浅谈桥梁基础大体积混凝土施工裂缝控制
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摘要：桥梁基础多为大体积混凝土，开裂现象较为普遍且很复杂，目前针对桥梁基础大体积混凝土裂缝控制尚无比较全面的研究。本文首先从材料特性、结构设计、施工等因素对其裂缝成因进行了系统分析，然后从材料选择、设计措施、施工措施三个方面有针对性的提出了裂缝控制建议措施。
关键词：桥梁；基础；大体积混凝土；裂缝控制
1 引言
随着桥梁的跨度越来越大，主塔越来越高，桥梁基础混凝土方量也随之增大，因此导致混凝土内部温度应力也增大。桥梁基础大体积混凝土裂缝控制，成为研究的热点。对大体积混凝土范畴的界定，各国各个学者不尽相同。我国《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）定义现场浇注的最小边尺寸为1～3 m 且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25 ℃的混凝土为大体积混凝土。随着桥梁技术的空前发展，大体积混凝土在桥梁基础中应用十分广泛。如果在施工中未能充分重视，非常容易产生裂缝，从而使得混凝土结构极易受到侵蚀。对桥梁基础大体积混凝土施工裂缝的控制对桥梁结构的安全性及其耐久性都具有十分重要的现实意义。
2 成因分析
2.1材料特性因素
混凝土拌合以后，内部水泥与水发生水化反应，产生水化物，水化反应是一个放热反应，大量热能通过传导才能到达结构表面释放。因此结构的内部热能积聚较快，混凝土内部温度急剧增加、体积迅速膨胀，但是结构表面却由于散热比较快。这样结构内部和外部形成一定温差，该温差导致结构内外热胀冷缩产生形变，由于该形变受到外部边界条件的约束产生了较大的温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时则产生裂缝。目前国内掺和料及骨料的质量和性能存在很大差异，掺和料和骨料若使用不恰当也可能导致混凝土开裂，实践证明，碱骨料反应对裂缝的产生和发展影响很大。用不同的水泥种类、水泥用量拌制的混凝土，其开裂情况也会有所不同，水泥的细度越细，骨料的含泥量越高，混凝土越容易开裂。
2.2结构设计因素
合理的配筋能有效地提高大体积混凝土的抗裂性能。一方面配置构造筋对提高混凝土极限拉伸和抗裂能力是有利的，同时它也能起到控制裂缝开展，减少裂缝宽度的作用。另一方面，配筋也将会增加一定程度的收缩应力，过大的配筋率将会导致较大的收缩应力，从而产生裂缝。因此，合理的配筋尤为重要。总的来说，在合理配筋的前提下，它提高极限拉伸和约束裂缝开展的优点大于增加收缩应力缺点。
2.3施工因素
现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。养护条件的影响包括湿度及温度两方面，良好的保湿能显著增加混凝土的抗拉强度及极限拉伸。养护温度的升高能提高混凝土的早期强度，但对后期强度有不利影响。因此，在控制内外温差的前提下，在升温阶段应尽可能适当放热，一方面可以降低混凝土温升峰值，另一方面又可防止影响后期强度。混凝土浇筑后, 若表面不及时覆盖进行潮湿养护, 表面水分迅速蒸发,很容易产生收缩裂缝, 特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下干缩更容易发生。同时，违章施工、不当施工以及振捣方式不当均有可能造成大体积混凝土开裂。
3裂缝综合控制措施
3.1合理选择原材料
桥梁基础大体积混凝土，在选用原材料时应注意：(1)、选择线膨胀系数小、岩石弹性模量低、含泥量小于1%、级配良好的骨料，粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂； (2)、优先选用水化热低、凝结时间长、安全性好的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等；(3)、外加剂宜采用缓凝剂、减水剂，宜适量掺入粉煤灰、矿渣粉等，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的；(4)、降低原材料的温度。
