大体积混凝土的施工工艺

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大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等，其主要特点是体积大，表面小，水泥水化热释放较集中，内部温升较快。当混凝土内外温差较大时，会产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上加以分析，来保证施工的质量。

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝3种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性较严重。而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝一般危害性较小，但也影响外观质量。出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3毫米；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2毫米。对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1～0.2毫米时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3毫米，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3毫米贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但抗拉能力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。而产生裂缝的主要原因有水泥水化热、外界气温变化和混凝土的收缩等造成。如何控制这几方面对结构耐久性的影响呢？

一、大体积混凝土的配合比设计

1.水泥的选用：应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，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。

2.粗细骨料：粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。

3.减水剂：为满足和易性和减缓水泥早期水化热发热量的要求，宜在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂。除加入减水剂外，有些混凝土还要根据需要加入其他外加剂，如引气剂、膨胀剂、泵送剂等。4.除以上3点外，还要适当降低原材料的温度。

二、大体积混凝土的浇筑与振捣

浇筑方案，除应满足每一处混凝土在初凝前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种：

1.全面分层。即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。这种方案适用于结构平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

2.分段分层。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

3.斜面分层。要求斜面坡度不大于1/3，适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。

三、混凝土的温控措施

1.水化热温升控制措施

混凝土升温时间较短，根据工程实践，一般在浇筑后的二至三天内，混凝土弹性模量低、基本处于塑性与弹塑性状态，约束应力很低。当水化热温升至峰值后，水化热能耗尽，继续散热引起温度下降，随着时间逐渐衰减，延续10余天至30余天。作为工程预控指标，可采取保温与降温措施的有：1）采用冰水配制混凝土，或混凝土厂址配置有深水井，采用冰凉的井水配置；2）粗细骨料均搭设遮阳棚，避免日光曝晒；3）选用低水化热的P.O.普硅水泥，并利用掺合料减少水泥单方用量。

2.混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

3.采用内部降温法降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，还有常见的投毛石法，均可有效控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。

4.保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。

大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能，如何采取更好的方法来降低混凝土的水化热，掺和料的用量该如何控制，混凝土原材料的温度是否可以再降低？这些都有待于在施工实践中进一步积累经验，采取有效措施，使大体积混凝土浇筑中出现的开裂问题能得到更好的解决。

工作，固定钢束的井字架位置不准确或不按照规范和设计规定的间距布设，必然造成钢束位置与设计不符、有的还会在曲线变化段产生急弯（半径太小）或孔道局部偏差过大。目前仍有小部分队伍使用人工进行穿束，尤其对多根钢绞线的长束重量很大，人工穿束费时费力，容易造成工人转动钢束穿进，使钢绞线互相缠绞在一起。**市某快速干道（高架桥）工程四标段共有九联连续梁，施工时固定钢束用的井字架间距为1米，梁高1.6米，因此竖弯变化量不大，间距满足要求，但是施工时由于工人工作不认真使井子架坐标不准确，并且采用人工穿束，束长在100米到120米不等。张拉时发现大部分钢束的伸长值与理论伸长值不符（有的比理论值少11%），张拉过程中经常听到内部钢束缠绞在一起后被拉开的声音，当时立即对设备进行检定，在设备没有问题的情况下设计单位、监理单位和施工单位开始对问题进行分析，其中钢绞线计算伸长值时采用实测弹性模量，μ、κ取值按规范推荐值。 设计单位对结构进行重新验算，最后确定在保证张拉力的情况下，伸长值误差保证在12%以内，无疑降低了结构安全系数。

沈大高速公路苏家屯互通立交D匝道为4孔一联的曲线连续梁，梁长220米，曲线半径55米，因此钢束既有平弯又有竖弯，井字架按照50cm间距布设而且坐标准确，采用人工配合机械穿束（将钢绞线束固定在一个锥形的牵引装置上，用卷扬机牵引锥形牵引装置），在广州南部快速路工程14标马克特大桥2联100米连续梁施工中，同样使用以上方法，由于特别注意控制孔道坐标和孔道线形圆顺，并且很好的避免了钢绞线间的互相缠绞，张拉过程中以上两项工程钢束伸长值均满足要求。

二、预应力钢绞线张拉

1、张拉控制应力与伸长值 ： 张拉控制应力能否达到设计规定值直接影响预应力效果，因此张拉控制应力是张拉中质量控制的重点，张拉控制应力必须达到设计规定值，但是不能超过设计规定的最大张拉控制应力。预应力值过大，超过设计值过多，虽然结构抗裂性较好，但因抗裂度过高，预应力筋在承受使用荷载时经常处于过高的应力状态，与结构出现裂缝时的荷载接近，往往在破坏前没有明显的预兆，将严重危害结构的使用安全。因此为了准确把握预应力的施加情况，以应力控制方法张拉时必须以伸长值进行校核。因此能够提供准确的理论伸长值显得尤为重要，必须对《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中理论伸长值的计算有个正确理解：

