论文部分内容阅读
摘要：大体积混凝土结构在施工中容易出现裂缝，这已为众多的工程实践所证实，本文对市政隧道大体积混凝土裂缝原因与控制方法进行了探讨。
关键词：隧道 大体积混凝土 裂缝
1 市政隧道大体积混凝土出现裂缝的特点
近年来市政隧道大体积混凝土出现裂缝屡见不鲜，从裂缝发生的情况分析，有以下几个特点值得注意：①均为地下或半地下结构，有防水要求，钢筋混凝土须控制裂缝开展及宽度，一般不存在承载力不足问题。②结构形式常采用现浇钢筋混凝土超静定结构，温差和收缩变化复杂，约束作用较大，容易引起开裂。③超静定的地下和半地下构筑物，凡能满足工艺和构造要求的截面尺寸，一般都能满足承载力要求，且有较大的安全度。因此，掌握温度收缩作用是控制裂缝的主要因素。④混凝土标号较高，水泥用量较大，壁厚较小，收缩变形较大，常见收缩裂缝。⑤控制裂缝必须考虑钢筋作用，其构造配筋率约为0.2％—0.5％。⑥水化热温升较高，降温散热较快，因此收缩与降温共同作用是引起混凝土裂缝的主要因素。其次，不均匀沉降及抗震问题都须适当考虑。⑦控制裂缝的方法不象坝体混凝土那样采用特殊低热水泥及复杂的冷却系统，而主要是靠改进构造设计、合理配筋及改进浇筑、加强养护等方法提高结构的抗裂性能。
2 市政隧道大体积混凝土出现裂缝的原因
市政隧道大体积混凝土裂缝原因主要在于：
2.1外界气温度化的影响。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高：而如外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段逐渐过渡到降温阶段。温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。
2.2混凝土配合比。实际证明，水泥用量大，水泥发热量大，造成混凝土水化热温升过高，内外温差剧烈：水灰比大，造成混凝土收缩量过大：原材料性能不良，造成混凝土强度低，本身抗裂能力差。
2.3混凝土施工质量，主要有混凝土搅拌不均匀，振捣不密实，浇筑不合理，混凝土内部形成施工缝。
2.4混凝土养护。主要有混凝土养护不及时，风吹日晒，内部与外表温差过大，外界气温骤降时混凝土表面无保温措施。
2.5混凝土结构型式及构造上的问题：几何尺寸大，超长超厚；形状突变处未合理处理；配筋不合理。
2.6地基问题：基础约束面受强约束；沉降不均匀等。在上述众多因素中，比较突出的问题之一是混凝土内部由于水泥水化热释放引起混凝土内部剧烈的温度变化，产生温度应力，导致混凝土开裂，这是大体积混凝土裂缝的主要原因。
3 市政隧道大体积钢筋混凝土裂缝控制的措施
3.1混凝土浇筑措施大体积混凝土的浇筑应选用以下三种方法：
3.1.1全面分层。即将整个结构浇筑层分为数层浇筑，当已浇筑的下层混凝土尚未初凝时，即开始浇筑第二层，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程，施工时宜从短边开始，沿长边推进：也可分为两段，从中间向两端，从两端向中间同时进行。
3.1.2分段(块)分层。层一端开始浇筑混凝土，适用于厚度较薄而面积或长度较大的工程。施工时从底进行到一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。
3.1.3斜面分层。适用于结构的长度超过厚度三倍的工程，振捣工作应从浇筑层底层开始，逐渐上移，此时向前推荐的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1:3，以保证分层混凝土之间的施工质量。分层的厚度决定于振捣器的棒长和振动力的大小，也要考虑混凝土的供应量大小和可能浇筑量的大小，一般为20—30cm。插入式振捣器应伸入下层50cm为宜。分层浇筑时，上层钢筋的绑扎应在下层混凝土经一定养护其强度达到1.2N／mm2，混凝土表面温度与混凝土浇筑后达到稳定时的室外温度之差在25℃以下时进行。为了加强分层浇筑层间的结合，可以采取在下层混凝土表面设置键槽的办法。键槽可用100mm×100mm的木方每隔1m左右留设。分层浇筑间隔的时间，应以混凝土表面温度降至大气平均温度为好，即水化热温升的峰值以后，一般为3—5d，因此间隔时间以大于5d为宜。
3.2混凝土的养护混凝土拌和物浇筑成型后应及时进行养护。养护的目的是为混凝土正常硬化创造必要的温度、湿度条件，防止收缩开裂，保证混凝土达到设计要求的强度。混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。具体要求是，普通硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于14d，矿渣水泥、火山灰质水泥、大坝水泥、矿渣大坝水泥拌制的混凝土不得少于21d。养护方法分为降温法和保温法两种。降温法即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、撒水或喷水养护；保温法是在混凝土成型后，使用保温材料覆盖养护(如塑料薄膜、草袋等)及薄膜养生液养护，可视具体条件选用。养护原理：塑料薄膜养护是将塑料溶液喷涂在已凝结的混凝土表面上，挥发后，形成一层薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，混凝土中的水分不再蒸发，内部保持为湿润状态。