3.2设计措施
（1）设计时应适当增加桥梁基础大体积混凝土的配筋率，较为合理的配筋率应为0.3%~0.5%，应采用小直径（10~16mm),小间距的形式约间距100~间距150，且不宜采用光圆钢筋。通过在转角和交界面部位应设置分布筋，在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施，均能有效地提高混凝土抗裂性能
（2）由于边界存在约束才会产生温度应力，故可通过设置滑动层，减少约束应力。在遇有约束作用较大的岩石类地基或较厚的混凝土垫层时，可在地基或垫层与基础的接触面上，或于两端L/4（L―基础全长）的区段内，铺设滑动层，减少滑动应力
（3）尽可能选用强度等级低的混凝土, 充分利用后期强度。混凝土的强度等级宜在C20~C35的范围内选用。
（4）应充分考虑施工时的气候特征, 合理设置施工缝。一是采取“抗”的方法，即不设任何施工缝，通过采取措施减少被约束体与约束体之间的相对温差，减少约束，改善配筋，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度等，以抵抗温度收缩变形和约束应力。二是采取“放”的方法，即以设置永久性伸缩缝的办法，将超长的现浇钢筋混凝土结构分成若干段，以释放大部分变形，减少约束应力。三是采取“放”“抗”结合的方法：1）采用“后浇带”的施工方法，在施工期间设置作为临时施工缝的“后浇带”，将结构分成若干段，可有效削减温度收缩应力。
2）采用“跳仓打”的施工方法，将整个基础按垂直施工缝分段，间隔一段，浇筑一段，经过不少于5d的间歇期后再浇筑成整体。3）采用“混凝土薄层浇筑”的施工方法，将基础水平分成几个施工层，施工层之间的结合按施工缝处理。分层厚度一般控制在0.6~2.0m范围内，层间间歇时间约取5~7d为宜。
3.3施工措施
（1）控制混凝土出机温度和浇筑温度
为了降低混凝土的总温升，减少内外温差，控制混凝土出机温度和浇筑温度是一个很重要的措施。对混凝土出机温度影响最大的是石子及水的温度，砂次之，水泥的影响较小。因此，具体施工中可采取加冰拌和，砂石料遮阳覆盖，送管道用草袋包裹洒水降温等技术措施。
（2）预埋水管，降低最高温升
冷却水管大多采用直径为25mm的薄壁钢管，按照中心距1.5~3.0m交错排列,水管上下间距一般也为1.5~3.0m，并通过立管相连接。
（3）改进混凝土搅拌和振捣工艺
即采用二次投料和二次振捣的新工艺，提高混凝土的强度。二次振捣是指在混凝土初凝前对已浇筑混凝土进行重复振捣和抹面以避免混凝土由于泌水、骨料下沉等产生沉缩裂缝，并可提高其密实度和抗拉强度减小混凝土收缩变形增强抗裂性。
（4）合理选择混凝土浇筑方案
大体积混凝土的浇筑方法可采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方法。施工中浇筑层厚度应根据拌和能力、运输能力、浇筑速度及振捣能力确定，在满足条件的前提下应尽量减少一次浇筑厚度，减缓浇筑速率以实现利用浇筑面散热，但应确保在下层混凝土初凝前浇筑上层混凝土。一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑。对于工程量较大，浇筑面积也大，一次连续浇筑层厚度不大，且浇筑能力不足时的混凝土工程，宜采用分段分层踏步式推进的浇筑方法。
（5）加强混凝土的养护
根据工程的具体情况，可采用薄膜加草袋或蓄水的养护方法。在控制内外温差的前提下，应尽可能推迟保温层开始覆盖的时间。事实证明及早回填是最好的养护方法。
4 结论
综上所述，桥梁基础大体积混凝土出现裂缝是一项复杂的系统工程, 引起开裂的原因很多, 这就要求我们在工程实践中，通过对材料选择、设计、施工等各个环节分别应用针对性的切实可行的裂缝控制施工技术，有效的防止裂缝的产生，从而保证工程的质量。本文对于桥梁基础大体积混凝土裂缝控制，总结出一套较为完整、系统，且较为适用的控制措施，这是本文的一大难点，也是创新点。
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