探讨市政隧道大体积钢筋混凝土裂缝控制的措施

　　摘要：本文首先对大体积混凝土结构的概念进行了探讨，之后就隧道大体积混凝土结构裂缝产生的原因进行了深入分析，最后从抗裂设计构造要求、温差验算、原材料与配合比控制以及施工过程控制四个方面对市政隧道大体积钢筋混凝土裂缝控制的措施进行了探究。希望对工程裂缝控制的提高起到一定的借鉴作用。
　　关键词：市政隧道；大体积混凝土；裂缝控制；措施
　　
　　
　　1引言
　　在工业与民用建筑结构中，一般现浇的连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构，通称为“大体积混凝土结构”。大体积混凝土具有结构厚大、浇筑量大，施工条件复杂。且多为现浇超静定结构，施工技术和质量要求较高等特点。因此，除了必须具有足够的强度、刚度、稳定性以外，还应满足结构的整体性与耐久性要求。
　　2隧道大体积混凝土结构裂缝产生的原因
　　长期的实践表明。造成大体积混凝土出现裂缝的因素极其复杂而且是多方面的。其中有：
　　(1)混凝土配合比设计上的问题：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：7k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)混凝土施工质量上的问题：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。
　　(3)混凝土养护上的问题：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。
　　(4)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。
　　(5)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。具体来讲，首先，水泥在水化过程中要发出一定的热量。而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥发出的热量聚集在结构物内部不易散失。由于混凝土的导热性能较差。浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大。相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长。弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大。以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时。便开始出现温度裂缝。
　　(6)界气温度化的影响
　　大体积混凝土在施工阶段。外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高。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。这对大体积混凝土是极为不利的。混凝土内部的温度是水化热的绝热温度、浇注温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加。而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的：温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度有时可达60～65℃，并且有较大的延续时间结构尺寸和浇筑的块体厚度有关。
　　3市政隧道大体积钢筋混凝土裂缝控制的措施
　　3.1抗裂设计构造要求
　　3.1.1合理设计
　　合理的平面和立面设计，避免载面的突变，从而减小约束应力。
　　3.1.2工程经验要求
　　根据大体积混凝土工程施工的特点，市政隧道大体积混凝土工程的设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外，尚应符合下列要求：
　　(1)避免用高强混凝土，尽可能选用中低强度混凝土，混凝土的强度等级宜在C20～C35的范围内选用；尽量利用后期60天强度R60、90天强度R90；
　　(2)混凝土的配筋除应满足承载力及构造要求外，还应结合大体积混凝土的施工方法（整体浇筑或分层浇筑，泵送混凝土浇筑或非泵送混凝土浇筑等）增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋，以构造钢筋控制裂缝。合理布置钢筋，尽量采用小直径、密间距；变截面处加强分布筋；
　　(3)当基础设置于岩石类地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层，滑动层构造可采用一毡二油，在夏季施工时也可采用一毡一油；
　　(4)尽可能减少设置永久变形缝（沉降缝、温度伸缩颖）及竖向施工缝。从降低大体积混凝土浇筑块的温升、控制混凝土的裂缝、降低地基的约束、控制混凝土浇筑块体的温度及便于大体积混凝土施工的角度出发，对基础的结构混凝土的强度等级、结构配筋、基础底面滑动及变形缝施］缝的设置提出要求。
　　(5)施工中允许设置水平施工缝，水平施工缝的设置应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求、混凝土的浇筑能力和方便结构钢筋的绑扎等因素确定。
