泵站基础底板大体积混凝土施工裂缝控制措施
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摘要：裂缝是大体积混凝土常见的质量通病，若得不到有效控制，则会影响到大体积混凝土结构的安全和性能。本文阐述了泵站大体积混凝土裂缝类型和防治要求，论述了裂缝发生机理，并结合工程实例，介绍了底板大体积混凝土施工裂缝控制措施，以期指导实践。
关键词：大体积混凝土；裂缝；发生机理；温控措施；养护
中图分类号： TU37 文献标识码：A 文章编号：
认真分析裂缝发生机理，找出和施工有关的影响因素是现场施工中控制裂缝产生的关键所在。以下就几个主要方面进行剖析：
(1)结构设计不合理。非均质复杂多相混相材料混凝土微观结构相组成之间主要的结合，当内部产生拉应力超过其抗拉强度时产生裂缝，结构设计不合理更加剧混凝土裂缝发展。各种外部荷载与自重形成的内部应力容易引起裂缝，实际工况与模型工况不同的结构次应力也会引起裂缝。
(2)大体积混凝土施工中水化热控制不好。结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩作用，是导致大体积混凝土温度裂缝的主要原因。
2 本工程施工难点分析
按照泵站结构分缝，某排涝工程沙井泵站底板中最大一块长达28.0m宽38.3m，前后齿槽部分最厚达3.5m，底板中间部分厚2.5m，按照建设部GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》规定混凝土厚度超过1.0m即为大体积混凝土。
(1)采用商品混凝土施工不确定因素多。为便于运输和泵送混凝土，商品混凝土骨料要求较为特殊，粒径小，坍落度较大，配合比中掺加大量外加剂，施工中泌水现象严重，给混凝土浇筑增加了不少困难。
(2)施工期环境温度较高不利于温控。本工程地处广东南端，气温较高，昼夜温差较大，不利于混凝土浇筑施工。
(3)施工场面受到限制。本工程按照深基坑设计施工，基坑深度达到11m，基坑内为淤泥土质，运输道路虽经特殊处理，但状况频出，给混凝土输送造成困难。
(4)本工程底板单块结构大，又不能无限期施工，对混凝土入仓速度、层间铺筑间隔时间要求较高。
3 混凝土底板施工中的主要裂缝控制措施
3.1 施工方案的拟定
(1)设计方面
同时考虑变形的大小、约束的程度、实时抗拉强度三个条件。由于泵站整体结构要求受到限制，不能缩小结构尺寸，经过对混凝土强度等级、钢筋的品种和规格、建筑物的结构形式等统筹设计，在大体积结构内部设置一层温度钢筋，加密层间钢筋拉筋和支撑筋。
(2)商品混凝土方面
对混凝土用碎石、砂采用喷洒冷却水降温，尽量缩短运输时间，尽量减小混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在120mm左右，混凝土入仓温度控制在25°C。
(3)混凝土浇筑方面
利用大仓面施工的有利条件采用分层浇筑，在设计混凝土配合比的初凝期内，尽量延长混凝土浇筑时间，在初凝结束前覆盖上层混凝土。
采用两次振捣技术，除了混凝土入仓振捣外，在覆盖上层混凝土前进行第二次振捣，二次振捣是对第一次振捣的补充。实践证明二次振捣能增加混凝土强度，提高抗裂性。
(4)浇筑时间
浇筑时间选择在气温变化较小的时段内进行，避开夏天正午时间，选择下午或者晚上浇筑，冬季不在晚上浇筑混凝土，浇筑时气温高于10℃。
(5)拆模
混凝土底模和木模尽可能晚些拆模，采取带模养护；钢制侧模在一个星期之内拆模，既保护混凝土又不至于钢模锈蚀在混凝土表面留下痕迹。
(6)混凝土的测温和及时养护
按温控技术进行保温养护，降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力，降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土自身的抗拉强度以提高混凝土块体的抗裂能力，保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在有利环境下得到良好的养护。
3.2 现场试验
泵站底板混凝土施工中的有利因素是底面、顶面为自由面，底面直接与地基接触，对混凝土散热保温有一定的好处。但在极端气温下施工的保温降温要求较高，施工外界环境污染严重、气温高、体积大、基坑面积大，又是商品混凝土泵送入仓，为确保混凝土不产生温度裂缝或控制在允许宽度范围内，我们就原材料选择与配合比实验、模板材料及其支撑体系、机械设备选用与匹配、混凝土浇筑强度、劳动力组织、操作技术与安全交底等施工组织与施工工艺方面有针对性地制定了详细的施工方案，严格按方案施工。
