大體積混凝土基礎裂縫預防措施研究

熊 煒， 周 健

(中國水利水電第七工程局有限公司 ，四川 成都 610213)

1 概 述

某大橋基礎澆筑分為三個臺階，最底層平面尺寸為57.91 m×25 m，第二層平面尺寸為54.91 m×20.5 m，第三層平面尺寸為51.91 m×16 m，單個臺階高3 m。

最底層擴大基礎設3級0.5 m×4 m抗推抗滑移臺階，基底嵌入中等風化的泥質砂巖中。

大橋基礎第一層澆筑完成后共發生兩處裂縫，最大縫寬約3 mm，未貫穿。

受基礎第一層澆筑后出現裂縫的影響，在大橋基礎第二層澆筑時，從平面上分成3塊(兩側各一塊、中間作為后澆塊)進行澆筑，兩側塊體澆筑完成8 d后，先澆筑的兩側塊體出現了2條貫穿裂縫和1條非貫穿裂縫，最大裂縫寬度約3 mm。

項目部技術人員在了解了設計分層分塊要求和現場施工、溫控情況后，分析裂縫產生的原因為混凝土內外溫差擴大、溫度應力大于早期強度導致裂縫的產生。

2 預防與優化措施

在保證擴大基礎施工質量和滿足設計強度要求的前提下，考慮到降低溫升峰值、減小里表溫差、平緩降溫速率等因素，最終決定采取以下措施對擴大基礎混凝土澆筑及溫控進行優化：

(1)優化混凝土配合比，減少混凝土水化熱；

(2)分塊、分層澆筑；

(3)覆蓋保溫養護，延緩拆模時間；

(4)加密冷卻水管，嚴格控制通水參數。

2.1 混凝土配合比的調整

該工程擴大基礎均采用商品泵送混凝土，所有原材料由拌合站提供，在擴大基礎混凝土澆筑前，根據拌合站提供的資料報送配合比，初始配合比見表1。

表1 初始配合比表

其中：①水泥使用低熱硅酸鹽水泥，其3 d水化熱為198 kJ/kg，7 d水化熱為239 kJ/kg。 ②摻合料為Ⅱ級粉煤灰，檢測結果滿足設計及相關規范要求。③細骨料1為人工砂，細度模數為3.1；細骨料2為天然砂，細度模數為1.5。合成細度模數為2.8，滿足相關中砂要求；粗骨料的級配不理想；粗、細骨料的其他技術指標滿足設計及相關規范要求[1]。 ④外加劑為蘇博特減水劑。 ⑤在施工現場將施工塌落度配合比控制為180～200 mm，混凝土入倉溫度控制為20 ℃～25 ℃，滿足施工和配合比的設計要求。

從前期澆筑情況看，實際效果并不理想。第一層及第二層擴大基礎均在澆筑后產生了裂縫。針對這一情況，項目部技術人員對初始配合比進行了優化：主要是減少了水泥，同時摻加了膨脹劑以補償混凝土后期收縮。經過上述優化，確定了兩種配合比，優化配合比1見表2，優化配合比2見表3。

表2 優化配合比1表

表3 優化配合比2表

配合比1中的原材料組成品牌與廠商沒有變化，僅改變了用量。水泥從前期的294 kg減少為254 kg，減少了水泥用量40 kg，增加了膨脹劑。

配合比2中的原材料組成品牌與廠商沒有變化，僅改變了用量。水泥從前期的294 kg減少為270 kg，減少了水泥用量24 kg，增加了膨脹劑。

項目部根據優化后的兩種配合比進行了室內試拌并成型混凝土試件，兩種優化配合比后的對比情況為：①拌合物的狀態。配合比1的混凝土施工和易性不好，流動性差，不利于泵送，現場施工難度大[2]。②混凝土試塊7 d抗壓強度試驗。配合比1的抗壓強度為24.2 MPa，配合比2的抗壓強度為27.8 MPa。③根據商混站以往經驗及項目部對商混站強度跟蹤的情況推算并考慮到實際操作和原材料波動等情況，配合比1的60 d/90 d強度無法滿足混凝土評定規范要求，最終決定選用配合比2。④根據業主、設計、監理等參建各方對優化方案的會審意見：配合比2中水灰比偏大，可能會導致水化熱過高。遂建議減少用水量。最終優化配合比見表4。

表4 最終優化配合比表

2.2 混凝土分層分塊

擴大基礎混凝土單層設計為厚3 m，分2次澆筑，每次澆筑1.5 m厚；每層再分為6大塊澆筑，并設3 m寬后澆帶。上下兩層豎向施工縫相互錯開，后澆塊在先澆塊澆筑完成至少7 d后澆筑。

2.3 保溫養護

當混凝土澆筑完畢、初凝后，先在混凝土表面灑水，然后立即覆蓋一層塑料薄膜，薄膜上再覆蓋麻袋或無紡布以減緩混凝土表面水分蒸發時溫度迅速散失、達到保溫的效果，避免因混凝土內外產生過大的溫差應力出現裂縫。薄膜和保溫材料在覆蓋時需有效搭接，搭接寬度不小于5 cm，并保持其表面平整、覆蓋嚴密。

2.4 冷卻水管的布置

分層布置冷卻水管，采用Φ48 mm×3 mm鋼管，利用Φ25 mm和Φ20 mm架立筋支撐。原設計方案中的冷卻水管水平間距為2 m，優化調整后為1.5 m，進出水口伸出混凝土表面50 cm，并引流至模板外的基坑內，避免水流淤積在混凝土保溫層上。通水流量及通水溫度等保持設計參數不變。

