2023年浅谈承台大体积混凝土施工技术.doc

浅谈承台大体积混凝土施工技术 ：本文探讨了在南方高温天气下，采用优化混凝土配合比设计、冷却管降温及双掺技术等多项措施，成功地进行了承台大体积混凝土的施工，完成了施工生产的需要，并积累了丰富的复杂地质条件下的现场施工经验。 关键词：大体积混凝土；施工；裂缝 1大体积混凝土的特点 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防止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1-3m范围内的混凝土被公路桥涵施工技术标准JTJ041-2023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拟复杂，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大体积混凝土的裂缝及控制 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0.05mm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。 2.1.2宏观裂缝 宽度不小于0.05mm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 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3-5d，当混凝土的内部与外表温差过大时，就会产生温度应力。当混凝土的抗拉强度缺乏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，假设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混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，假设存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。 2.3裂缝的控制 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0.6-2.0m范围内，相邻两浇筑层之间的间歇时间，一般为5-7d，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，在搅拌混凝土时掺入冰水，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，在混凝土外表覆盖保温材料，防止冷空气侵袭。 3某大桥承台大体积混凝土施工 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:27m×17.4m×5m的C30混凝土，每个承台方量为2349m3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，墩身钢筋伸入承台250cm。 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2.5m，两层之间埋入Φ16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2.5m高，在每层2.5m高混凝土中间布置一层冷却管，共布置2层;冷却管采用Φ42.5mm，壁厚2.5mm钢管，间距1.0m。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、中部和外表，垂直测点间距为500mm-800mm; b.平面内布置在边缘和中间，测点间距为2.5-5.0m; ②测温制度 a.在混凝土温度上升阶段每2-4h测一次，温度下降阶段每8h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外表温度的测量; 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，假设发现温差超过25℃时，及时加强保温或延缓撤除保温材料，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 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-广西红水河牌PS32.5水泥。同时采用了双掺技术: ①掺入适量的减水剂，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，替代一局部水泥，降低水泥水化热，同时改善混凝土和易性、流动性及可靠性，为施工带来了方便。 通过屡次试配，采用双掺技术，选定配合比方下:插入SM(2)缓凝减水剂1.24%，掺入II级粉煤灰31%。 塌落度:140-160mm，缓凝时间:不小于10h 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。如图1所示。 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50cm，混凝土入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，防止造成离析。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，埋入下层混凝土20cm，伸入上层20cm，间距1.0X1.0m，以加强承台上下层的连接。灌注第二层混凝土时，将第一层混凝土外表凿毛，去除浮浆。 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，防止混凝土外表温度阳氏过快，造成混凝土内外温差大，导致混凝土开裂。 冷却管要24h通水降温，通水时间要保证到达14d。 3.3.8外表覆盖蓄热养生 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，而混凝土外表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外表温度减少混凝土内外温差，即通过在混凝土外表覆盖撒热水，提高外表温度。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2d后升高较快，此时将混凝土外表的覆盖物(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，可提高混凝土外表温度，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，即可通水;循环冷却水的流量控制在1.2-1.5m3/h。24h通水降温，通水时间要到达14d。冷却管通水后，技术人员跟班作业，随时量测冷却管的进出水温度及通过测温管量测混凝土不同位置及深度的温差。将量测数据收集、汇总进行比照分析，发现问题及时处理。 3.3.10拆模、回填 承台混凝土施工完毕后，经养护3d后，即可撤除模板，经监理工程师检查合格后，回填基坑。 4结语 本桥主墩1#,2#承台大体积混凝土，2#承台在2023.10.4浇筑第一层混凝土，10.13浇筑第二层混凝土;1#承台于2023.10.31浇筑第一层混凝土，11.10浇筑第二层混凝土。混凝土浇筑全部选在晚上进行，减小白天高温对混凝土的影响。由于在承台大体积混凝土灌注前，根据以往经验考虑工程具体情况，经过反复讨论施工方案，制定防止开裂的各项技术措施，施工中还对温度进行了监测。施工中采取的各项防裂措施都发挥了应有的作用，不但确保了承台灌注质量，同时也积累了大体积混凝土施工经验。 参考文献： [1]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响[[J].工程勘察，2023,(2). [2]董金荣