　　(6)关于截面厚度，箱体基础深度由使用要求决定、箱体底板及顶板厚度由抗弯及抗冲切要求决定。而侧墙，其厚度的确定除需满足强度要求外，还须作如下考虑：对于箱形结构、环形结构以及各种空间薄壁结构，由于内外表面的温差及收缩差引起较大的约束应力，该应力与壁厚无关，但是，厚壁温差大，薄壁温差小，故间接地影响应力大小，似乎越薄越好；但越薄收缩越快，均质性差，抗裂度也越低，故厚度不宜过薄。对一些大型工程，壁厚应不小于200mm，双层配筋为宜。
　　3.2温差控制
　　根据《块体基础大体积砼施工技术规程》YBJ224-91规定，大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、里外温差及降温速度的控制指标，制定温控施工的技术措施。通过温控施工技术措施的落实，确保施工质量、防止有害裂缝、特别是贯穿裂缝的产生。混凝土表面温度裂缝宽度应不小于0.3mm。
　　3.3原材料与配合比控制
　　3.3.1原材料控制
　　水泥：采用水化热较低和凝结时间较长的水泥，如矿渣水泥、大坝水泥或粉煤灰水泥等。在材料比选时，应对不同种类和品牌的水泥取样进行水化热试验，经过分析比较，优先选用同量同等条件下水化热较低的水泥。
　　粗骨料：采用5mm~31.5mm连续级配碎石，针片状颗粒含量不应大于10％，含泥量不应大于1％。
　　细骨料：采用级配良好、质地坚硬的优质中粗河砂，含泥量不应大于2％，细度模数控制在23mm-27mm之间。
　　水：达到饮用水标准。
　　粉煤灰：粉煤灰是一种优质的掺和料，使用时应选择—级粉煤灰，尽可能选用细度模数大且烧失量低的粉煤灰。
　　外加剂：采用缓凝高效减水剂。
　　3.3.2配合比控制
　　尽可能降低水泥用量。根据水化热温升经验公式可知，每立方米混凝土每减少l0kg水泥用量，混凝土的水化热温升降低1℃左右。因此，在保证混凝土强度的前提下，尽可能降低水泥用量是最可靠的控温措施之一。水泥用量一般不应超过350kg。
　　参用粉煤灰。混凝土掺加粉煤灰主要是为了取代部分水泥，减少水泥用量，降低水化热，同时还可以充当填充材料，并改善混凝土的和易性。粉煤灰用量—般为水泥用量的30％~40％。
　　掺加高效减水剂。混凝土掺加高效减水剂有双重作用，一方面使混凝土缓凝，以推迟水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少；另一方面可以降低水灰比，避免水灰比吐大产生塑性收缩。
　　3.4施工过程控制
　　控制混凝土的出机温度和浇筑温度。研究表明：对混凝土出机温度影响最大的是碎石和水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响最小。因此，降低出机温度的最有效办法就是降低碎石的温度。在气温较高时，为防止太阳的直接照射，砂石堆场应没遮阳棚；必要时，部分拌和用水以碎冰形式加人。为了保证混凝土的均匀性，在搅拌终了前，应使混凝土拌和物中的冰全部溶化。为了控制混凝土的浇筑温度，可加快运输速度，缩短运输时间，在运输途中尽量放慢搅拌速度。
　　在气温较高时，对运输车的搅拌罐喷淋冷水，减少运输过程中吸收太阳的辐射热。同时，加大浇筑强度，缩短浇筑时间。采用分层或分块浇筑，加快混凝土散热速
　　度。
　　3.4.1分层浇筑
　　(1)分层施工时母层厚度应控制在1m~1.5m之间，具体可视混凝土浇筑能力和降温措施而定。
　　(2)应在前层混凝土初凝或失去重塑性能前完成下层混凝土的浇筑捣实。
　　(3)当在前层混凝土初凝或失去重塑性能前无法完成下层混凝土施工时，应按规定间歇4d～7d，待前层混凝土达到一定强度时，方可进行下层混凝土的浇筑，且在浇筑前对两层结合面按施工缝进行凿毛和清扫浮浆处理。
　　3.4.2分块浇筑
　　当截面面积大于100m2时，在前层混凝土开始初凝或失去重塑性能前来不及完成下层混凝土的浇筑振捣时，此时若采用分层浇筑，间隔时间长，延误工期。为加快施工进度和保证工程质量，应统筹安排，采用分块浇筑。
　　(1)合理布置分块区域，每块平均面积不宜小于50m2，高度不宜大于1.5m。
　　(2)上下邻层混凝土间的竖向接缝，应错开布置，做成企口，并按施工缝处理。
　　3.5改善约束条件
　　在岩石地基或厚度较大的混凝土垫层上浇筑大体积混凝土时，可在岩石地基或混凝土垫层上铺设隔离层以减少垂直收缩裂缝。隔离层一般采用涂刷一层3mm～5mm厚的沥青或干铺二毡三油。当混凝土平面尺寸过大时，可采用后浇带，即在结构中适当部位每隔20m~30m预留宽为0.5m～1m的后浇带，浇筑混凝土30天后封闭。
　　3.6加强养护
　　大体积混凝土易受到太阳暴晒及雨水、冷空气等袭击，致使表面温度变化较大，产生较大温差，造成裂缝。因此，加强养护也是防止开裂的关键之一。
　　混凝土浇筑后，应适时加盖草垫、麻袋等覆盖物，定时洒水养生；同时保证冷却水的供应，加强保温、保湿养护，延缓降温速度，减少内外温差。
　　在混凝土内部及表面合理布设测温点，加强温度观测，并根据外界大气条件，随时了解混凝土浇筑后(尤其是第2天)温度的升降情况，掌握混凝土内外温差变化，及时采取增减覆盖物等措施，以便将混凝土内外温差控制在25℃以内。
　　4结语
　　随着我国人们增长以及物质文化水平的提高，市政隧道工程的数量必然也越来越多，因此也就市政隧道工程得到迅速发展，大体积混凝土结构的应用日益普遍。本文依据工程经验就大体积混凝土的裂缝成因以及大体积混凝土结构的裂缝控制措施进行了较为深刻的探讨，希望对相关工程提供一定的参考。
　　
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