地下工程大體積混凝土結構的溫差控制的設計與施工 軌道交通工程的大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。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。 大體積混凝土設計除考慮滿足結構本身承載力要求外，更重要的是控制澆筑混凝土當中產生的水化熱和內外溫差過大必須采取的技術措施。為了有效地控制有害裂縫的出現和發展，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、改善約束條件和設計構造等方面全面考慮，結合實際采取措施。1 相關案例 地下軌道交通工程在線路設計中，由于車站兩端設置的折返線或渡線原因，無法在上、下行線路之間設置中隔墻，造成隧道的結構斷面跨度較大，同時，由于頂板覆土厚度的影響，結構的頂、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，如何保證結構不過多產生裂縫，控制溫差是首要的關鍵。
2 設計要求 如何控制大體積混凝土結構在施工中由于澆注混凝土過程中水化熱和內外溫差過大造成一系列質量問題，除必須采取有效的技術措施外，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、改善約束條件和設計構造等方面是關鍵。因此，設定下面要求：2.1 材料的選用要求 ⑴大體積混凝土應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、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復合水泥等。中粗砂或粗砂的細度模數一般在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大體積混凝土應選用中粗砂或粗砂，細度摸數一般在2.3～3.0。石子粒徑一般要求采用連續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力的能力，可考慮將分布筋同時設定為溫度筋。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，在混凝土車到達現場泵送到模塊時的入倉溫度應控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季氣溫較高時，須考慮當地的實際情況，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≤25°。 ⑶混凝土在澆注過程中的內外溫差應≤25°。 ⑷當混凝土的內外溫差難以控制在25°以下時，可考慮在結構（板、墻）中間設置間距為1.0m冷卻水管，利用冷卻水循環進行降溫。 ⑸當氣溫與混凝土表面的溫差＞25°時，現場應采取相應以下措施： 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構表面，薄膜內須保留一定水分； ②頂板蓄水降溫。 ⑹合理設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，達到減少溫度應力的目的。同時，對大體積混凝土結構基礎與混凝土墊層之間設置滑動層，消除嵌固作用，也可起到釋放約束應力的作用。3 施工中的注意事項 為了落實設計的要求，施工和現場監理對應做好下面工作： 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護等方面的施工組織設計及專項技術措施。 ⑵慎重選擇可靠的大體積混凝土的材料供應方，應預定選擇二家單位聯合供應的方案。同時，要求其所供應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，品牌和質量要求技術參數必須完全一致。 ⑶施工前，現場監理應針對大體積混凝土降低水化熱等技術措施，組織建設方、設計方、施工方等有關方面進行專題討論。 ⑷根據混凝土的配合比要求檢查攪拌站提供的混凝土質量，并定時、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的澆搗，應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，嚴禁出現振搗不實或漏振情況。 ⑹根據溫度變化及時落實已澆搗至設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，薄膜內保留一定水分，其它保溫材料根據溫度變化分層覆蓋。 ⑺混凝土澆搗應連續澆搗，不留施工縫。 ⑻混凝土應自澆搗時起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℃時應督促施工方進一步落實加強保溫措施。 ⑼做好混凝土養護工作，大體積混凝土養護一般不少于7d，并根據結構中心的混凝土溫度變化及同條件養護的混凝土試塊強度確定養護周期。 ⑽建立監測制度，對大體積混凝土在施工過程中的氣溫變化、結構的內外溫差以及冷卻水管進出水溫度等進行定時監測，做到及時發現問題及時處理。 根據一般規律，大體積混凝土澆搗結束后，在基礎的中心部位將形成一高溫區，升溫時間為60～70h，高溫持續時間較長，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生的降溫數值大，混凝土四周表面和底部所產生的降溫數值小。在實際施工中可根據詳細測溫情況，進行分段計算。4 結語 根據設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構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積累經驗。【參考文獻】[1]GB50204-2002.混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法[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力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999.
2 設計要求 如何控制大體積混凝土結構在施工中由于澆注混凝土過程中水化熱和內外溫差過大造成一系列質量問題，除必須采取有效的技術措施外，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、改善約束條件和設計構造等方面是關鍵。因此，設定下面要求：2.1 材料的選用要求 ⑴大體積混凝土應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、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復合水泥等。中粗砂或粗砂的細度模數一般在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大體積混凝土應選用中粗砂或粗砂，細度摸數一般在2.3～3.0。石子粒徑一般要求采用連續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力的能力，可考慮將分布筋同時設定為溫度筋。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，在混凝土車到達現場泵送到模塊時的入倉溫度應控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季氣溫較高時，須考慮當地的實際情況，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≤25°。 ⑶混凝土在澆注過程中的內外溫差應≤25°。 ⑷當混凝土的內外溫差難以控制在25°以下時，可考慮在結構（板、墻）中間設置間距為1.0m冷卻水管，利用冷卻水循環進行降溫。 ⑸當氣溫與混凝土表面的溫差＞25°時，現場應采取相應以下措施： 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構表面，薄膜內須保留一定水分； ②頂板蓄水降溫。 ⑹合理設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，達到減少溫度應力的目的。同時，對大體積混凝土結構基礎與混凝土墊層之間設置滑動層，消除嵌固作用，也可起到釋放約束應力的作用。3 施工中的注意事項 為了落實設計的要求，施工和現場監理對應做好下面工作： 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護等方面的施工組織設計及專項技術措施。 ⑵慎重選擇可靠的大體積混凝土的材料供應方，應預定選擇二家單位聯合供應的方案。同時，要求其所供應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，品牌和質量要求技術參數必須完全一致。 ⑶施工前，現場監理應針對大體積混凝土降低水化熱等技術措施，組織建設方、設計方、施工方等有關方面進行專題討論。 ⑷根據混凝土的配合比要求檢查攪拌站提供的混凝土質量，并定時、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的澆搗，應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，嚴禁出現振搗不實或漏振情況。 ⑹根據溫度變化及時落實已澆搗至設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，薄膜內保留一定水分，其它保溫材料根據溫度變化分層覆蓋。 ⑺混凝土澆搗應連續澆搗，不留施工縫。 ⑻混凝土應自澆搗時起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℃時應督促施工方進一步落實加強保溫措施。 ⑼做好混凝土養護工作，大體積混凝土養護一般不少于7d，并根據結構中心的混凝土溫度變化及同條件養護的混凝土試塊強度確定養護周期。 ⑽建立監測制度，對大體積混凝土在施工過程中的氣溫變化、結構的內外溫差以及冷卻水管進出水溫度等進行定時監測，做到及時發現問題及時處理。 根據一般規律，大體積混凝土澆搗結束后，在基礎的中心部位將形成一高溫區，升溫時間為60～70h，高溫持續時間較長，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生的降溫數值大，混凝土四周表面和底部所產生的降溫數值小。在實際施工中可根據詳細測溫情況，進行分段計算。4 結語 根據設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構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積累經驗。【參考文獻】[1]GB50204-2002.混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法[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力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999. 