①预应力孔道坐标符合设计要求、曲线孔道圆顺的情况下，孔道局部偏差和预应力筋与孔道壁间的摩擦系数对理论伸长值大小的影响不大，均可按照规范取中值。

②钢绞线的弹性模量Ep取值对理论伸长值大小的影响较大，应根据实测值进行计算。

③L的取值：计算平均张拉力时应按照孔道长度计算，计算伸长值时L的取值应加上锚垫板至工具夹片的前端的距离。另外在比较理论伸长值与实际伸长值时应以初应力到控制应力部分的值为准进行比较，因为从零到初应力的伸长值是推算的，并且测量次数多，产生累积误差较大。

2、模板支架的影响：由于施加预应力，砼必然产生弹性变形，同时产生轴向变形和上下方向的挠曲。张拉时如果约束其轴向收缩和挠曲，就会使砼产生预想不到的裂缝，重则出现质量事故。因此，张拉前必须拆除对梁体轴向收缩有约束作用的梁侧模板，拆除支座周围对活动支座在顺桥方向的移动和旋转、以及对固定支座的旋转有约束作用的模板和支架。我们对广州南部快速路工程14标马克特大桥2联100米连续梁张拉前后梁长进行观测，结果表明每米梁长约缩短0.2mm.鉴于以上实践，如果不拆除各种约束，很可能造成梁体局部裂缝或支座变形。其中在广东东莞某高架桥120m连续梁施工中，由于张拉预应力前支座周围钢底模未拆除，张拉后发现底模板大部分变形，固定盆式支座发生侧翻。

3、张拉要点：

①张拉顺序：张拉顺序应按照设计规定进行，若设计没有规定应避免使构件截面呈过大的偏心受力状态，不使构件边缘产生过大的拉应力。尤其对曲线桥梁更应注意，张拉时不能使曲线梁内、外边缘产生过大的拉应力，而使梁腹产生裂缝。张拉时必须先张拉靠近截面形心的钢束，如果有多排钢束，必须对称进行。

②张拉长度：连续梁钢束长度较大，提倡两端同时张拉。如果设备不足，可先固定一端、张拉另一端，然后再张拉固定端补足应力。尤其对曲线预应力筋更应如此。一端张拉时，虽然张拉端达到了控制应力，但由于孔道长度大，导致钢束转角θ增大，摩擦力增大，使得预应力由张拉端向固定端逐渐减小，固定端附近预应力明显不足。**市某快速干道（高架桥）工程120米预应力连续梁采用一端张拉，另一端扎花锚固于梁体内，张拉时伸长值不能满足要求，主要原因在于孔道摩阻损失太大（受孔道转角θ值太大和孔道长度的影响）。一端张拉长束钢绞线的做法是失败的，一方面，一旦出现事故（如断丝等）将很难处理；另一方面，由于钢束给结构施加的预应力不足，危害结构使用安全。

4、断丝、滑丝的处理：施工过程中，由于操作失误或千斤顶压力不准确或锚具安装误差、夹片质量差等原因，有时会发生断丝和滑丝的情况，当断丝或滑丝数不超过规范值时，可采用超张拉方式补足应力，若超过规范值必须卸锚，更换钢束。对此处理时必须慎重，必须质量和安全。

（1）、补足应力处理：根据断丝数确定应力损失值，通过提高其它钢丝应力补足断丝造成的应力损失，但在任何情况下都不得使钢绞线应力达到0.8Rb，否则必须更换钢束。

（2）、更换钢束的处理方法：

①、丝束放松。将千斤顶按张拉状态装好，并将钢丝在夹盘内楔紧。一端张拉，当钢丝受力伸长时，锚塞稍被带出。这时立即用钢钎卡住锚塞螺纹（钢钎可用φ5mm的钢丝、端部磨尖制成，长20～30cm）。然后主缸缓慢回油，钢丝内缩，锚塞因被卡住而不能与钢丝同时内缩。如千斤顶行程不够可如此反复进行至锚塞退出为止。然后拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具。

②、单根滑丝单根补拉。将滑进的钢丝楔紧在卡盘上，张拉达到应力后顶压楔紧。

③、人工滑丝放松钢丝束。安装好千斤顶并楔紧各根钢丝。在钢丝束的一端张拉到钢丝的控制应力仍拉不出锚塞时，打掉一个千斤顶卡盘上钢丝的楔子，迫使1~2根钢丝产生抽丝。这是锚塞与锚圈的锚固力就减少了，再次拉锚塞就容易拉出。

②、水泥浆的水灰比、泌水率、膨胀率和稠度等指标符合规范要求。

③、压浆前检查孔道是否畅通。

④、压浆顺序正确。按孔道由低向高的顺序进行。

⑤、严格控制压浆压力和速度。

⑥、采用真空压浆技术。

预应力砼连续梁一般都是作为全预应力结构进行设计，准确的建立预应力度极为重要。但是实际施工中常有由于以上原因造成预应力不足、梁体产生裂缝、支座破坏等问题，因此施工过程中必须严格控制影响预应力施工质量的关键因素。