大体积混凝土裂缝控制要点分析

■周 旭

(贵州省公路工程集团有限公司，贵阳 550008)

1 大体积混凝土概述

大体积混凝土是指混凝土结构物实体不小于1m大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化反应引起的温度变化和收缩而产生混凝土结构裂缝的混凝土，称之为大体积混凝土。

根据大体积混凝土的基本概念及实际施工经验，可以得出大体积混凝土的特点。大体积混凝土的特点一般包括几何结构尺寸大、施工难度高、水化热大及裂缝控制要求高，因此应根据其特点制定相应的预防与处理措施，进而保证大体积混凝土施工质量。

2 某桥梁工程大体积混凝土裂缝控制技术要点分析

2.1 项目概况

开州湖特大桥位于瓮安至开阳高速公路K35+428～K36+685路段，横跨洛旺河峡谷主桥中心桩号K36+075，全桥长1257m。

上部结构：3×30mT梁+1100m单跨钢桁梁悬索桥+2×30mT梁。主桥为1100m单跨钢桁梁悬索桥主缆中跨为1100m垂跨比1/10，主缆边跨分别为302m、143m；两岸引桥均为先简支后结构连续T梁，引桥最大墩高30m。下部结构：主塔采用薄壁空心钢筋混凝土桥塔，主塔塔高分别为134m、141m；主塔基础为承台群桩基础，引桥墩为双柱式圆墩，圆桩基础；结合两岸锚位处的地形及地质条件，瓮安岸采用重力锚、开阳岸采用隧道锚。

图1 开州湖特大桥效果图

图2 开州湖特大桥桥型布置图

我公司承建的开州湖特大桥开阳岸位于开阳县冯三镇堕秧村内，大桥横跨洛旺河峡谷后，4#主墩处于开阳岸的岸坡上，主墩基础为承台群桩基础。承台布置为矩形开阳岸承台面积为29.5m×23.2m，高度为6.5m，C40混凝土浇筑方量为8897.2m3；承台间由地系梁相连面积为8.6m×13m，高度为6.5m，C40混凝土浇筑方量为498m3；为使塔柱底部荷载均匀地传递到承台，改善索塔根部受力，承台上部设置塔座。塔座为一个棱形台开阳岸塔座底面为 22.5m×16.2m，顶面为 18.5m×12.2m，高度为 2m，C40混凝土浇筑方量为1169.4m3。承台、地系梁和塔座起步段2m分三次浇筑成型，混凝土总方量为10564.6m3，最大浇筑量第一次3.25m(4698m3)。该项目大体积混凝土施工之前，为避免裂缝现象的产生，该项目部对桥梁工程大体积混凝土裂缝产生的原因及控制要点进行了深入的分析，从而避免裂缝现象的产生。主要工程量如表1,承台结构尺寸及分层浇筑示意图如下图3：

表1 主要工程量统计表

图3 承台结构尺寸及分层浇筑示意图

2.2 大体积混凝土裂缝产生的机理

2.2.1 大体积混凝土裂缝的种类

首先对大体积混凝土裂缝的种类进行分析研究。一般来说，大体积混凝土是由大量水泥、集料及水拌合而成混凝土结构，在其拌合及凝结硬化过程中会产生大量的水化热，进而导致裂缝现象的产生。从大体积混凝裂缝的位置及性质来看，主要分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝。按照裂缝产生机理划分，大体积混凝土裂缝可分为以下三种情况：承载裂缝、温度裂缝及收缩裂缝。

图4 裂缝分类

2.2.2 大体积混凝土裂缝的危害

大体积混凝土裂缝的产生会对桥梁的使用功能、结构的刚度、耐久性及结构的整体性造成严重的影响，进而降低桥梁工程的使用寿命。通过对大体积混凝土裂缝危害性的掌握，可以提高项目施工管理人员对混凝土裂缝的重视程度，进而提高过程管理意识。裂缝危害如下：

(1)影响结构的使用功能

大体积混凝土裂缝的产生会导致外界雨水进入混凝土结构内部，出现渗漏现象，进而造成各类结构物或构筑物无法正常使用。

(2)影响结构的刚度及耐久性

大体积混凝土裂缝的产生会导致混凝土结构内部钢筋锈蚀、混凝土碳化加剧，对结构物或构筑物的刚度及耐久性带来诸多不利影响。

(3)影响结构的整体性

大体积混凝土裂缝的产生会随着时间及外界条件的变化不断加剧，进而降低结构物或构筑物结构的整体性。

2.2.3 大体积混凝土裂缝产生的原因

通过对该项目混凝土裂缝现象的产生及结合国内外相关专家实际工作经验，可将该项目大体积混凝土裂缝产生的原因归纳为自身因素和其他因素两方面，具体如下：

(1)混凝土本身因素的影响

1)体积变化因素

大体积混凝土在凝结硬化过程中会由于物理作用产生形变且该形变具有不确定性，在大体积混凝土成形过程中体积变化主要包括初凝期混凝土体积的变化、初凝期到终凝期间混凝土体积的变化、终凝期后混凝土体积的变化，这些阶段大体积混凝土体积的变化都会随之产生不同程度的裂缝。

