橋梁工程大體積混凝土的裂縫問題研究

[摘要]文章首先對大體積混凝土裂縫問題及其主要特點進行分析，然后結(jié)合某橋梁工程施工實例，對承臺結(jié)構(gòu)大體積混凝土溫度場計算方法進行簡要概括，側(cè)重探討承臺結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫控制的施工要點，并根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果總結(jié)裂縫控制的效果，望能夠為同類工程大體積混凝土施工提供借鑒與參考。

[關(guān)鍵詞]橋梁工程；大體積混凝土；裂縫

1、大體積混凝土裂縫問題

對于橋梁工程而言，橋梁工程大體積混凝土溫度裂縫表現(xiàn)出了以下兩個基本特點：第一是因結(jié)構(gòu)變形造成溫度裂縫缺陷。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫缺陷后，變形得到部分或全部滿足，就會導(dǎo)致應(yīng)力松弛問題的發(fā)生。混凝土材料雖然具有脆性特點，但同樣有良好的韌性，故可以通過對配比進行改進，提高密實度的方式強化大體積混凝土變形能力，實現(xiàn)對裂縫問題的有效控制；第二是大體積混凝土溫度裂縫的形成過程具有時間性以及傳遞性的特點，即自受到大體積混凝土溫度變形作用力影響開始，至變形產(chǎn)生溫度變形應(yīng)力，再到裂縫的產(chǎn)生與擴展，是在不同時間中發(fā)展形成的，這也正是大體積混凝土溫度裂縫與其他結(jié)構(gòu)外荷載裂縫最為顯著的差異。

2、工程概況

xx橋梁工程全長的1.48km，工程建設(shè)總投資額為14100萬元，主橋結(jié)構(gòu)為90m+3×160m+90m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁，橋墩結(jié)構(gòu)為薄壁空心墩，墩高分別為135.0m，130.0m，80.0m，以及55.0m。其中，2#～3#橋墩下方均布置有24根樁基，承臺分左側(cè)、右側(cè)幅，順橋向承臺尺寸為18.5m，橫橋向承臺尺寸為11.5m，承臺厚度為4.0m。承臺部分施工平面圖如下圖所示（見圖1）。

3、承臺混凝土溫度場計算

本工程中橋梁2#-3#橋墩承臺厚度均為4.0m，最小平面尺寸為11.5m，故在承臺部分施工期間，混凝土內(nèi)部熱量傳導(dǎo)多集中在豎直方向，等溫線呈水平趨勢，可根據(jù)該特點將溫度場計算簡化為一維計算方式。本工程現(xiàn)場施工在冬季低溫條件下開展，施工期間具有外部環(huán)境溫度低以及晝夜溫差大等問題，為了避免因溫度差異所致大體積混凝土裂縫缺陷的產(chǎn)生，需要在混凝土澆筑后進行內(nèi)部降溫處理。降溫處理的基本思路是：在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)測溫點以及冷卻水管，在冷卻水內(nèi)部循環(huán)過程中有效降低內(nèi)部溫度，縮小混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫度差異（以溫度差異低于25℃為標準），并配合測溫點測量結(jié)果把握混凝土結(jié)構(gòu)溫度變化，以此作為冷卻水流量的調(diào)整依據(jù)，實現(xiàn)對溫度的合理控制。大體積混凝土澆筑完成后，還可通過內(nèi)排外保的方式使混凝土表面處于近似于恒溫的狀態(tài)。假定本工程承臺結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時表面溫度為當天平均氣溫，混凝土澆筑前基巖開挖面溫度也可維持在當天平均溫度水平，開挖面以下2.0m溫度相對下降2℃左右。根據(jù)顯示差分法則可以計算得到承臺基礎(chǔ)的溫度分布以及變化規(guī)律。

4、承臺大體積混凝土施工要點

第一，合理選用大體積混凝土拌合設(shè)備。本工程中承臺結(jié)構(gòu)一次性澆筑混凝土工程量為851.0m3，按照30.0h工程量澆筑完成，澆筑進度為30.0m3/h，考慮到大體積混凝土拌合需要有一定的保證能力，故優(yōu)先選擇最大拌合能力為50.03/h的HZS750拌合站，另配合使用JS500強制拌合機。

第二，運輸車輛計算。由于本工程中2#-3#橋墩承臺基礎(chǔ)與拌臺站距離不足100.0m，且承臺相互間溝通良好，地勢平坦并且無其他交通干擾，正常情況下現(xiàn)場配置3臺混凝土運輸車輛即可滿足大體積混凝土施工要求。

第三，大體積混凝土下料選擇。本工程中承臺結(jié)構(gòu)平面尺寸為18.5m×11.5m，混凝土攤鋪厚度按照50.0cm/層進行控制，每層混凝土攤鋪工作量為101.0m2，3.0h內(nèi)可完成澆筑作業(yè)。同時，考慮到本工程中承臺頂面均位于原地面以下1.0m-2.0m，加之周圍場地條件良好。根據(jù)上述條件，為確保大體積混凝土澆筑速度理想，在承臺周邊多處設(shè)置混凝土滑槽以及混凝土輸送泵，配合完成中部大體積混凝土澆筑作業(yè)，以多點下料的方式可確保混凝土原料在攪拌完成后及時入模，從而保障澆筑速度的理想。

第四，本工程中承臺施工作業(yè)在冬季低溫狀態(tài)下完成，根據(jù)大體積混凝土保溫計算，應(yīng)當準備充分的保溫材料以及保溫設(shè)施。混凝土拌合站搭設(shè)塑鋼保溫棚，拌合用水在拌臺站內(nèi)進行采暖預(yù)熱處理。同時，在拌臺站設(shè)置保溫門，自動開啟/關(guān)閉，以確保混凝土出機溫度達到理想狀態(tài)。

5、承臺大體積混凝土溫度場監(jiān)測

本工程中2#-3#橋墩承臺結(jié)構(gòu)體積較大，為確保承臺施工的整體性與連續(xù)性，要求大體積混凝土一次性澆筑完成，強度等級為C30等級。為避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫缺陷，在砼結(jié)構(gòu)澆筑開始時同步接通冷水，連續(xù)15d，根據(jù)天氣變化進行適當調(diào)整，以出水口溫度≤40.0℃為控制控制標準。為反應(yīng)承臺大體積混凝土內(nèi)部溫度場溫度變化情況，沿長軸線垂直方向布置測點，水平方向布置5個，現(xiàn)場施工中定時定點進行溫度監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)備為直流電位差計量儀，精確到0.05等級。溫度場監(jiān)測結(jié)果如下圖（見圖2）所示：

結(jié)語：

本文結(jié)合某橋梁工程承臺大體積混凝土施工問題展開研究與分析，通過對大體積混凝土溫度場的模擬分析，為施工方案的選擇提供了指導(dǎo)，并配備了相應(yīng)的溫度控制以及溫度變化監(jiān)測方案。承臺大體積混凝土內(nèi)部溫度場溫度變化監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示本工程中所采取的施工方法與溫度控制監(jiān)測措施有良好可行性，值得引起工程實踐的關(guān)注與重視。