地下工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫差控制的設(shè)計與施工 軌道交通工程的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫2種，在不同程度上都屬有害裂縫。 大體積混凝土設(shè)計除考慮滿足結(jié)構(gòu)本身承載力要求外，更重要的是控制澆筑混凝土當中產(chǎn)生的水化熱和內(nèi)外溫差過大必須采取的技術(shù)措施。為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和設(shè)計構(gòu)造等方面全面考慮，結(jié)合實際采取措施。1 相關(guān)案例 地下軌道交通工程在線路設(shè)計中，由于車站兩端設(shè)置的折返線或渡線原因，無法在上、下行線路之間設(shè)置中隔墻，造成隧道的結(jié)構(gòu)斷面跨度較大，同時，由于頂板覆土厚度的影響，結(jié)構(gòu)的頂、底板和外墻的厚度大幅度增加（見圖1）。該斷面的凈跨度為9.60m，頂板覆土達7.0～8.0m，確定后的頂板、外墻和底板的厚度分別為1.20m和1.50m，每一段箱體的澆注長度常規(guī)為20.0m，由于斷面各部位的尺寸較大，每一段箱體的澆注長度改為15.0m。另外，該斷面的混凝土澆注時間正好在當年的7、8月，地面氣溫達為37～38°，是一年最熱的時間。因此，如何保證結(jié)構(gòu)不過多產(chǎn)生裂縫，控制溫差是首要的關(guān)鍵。
2 設(shè)計要求 如何控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工中由于澆注混凝土過程中水化熱和內(nèi)外溫差過大造成一系列質(zhì)量問題，除必須采取有效的技術(shù)措施外，還要從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減少混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和設(shè)計構(gòu)造等方面是關(guān)鍵。因此，設(shè)定下面要求：2.1 材料的選用要求 ⑴大體積混凝土應(yīng)選用低水化熱或中水化熱的水泥品種、較大級配良好的石子和中粗砂或粗砂來配制 混凝土，水泥品種如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等。中粗砂或粗砂的細度模數(shù)一般在2.3～3.0左右。在混凝土的配制過程中。摻一定量粉煤灰外加劑可代替部分水泥，且能改善混凝土粘塑性。 ⑵大體積混凝土應(yīng)選用中粗砂或粗砂，細度摸數(shù)一般在2.3～3.0。石子粒徑一般要求采用連續(xù)級配的粗骨料或選用粒徑較大級配良好的石子。2.2 鋼筋的直徑和間距 為了使大體積混凝土在澆注過程中增強抵抗溫度應(yīng)力的能力，可考慮將分布筋同時設(shè)定為溫度筋。原來分布筋為ф20鋼筋，雙向配筋，間距200mm，為滿足溫度筋宜分布細密的要求，可改為用ф16鋼筋，雙向配筋，間距150mm。2.3 其他設(shè)計要求 ⑴混凝土來源一般來自混凝土泵站，在混凝土車到達現(xiàn)場泵送到模塊時的入倉溫度應(yīng)控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季氣溫較高時，須考慮當?shù)氐膶嶋H情況，利用在混凝土攪拌過程中加冰的方法降低入倉溫度。 ⑵在混凝土澆注時，混凝土表面與氣溫的溫差應(yīng)≤25°。 ⑶混凝土在澆注過程中的內(nèi)外溫差應(yīng)≤25°。 ⑷當混凝土的內(nèi)外溫差難以控制在25°以下時，可考慮在結(jié)構(gòu)（板、墻）中間設(shè)置間距為1.0m冷卻水管，利用冷卻水循環(huán)進行降溫。 ⑸當氣溫與混凝土表面的溫差＞25°時，現(xiàn)場應(yīng)采取相應(yīng)以下措施： ①適當澆水后加蓋濕麻袋或保溫塑料薄膜，塑料薄膜覆蓋必須貼緊結(jié)構(gòu)表面，薄膜內(nèi)須保留一定水分； ②頂板蓄水降溫。 ⑹合理設(shè)置水平和垂直施工縫，以放松約束程度，減少每次澆注時的蓄熱量，防止混凝土水化熱的積聚，達到減少溫度應(yīng)力的目的。同時，對大體積混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與混凝土墊層之間設(shè)置滑動層，消除嵌固作用，也可起到釋放約束應(yīng)力的作用。3 施工中的注意事項 為了落實設(shè)計的要求，施工和現(xiàn)場監(jiān)理對應(yīng)做好下面工作： ⑴制定詳細完善的混凝土澆搗方案，大體積混凝土測溫及混凝土養(yǎng)護等方面的施工組織設(shè)計及專項技術(shù)措施。 ⑵慎重選擇可靠的大體積混凝土的材料供應(yīng)方，應(yīng)預(yù)定選擇二家單位聯(lián)合供應(yīng)的方案。