3.3混凝土用料设计混凝土配合比设计和施工中通常采用如下几点措施：①低水化热的水泥和尽量减小水泥用量；②尽量减少用水量，提高混凝土强度：③合理使用混凝土外加剂；④选用热膨胀系数小的骨料和较大的骨料粒径；⑤预冷原材料；⑥合理分缝、分块，减轻约束；⑦在混凝土中预埋冷却水管；⑧在混凝土表面绝热，调节表面温度下降速率；⑨抛投石块。从上面通常采用的措施可看出，这多种措施中，除施工过程中可采取的措施外，从混凝土配合比设计的角度看，主要应从①—⑨着手，进行配合比设计。进行配合比设计时注意：①设计配合比时尽量利用混凝土60d或90d的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。但必须征得设计单位的同意和满足施工荷载的要求。②混凝土配合比，应根据使用的材料通过试配确定。水灰比应≤0.6。砂率应控制在0.33—0.37。坍落度应根据配合比要求严加控制。
3.4混凝土施工的现场监测与试验施工经验证明：在大体积混凝土施工过程中，加强现场监测与试验，是控温、防裂的重要技术措施，也都取得了良好的效果，实现了信息化施工。隧道大体积混凝土浇筑块体里外温差、降温速度及环境温度的测试，每昼夜应不少于2次。大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置一般可按下列方式布置：①温度监测点的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测湿区(对长方体可取较短的对称轴线)，在测温区内温度测点呈平面布置；②在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定：③在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位宜不少于4处；④沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点：⑤保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定：⑥混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50mm处的温度为准。
总之，市政隧道大体积混凝土的施工技术，涉及到经济、技术、设计、管理、施工等诸多方面。要想保证大体积混凝土的施工质量，需要建设单位、设计单位、施工单位、材料供应商等单位的综合管理、科学组织、合理安排、严格执行。
关键词：隧道 大体积混凝土 裂缝
1 市政隧道大体积混凝土出现裂缝的特点
近年来市政隧道大体积混凝土出现裂缝屡见不鲜，从裂缝发生的情况分析，有以下几个特点值得注意：①均为地下或半地下结构，有防水要求，钢筋混凝土须控制裂缝开展及宽度，一般不存在承载力不足问题。②结构形式常采用现浇钢筋混凝土超静定结构，温差和收缩变化复杂，约束作用较大，容易引起开裂。③超静定的地下和半地下构筑物，凡能满足工艺和构造要求的截面尺寸，一般都能满足承载力要求，且有较大的安全度。因此，掌握温度收缩作用是控制裂缝的主要因素。④混凝土标号较高，水泥用量较大，壁厚较小，收缩变形较大，常见收缩裂缝。⑤控制裂缝必须考虑钢筋作用，其构造配筋率约为0.2％—0.5％。⑥水化热温升较高，降温散热较快，因此收缩与降温共同作用是引起混凝土裂缝的主要因素。其次，不均匀沉降及抗震问题都须适当考虑。⑦控制裂缝的方法不象坝体混凝土那样采用特殊低热水泥及复杂的冷却系统，而主要是靠改进构造设计、合理配筋及改进浇筑、加强养护等方法提高结构的抗裂性能。
2 市政隧道大体积混凝土出现裂缝的原因
市政隧道大体积混凝土裂缝原因主要在于：
2.1外界气温度化的影响。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高：而如外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段逐渐过渡到降温阶段。温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。
2.2混凝土配合比。实际证明，水泥用量大，水泥发热量大，造成混凝土水化热温升过高，内外温差剧烈：水灰比大，造成混凝土收缩量过大：原材料性能不良，造成混凝土强度低，本身抗裂能力差。
2.3混凝土施工质量，主要有混凝土搅拌不均匀，振捣不密实，浇筑不合理，混凝土内部形成施工缝。
2.4混凝土养护。主要有混凝土养护不及时，风吹日晒，内部与外表温差过大，外界气温骤降时混凝土表面无保温措施。
2.5混凝土结构型式及构造上的问题：几何尺寸大，超长超厚；形状突变处未合理处理；配筋不合理。
2.6地基问题：基础约束面受强约束；沉降不均匀等。在上述众多因素中，比较突出的问题之一是混凝土内部由于水泥水化热释放引起混凝土内部剧烈的温度变化，产生温度应力，导致混凝土开裂，这是大体积混凝土裂缝的主要原因。
3 市政隧道大体积钢筋混凝土裂缝控制的措施
3.1混凝土浇筑措施大体积混凝土的浇筑应选用以下三种方法：
