自由伸縮，有效的控制了混凝土裂縫產(chǎn)生.

(3)蓄水法養(yǎng)護(hù)可通過調(diào)整蓄水的深度，來控制混凝土中心和表面溫度的溫差，并且由于水是全浸沒的，較之人工覆蓋保溫材料更能保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量.相對于其他的養(yǎng)護(hù)法，蓄水養(yǎng)護(hù)法既降低了人工而且效果又好，同時(shí)由于水價(jià)較其他養(yǎng)護(hù)材料相對低廉，便于就地取材，因此采用蓄水養(yǎng)護(hù)法很大程度上降低了大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)成本.

(4)溫度計(jì)直接測溫法，設(shè)備簡單，操作方便，能直觀地測得混凝土內(nèi)部溫度，而且精確度能滿足要求，適用范圍較廣.

(5)對基坑等局部超厚體混凝土，由于中心溫度散熱較慢應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)處理.局部加高蓄水深度，以保證混凝土表面溫度不致過快散失.在超厚體混凝土中心設(shè)置散熱管，以降低混凝土中心溫度.

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