同時，要求其所供應(yīng)的商品混凝土組成的所有材料，如石子、中砂、水泥、減水劑和粉煤灰等，品牌和質(zhì)量要求技術(shù)參數(shù)必須完全一致。 ⑶施工前，現(xiàn)場監(jiān)理應(yīng)針對大體積混凝土降低水化熱等技術(shù)措施，組織建設(shè)方、設(shè)計方、施工方等有關(guān)方面進行專題討論。 ⑷根據(jù)混凝土的配合比要求檢查攪拌站提供的混凝土質(zhì)量，并定時、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的澆搗，應(yīng)從一個方向斜坡式分層澆搗，混凝土振搗由上下、前后同時進行，嚴禁出現(xiàn)振搗不實或漏振情況。 ⑹根據(jù)溫度變化及時落實已澆搗至設(shè)計標高部分混凝土表面保溫工作，保溫塑料薄膜覆蓋前必須完成二次泌水處理，減少混凝土表面裂縫，并澆水濕潤。薄膜覆蓋必須落實，薄膜內(nèi)保留一定水分，其它保溫材料根據(jù)溫度變化分層覆蓋。 ⑺混凝土澆搗應(yīng)連續(xù)澆搗，不留施工縫。 ⑻混凝土應(yīng)自澆搗時起1～7d，每1h測定一次；第8～14d，每4h測定一次。控制混凝土的溫差，當溫差超過25℃時應(yīng)督促施工方進一步落實加強保溫措施。 ⑼做好混凝土養(yǎng)護工作，大體積混凝土養(yǎng)護一般不少于7d，并根據(jù)結(jié)構(gòu)中心的混凝土溫度變化及同條件養(yǎng)護的混凝土試塊強度確定養(yǎng)護周期。 ⑽建立監(jiān)測制度，對大體積混凝土在施工過程中的氣溫變化、結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差以及冷卻水管進出水溫度等進行定時監(jiān)測，做到及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 根據(jù)一般規(guī)律，大體積混凝土澆搗結(jié)束后，在基礎(chǔ)的中心部位將形成一高溫區(qū)，升溫時間為60～70h，高溫持續(xù)時間較長，均在30～40h。混凝土的入模溫度較高，會加快水泥水化的進行，故早期水化熱積聚上升，將造成混凝土的升溫速度加快。當混凝土保溫層揭除后，混凝土表面溫度會明顯受晝夜大氣溫度的影響，溫度下降。一般循環(huán)冷卻水帶走的中心部位混凝土的熱量較四周表面和底部要多，因此，中心部位混凝土因冷卻水所產(chǎn)生的降溫數(shù)值大，混凝土四周表面和底部所產(chǎn)生的降溫數(shù)值小。在實際施工中可根據(jù)詳細測溫情況，進行分段計算。4 結(jié)語 根據(jù)設(shè)計要求和嚴格的施工措施，廣州市新國際機場輕軌試驗段在2003年初完工驗收時，由于溫差造成大斷面結(jié)構(gòu)的表面裂縫幾乎沒有，說明針對當時情況制定的方案和措施可靠可行，為今后同類型項目建設(shè)積累經(jīng)驗。【參考文獻】[1]GB50204-2002.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法[S].[3]王鐵夢。建筑物的裂縫控制[M].上海：上海科技出版社,1997.[4]朱泊芳。大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999.
2 設(shè)計要求 如何控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工中由于澆注混凝土過程中水化熱和內(nèi)外溫差過大造成一系列質(zhì)量問題，除必須采取有效的技術(shù)措施外，還要從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減少混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和設(shè)計構(gòu)造等方面是關(guān)鍵。因此，設(shè)定下面要求：2.1 材料的選用要求 ⑴大體積混凝土應(yīng)選用低水化熱或中水化熱的水泥品種、較大級配良好的石子和中粗砂或粗砂來配制 混凝土，水泥品種如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等。中粗砂或粗砂的細度模數(shù)一般在2.3～3.0左右。在混凝土的配制過程中。摻一定量粉煤灰外加劑可代替部分水泥，且能改善混凝土粘塑性。 ⑵大體積混凝土應(yīng)選用中粗砂或粗砂，細度摸數(shù)一般在2.3～3.0。石子粒徑一般要求采用連續(xù)級配的粗骨料或選用粒徑較大級配良好的石子。2.2 鋼筋的直徑和間距 為了使大體積混凝土在澆注過程中增強抵抗溫度應(yīng)力的能力，可考慮將分布筋同時設(shè)定為溫度筋。原來分布筋為ф20鋼筋，雙向配筋，間距200mm，為滿足溫度筋宜分布細密的要求，可改為用ф16鋼筋，雙向配筋，間距150mm。