3.1.1全面分层。即将整个结构浇筑层分为数层浇筑，当已浇筑的下层混凝土尚未初凝时，即开始浇筑第二层，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程，施工时宜从短边开始，沿长边推进：也可分为两段，从中间向两端，从两端向中间同时进行。
3.1.2分段(块)分层。层一端开始浇筑混凝土，适用于厚度较薄而面积或长度较大的工程。施工时从底进行到一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。
3.1.3斜面分层。适用于结构的长度超过厚度三倍的工程，振捣工作应从浇筑层底层开始，逐渐上移，此时向前推荐的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1:3，以保证分层混凝土之间的施工质量。分层的厚度决定于振捣器的棒长和振动力的大小，也要考虑混凝土的供应量大小和可能浇筑量的大小，一般为20—30cm。插入式振捣器应伸入下层50cm为宜。分层浇筑时，上层钢筋的绑扎应在下层混凝土经一定养护其强度达到1.2N／mm2，混凝土表面温度与混凝土浇筑后达到稳定时的室外温度之差在25℃以下时进行。为了加强分层浇筑层间的结合，可以采取在下层混凝土表面设置键槽的办法。键槽可用100mm×100mm的木方每隔1m左右留设。分层浇筑间隔的时间，应以混凝土表面温度降至大气平均温度为好，即水化热温升的峰值以后，一般为3—5d，因此间隔时间以大于5d为宜。
3.2混凝土的养护混凝土拌和物浇筑成型后应及时进行养护。养护的目的是为混凝土正常硬化创造必要的温度、湿度条件，防止收缩开裂，保证混凝土达到设计要求的强度。混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。具体要求是，普通硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于14d，矿渣水泥、火山灰质水泥、大坝水泥、矿渣大坝水泥拌制的混凝土不得少于21d。养护方法分为降温法和保温法两种。降温法即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、撒水或喷水养护；保温法是在混凝土成型后，使用保温材料覆盖养护(如塑料薄膜、草袋等)及薄膜养生液养护，可视具体条件选用。养护原理：塑料薄膜养护是将塑料溶液喷涂在已凝结的混凝土表面上，挥发后，形成一层薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，混凝土中的水分不再蒸发，内部保持为湿润状态。
3.3混凝土用料设计混凝土配合比设计和施工中通常采用如下几点措施：①低水化热的水泥和尽量减小水泥用量；②尽量减少用水量，提高混凝土强度：③合理使用混凝土外加剂；④选用热膨胀系数小的骨料和较大的骨料粒径；⑤预冷原材料；⑥合理分缝、分块，减轻约束；⑦在混凝土中预埋冷却水管；⑧在混凝土表面绝热，调节表面温度下降速率；⑨抛投石块。从上面通常采用的措施可看出，这多种措施中，除施工过程中可采取的措施外，从混凝土配合比设计的角度看，主要应从①—⑨着手，进行配合比设计。进行配合比设计时注意：①设计配合比时尽量利用混凝土60d或90d的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。但必须征得设计单位的同意和满足施工荷载的要求。②混凝土配合比，应根据使用的材料通过试配确定。水灰比应≤0.6。砂率应控制在0.33—0.37。坍落度应根据配合比要求严加控制。
3.4混凝土施工的现场监测与试验施工经验证明：在大体积混凝土施工过程中，加强现场监测与试验，是控温、防裂的重要技术措施，也都取得了良好的效果，实现了信息化施工。隧道大体积混凝土浇筑块体里外温差、降温速度及环境温度的测试，每昼夜应不少于2次。大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置一般可按下列方式布置：①温度监测点的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测湿区(对长方体可取较短的对称轴线)，在测温区内温度测点呈平面布置；②在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定：③在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位宜不少于4处；④沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点：⑤保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定：⑥混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50mm处的温度为准。
总之，市政隧道大体积混凝土的施工技术，涉及到经济、技术、设计、管理、施工等诸多方面。要想保证大体积混凝土的施工质量，需要建设单位、设计单位、施工单位、材料供应商等单位的综合管理、科学组织、合理安排、严格执行。