3 主要施工方法

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：優化混凝土配合比→施工準備→架立鋼筋安裝→冷卻水管安裝→測溫管安裝→模板安裝→連接筋安裝→混凝土分層澆筑→混凝土振搗→覆蓋養護、通水冷卻→根據測溫結果通過冷卻水管控制混凝土溫度[3]。

3.2 施工準備

(1)技術準備。根據施工圖紙、相應的設計施工規范及現場施工條件制定施工方案，對施工現場作業層的施工人員進行技術交底和安全交底，交底的重點為混凝土澆筑流向、澆筑方法、澆筑重點、溫度控制等。

(2)現場施工準備。①預先規劃澆筑混凝土所需的施工便道及工作平臺。②認真組織測量放線，確保定位準備，做好控制樁和水準點。③現場開工前，對所需材料分期分批組織進場。④施工管理人員和輔助施工工人全部到位，小型工具準備齊全。⑤現場安全文明施工標志、標牌必須按要求設置。

3.3 架立筋的安裝

架立筋采用Φ25 mm鋼筋，水平筋及斜撐筋采用Φ20 mm鋼筋，在鋼筋加工廠集中制作，采用小型運輸車運往施工現場，按設計要求采用人工安裝并焊接固定。

3.4 冷卻水管的安裝

測量好冷卻水管的尺寸、位置，根據施工方案分層埋設冷卻水管網，安裝控制閥門。冷卻水管采用導熱性好并具有一定強度的Φ48 mm×3 mmQ235鐵管，利用架立筋支撐，均采用U型定位筋卡焊在架立筋上并確保位置準確、固定牢靠，必須保證其在澆筑混凝土過程中不發生移位現象。冷卻水管的進水口和出水口外露出混凝土頂面的長度為50 cm，均引至模板外并固定好，使用時打開[4]。

3.5 測溫管的安裝

測溫管采用Φ5 mm PVC管，豎直安裝，沿擴大基礎縱橫向中軸線對稱均勻布置，利用限位鋼筋與架立筋連接固定。測溫管在安裝前須將兩頭封閉以防止漏漿，下料時不得對準測溫管下料，以免造成其位移或破壞。

3.6 模板安裝

基礎大面外模及鍵槽均采用P6015、P3015鋼模拼裝，部分邊角位置采用木模板。

混凝土施工操作平臺采用Φ48 mm鋼管搭設，立桿按2 m×2 m點陣布設，鋼管外套設PVC管，以便于施工完畢提拔取出。操作平臺應與模板加固體系分離，避免施工過程中擾動模板。

3.7 連接鋼筋的安裝

在鋼筋加工廠預先切割好連接鋼筋，連接鋼筋均為Φ28 mm螺紋鋼，長度為1 m。豎向縫連接筋在模板預埋位置開孔，將連接鋼筋與冷卻水管架立筋綁扎在一起進行加固，混凝土澆筑時避免連接鋼筋錯位；水平縫連接筋可在混凝土澆筑完成且初凝之前按設計位置預埋。

3.8 混凝土澆筑

(1)該工程基礎混凝土澆筑按照“一個坡度，分層澆搗，循序漸進”的方法實施。混凝土的自然流淌坡度不超過7∶1，將斜面分層厚度控制在30 cm左右，不宜過厚，以保證混凝土在初凝之前被上層混凝土覆蓋，振搗器順混凝土流淌方向趕振，澆筑時每塊混凝土由兩側向中間澆筑。

(2)振搗時要做到“快插慢拔”，振搗棒應插入其下層50 mm左右，以消除兩層之間的接縫。每點振搗時間以20～30 s為宜，但還應視混凝土表面不再顯著下沉、表面無氣泡產生且混凝土表面有均勻的水泥漿泛出為準[5]。

3.9 保溫養護

混凝土澆筑完畢并完成初凝后，先在混凝土表面灑水，然后立即覆蓋一層塑料薄膜，在薄膜上再覆蓋麻袋或無紡布以減緩混凝土表面水分蒸發時溫度的迅速散失，達到保溫的效果。

蓄熱養護時間不少于7 d，并應盡量延遲拆除四周模板，拆模時混凝土表面與大氣的溫差不得大于20 ℃。

3.10 溫控措施

(1)通水冷卻。待混凝土澆筑到各層冷卻管標高后即開始通水，采用WQ100-7.5-15型潛污泵直接從附近水域抽水冷卻，每道冷卻水管的通水量不小于30 L/min。為了增加冷卻效果，進出水流方向每天更換1次，通水時間一般不少于12 d，或根據測溫結果確定。

(2)溫度的檢測方法。①測溫儀器采用電子感應式溫度計。②測溫項目：a.大氣溫度、環境溫度：每晝夜2～4次;b.水、砂、石等原料：每工作班4次;c.拌和樓室內溫度：每工作班2～4次;d.混凝土入模溫度：每工作班2～4次。③當結構內部的最高溫度不再上升且與外界環境溫度的差值不高于溫差控制值時，溫度控制工作即可結束。

4 結 語

大體積混凝土的裂縫預防一直是工程建設中的一個難點，通過理論分析與實踐經驗，對所采取的主要預防措施進行了簡單的闡述，解決了大體積混凝土的開裂問題，提高了工程的質量，加快了施工進度，所取得的經驗對類似施工條件的大體積混凝土施工具有重要的參考借鑒意義。