2)收缩因素

大体积混凝土在凝结硬化后，体积会随着水分的不断散失而导致不同程度收缩现象的发生。具体详见表2：

表2 大体积混凝土收缩因素表

3)徐变因素

大体积混凝土凝结硬化过程中会伴随着徐变现象的发生，徐变现象一方面会降低水化热产生的温度应力，另一方面会导致混凝土形变量的增大，造成裂缝现象的发生。

4)材料因素

①水泥

水泥是大体积混凝土组成的重要胶凝材料，其品种及使用数量直接关系着大体积混凝土的裂缝产生。

②集料

集料质量对混凝土形成质量影响较大，如骨料中的含泥量、泥块含量及有害化学物质较多那么将导致胶凝材料与骨料间不能良好的进行粘结，从而降低混凝土材料间的整体性，造成混凝土强度的降低及裂缝现象的发生。

③替代掺合材料及化学外加剂

替代掺合材料及化学外加剂的合理使用能够有效降低大体积混凝土裂缝现象的产生，如不能科学选取及使用替代掺合材料及化学外加剂，那么将会使裂缝现象加剧。

(2)施工过程各因素的影响

1)施工不规范

混凝土工程施工的规范性直接导致混凝土结构裂缝的产生，如施工作业人员在施工过程中没有根据实际天气情况进行水灰比设计、擅自进行加水、入模温度控制不当、振捣不科学、拆模过早都会导致大体积混凝土产生干缩裂缝和自收缩裂缝。

2)未及时养护或采取养护措施

大体积混凝土浇筑完成之后应及时采取科学的养护方法对其进行养护，如不及时养护，将会导致混凝土表面水份散失过快、混凝土内部空隙增大，进而发生干缩现象，产生裂缝。

3 某桥梁工程大体积混凝土裂缝控制措施

为保证该桥梁工程大体积混凝土施工质量，避免裂缝现象的再次发生，项目部管理人员通过对大体积混凝土裂缝产生的原因制定了相应的应对措施，具体如下：

3.1 加强大体积混凝土设计

在进行大体积混凝土浇筑前，相关桥梁工程施工管理人员首先应结合工程实际施工情况及生产要求对大体积混凝土设计强度最大值、配筋率、外部约束、外界自然条件、后浇带位置等设计要求进行明确。其次，应对待浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行计算，科学确定施工阶段升温峰值、温差及降温速率等指标，并根据计算结果制定相应的措施，避免或减少因设计不合理而导致裂缝现象的产生。最后，充分考虑外界气候条件，根据外界自然条件的不同，及时调整入模温度、内外温差及降温速率。

3.2 加强混凝土配合比及其材料质量控制

桥梁工程大体积混凝土施工过程中所使用的材料与裂缝产生有着直接的关系，因此应加强对大体积混凝土施工过程中的配合比及其材料质量控制。首先，应结合工程施工实际情况及气温情况优化大体积混凝土配合比，并对水化热、泌水率、可泵性等技术参数进行试验，在保证强度的前提下，减少水泥用量。其次，优选低水化热水泥，降低水化过程中水化热的产生，一般来说应选用3d水化热不大于240kj/kg，7d水化热不大于270kj/kg的水泥。最后，掺合料比例、骨料质量应符合国家相关标准规定，避免因材料质量不合格而导致混凝土裂缝现象的产生。

3.3 重视大体积混凝土的施工过程控制

(1)桥梁工程大体积混凝土浇筑方量较大，在其施工过程中应采用分段、分层的方法进行浇筑，在施工前应根据实际情况对待浇筑部位的分层厚度进行计算，确定分层分段方案，并保证施工的连续性。

图5 分层分段浇筑示意图

(2)在进行桥梁工程大体积混凝土浇筑时应注意保持浇筑速度的一致性，不宜过快或过慢，同时应加强振捣和注意钢筋成品的保护措施，避免由于振捣不到位或钢筋成品保护不当而产生混凝土裂缝。

(3)制定温控监测方案及设置温控监测点。在桥梁工程大体积混凝土浇筑前应根据科学合理编制温控监测方案，明确规定监控周期、措施及具体处理措施。在大体积混凝土浇筑之前应在混凝土内部设置测温点，1～7d内每隔4h进行一次测温，8～14d每隔8h进行一次测温，如大体积混凝土里内表温差小于25℃，则可停止测温，如仍大于25℃应立即制定相应的降温措施。

图6 混凝土振捣示意图

3.4 做好桥梁工程大体积混凝土的养护工作

(1)结合项目实际情况和气候状况，制定合理的养护方案，明确养护采用的方法、措施、时间间隔及责任人，保证养护工作的顺利进行。

(2)应设置专人对浇筑完成的混凝土采用浇水覆盖的方式定时浇水，保证混凝土表面湿润。

3.5 科学进行桥梁工程混凝土浇筑表面保温层计算

科学地对混凝土浇筑表面保温层进行计算能够准确确定保温层厚度是否达标，进而减少混凝土裂缝现象的发生。混凝土浇筑表面保温层的计算过程具体如下：

式中，δ为混凝土表面保温层厚度，λ0为混凝土导热系数，λi为保温材料导热系数，Tb为混凝土浇筑体表面温度，Tq为混凝土最高温度，Tmax为混凝土内部的最高温度，h为混凝土实际厚度。

4 结语

大体积混凝土裂缝现象的产生会对混凝土内部结构造成一定的损伤，严重降低了混凝土工程的使用寿命。本文以具体工程实例为基础，分析了大体积混凝土裂缝产生的具体原因，并根据裂缝产生原因明确了大体积混凝土裂缝控制要点，进而提高大体积混凝土施工质量。