2.3 其他設(shè)計要求 ⑴混凝土來源一般來自混凝土泵站，在混凝土車到達現(xiàn)場泵送到模塊時的入倉溫度應(yīng)控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季氣溫較高時，須考慮當?shù)氐膶嶋H情況，利用在混凝土攪拌過程中加冰的方法降低入倉溫度。 ⑵在混凝土澆注時，混凝土表面與氣溫的溫差應(yīng)≤25°。 ⑶混凝土在澆注過程中的內(nèi)外溫差應(yīng)≤25°。 ⑷當混凝土的內(nèi)外溫差難以控制在25°以下時，可考慮在結(jié)構(gòu)（板、墻）中間設(shè)置間距為1.0m冷卻水管，利用冷卻水循環(huán)進行降溫。 ⑸當氣溫與混凝土表面的溫差＞25°時，現(xiàn)場應(yīng)采取相應(yīng)以下措施： ①適當澆水后加蓋濕麻袋或保溫塑料薄膜，塑料薄膜覆蓋必須貼緊結(jié)構(gòu)表面，薄膜內(nèi)須保留一定水分； ②頂板蓄水降溫。 ⑹合理設(shè)置水平和垂直施工縫，以放松約束程度，減少每次澆注時的蓄熱量，防止混凝土水化熱的積聚，達到減少溫度應(yīng)力的目的。同時，對大體積混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與混凝土墊層之間設(shè)置滑動層，消除嵌固作用，也可起到釋放約束應(yīng)力的作用。3 施工中的注意事項 為了落實設(shè)計的要求，施工和現(xiàn)場監(jiān)理對應(yīng)做好下面工作： ⑴制定詳細完善的混凝土澆搗方案，大體積混凝土測溫及混凝土養(yǎng)護等方面的施工組織設(shè)計及專項技術(shù)措施。 ⑵慎重選擇可靠的大體積混凝土的材料供應(yīng)方，應(yīng)預(yù)定選擇二家單位聯(lián)合供應(yīng)的方案。同時，要求其所供應(yīng)的商品混凝土組成的所有材料，如石子、中砂、水泥、減水劑和粉煤灰等，品牌和質(zhì)量要求技術(shù)參數(shù)必須完全一致。 ⑶施工前，現(xiàn)場監(jiān)理應(yīng)針對大體積混凝土降低水化熱等技術(shù)措施，組織建設(shè)方、設(shè)計方、施工方等有關(guān)方面進行專題討論。 ⑷根據(jù)混凝土的配合比要求檢查攪拌站提供的混凝土質(zhì)量，并定時、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的澆搗，應(yīng)從一個方向斜坡式分層澆搗，混凝土振搗由上下、前后同時進行，嚴禁出現(xiàn)振搗不實或漏振情況。 ⑹根據(jù)溫度變化及時落實已澆搗至設(shè)計標高部分混凝土表面保溫工作，保溫塑料薄膜覆蓋前必須完成二次泌水處理，減少混凝土表面裂縫，并澆水濕潤。薄膜覆蓋必須落實，薄膜內(nèi)保留一定水分，其它保溫材料根據(jù)溫度變化分層覆蓋。 ⑺混凝土澆搗應(yīng)連續(xù)澆搗，不留施工縫。 ⑻混凝土應(yīng)自澆搗時起1～7d，每1h測定一次；第8～14d，每4h測定一次。控制混凝土的溫差，當溫差超過25℃時應(yīng)督促施工方進一步落實加強保溫措施。 ⑼做好混凝土養(yǎng)護工作，大體積混凝土養(yǎng)護一般不少于7d，并根據(jù)結(jié)構(gòu)中心的混凝土溫度變化及同條件養(yǎng)護的混凝土試塊強度確定養(yǎng)護周期。 ⑽建立監(jiān)測制度，對大體積混凝土在施工過程中的氣溫變化、結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差以及冷卻水管進出水溫度等進行定時監(jiān)測，做到及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 根據(jù)一般規(guī)律，大體積混凝土澆搗結(jié)束后，在基礎(chǔ)的中心部位將形成一高溫區(qū)，升溫時間為60～70h，高溫持續(xù)時間較長，均在30～40h。混凝土的入模溫度較高，會加快水泥水化的進行，故早期水化熱積聚上升，將造成混凝土的升溫速度加快。當混凝土保溫層揭除后，混凝土表面溫度會明顯受晝夜大氣溫度的影響，溫度下降。一般循環(huán)冷卻水帶走的中心部位混凝土的熱量較四周表面和底部要多，因此，中心部位混凝土因冷卻水所產(chǎn)生的降溫數(shù)值大，混凝土四周表面和底部所產(chǎn)生的降溫數(shù)值小。在實際施工中可根據(jù)詳細測溫情況，進行分段計算。4 結(jié)語 根據(jù)設(shè)計要求和嚴格的施工措施，廣州市新國際機場輕軌試驗段在2003年初完工驗收時，由于溫差造成大斷面結(jié)構(gòu)的表面裂縫幾乎沒有，說明針對當時情況制定的方案和措施可靠可行，為今后同類型項目建設(shè)積累經(jīng)驗。【參考文獻】[1]GB50204-2002.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法[S].[3]王鐵夢。建筑物的裂縫控制[M].上海：上海科技出版社,1997.[4]朱泊芳。大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999. 