3.3 原材料选择与控制
(1)选择细度模数较大的粗砂、减小砂率
混凝土的干燥收缩随砂率的增大而增大。经过试验得知使用较高强度的粗砂，混凝土的弹性模量较高，收缩量较小，可减少开裂。
(2)适当增加粗骨料含量，尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料
本工程混凝土用碎石粒径受混凝土泵送限制不能太大，为方便施工又不影响施工质量。
(3)采用中低水化热的非早强型普通硅酸盐水泥，并尽量减少水泥用量中低水化热水泥在拌和过程中水化热释放较小，混凝土升温较为缓慢，加上尽量少的水泥用量，可有效控制水化热的产生，对控制混凝土凝结初期内部温度的骤升和减小混凝土内外温差有至关重要的作用。通过试验，本工程用普通硅酸盐水泥每立方用量265kg。
(4)采用混凝土掺加技术
由于本工程所处水环境已被严重污染，腐蚀性极强，设计采用防腐混凝土，故在做配合比试验时采用多次不同配比试验，最终选择掺加15.67%的F类Ⅱ级粉煤灰，9.14%的S95矿渣粉，9.92%的SY-KS型抗腐蚀增强剂，1.90%的FST-2型高效缓凝减水剂。
(5)拆模
加入水泥用量14%的UEA膨胀剂，使混凝土在凝固过程中产生微膨胀，抵消混凝土在凝固过程中的收缩量，同时提高混凝土自防水能力。
3.4 温控措施
为确保本工程大体积混凝土满足强度和外观等质量要求，对混凝土浇筑施工主要采取以下几点温控措施：①原材料冷却；②控制混凝土入模温度；③注意混凝土浇筑方法；④温度监控和循环通水冷却；⑤保温保湿养护。
(1)原材料冷却
由于本工程的混凝土为商品混凝土，为保证混凝土的质量，要求商品混凝土搅拌站采取用冷却水拌和、加冰拌合等措施保证运至施工现场入模的商品混凝土不超过30℃，并安排专职试验工到混凝土公司不定期的抽查混凝土原材料，包括水泥、骨料、粉煤灰和外加剂的品牌和用量是否满足已审批的配合比要求。在混凝土拌合前及拌合中，控制水泥的入机温度小于60℃。
混凝土运输采用混凝土搅拌运输车，运输车具有防风、防晒和防雨设施。混凝土运输车在装料前，将罐内的积水排尽。
(2)控制混凝土入模温度
浇筑前需测量混凝土温度，每台班不得少于2次。本试验段混凝土入模温度为30℃，混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升不宜大于50℃。混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不大于25℃。混凝土浇筑体的降温速率不大于2℃/d，混凝土浇筑体表面与大气温差不大于20℃。
(3)注意混凝土浇筑方法
1)分层浇筑。试验段混凝土浇筑层厚度为(300～500)mm。浇筑时缩短间歇时间，并在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕。层间最长间歇时间不应大于混凝土6h的初凝时间(从混凝土出厂开始计算)。当层间间歇时间超过混凝土的初凝时间时，层面应做施工缝处理。
2)分块浇筑。根据试验段结构形式，拟先浇筑-9.0m齿槽位置，再浇筑上游-8.625m的齿槽位置，两个齿槽浇筑完成后，最后从-7.625m高程处浇筑至-5.625m高程(廊道位置浇筑至-7.5m和-6.5m)。
3)浇筑顺序。无论是齿槽位置还是齿槽以上底板浇筑，入仓顺序都由5#机组和4#机组分两个入料点，分别用混凝土泵车入料，向中间推进。
(4)温度监控和水循环冷却控制工艺
1)温度监控。在本工程混凝土浇筑前，需布设温度监测点，用以监控混凝土内部温度。当监控温度接近警戒值时，即需要在预埋的冷却水管内通水以降低混凝土内外温差。
温度监控的警戒值为：混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升不大于50℃。混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不大于25℃。混凝土浇筑体表面与大气温差不大于20℃。
当因通水造成混凝土浇筑体的降温速率大于2℃/d时，即需要停止通水冷却。
温度监控频率为：混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度的测试，在混凝土浇筑后，每昼夜不应少于4次。
2)水循环冷却控制工艺。由于本工程属于大体积混凝土浇筑，为防止因温度应力而产生的裂缝，除了控制混凝土原材料的温度和质量、混凝土浇筑的入模温度和混凝土浇筑的顺序和层厚之外，需要在本试验段内布置冷却水管作为预防措施。
当混凝土浇筑后，通过测温元件按照在混凝土浇筑后每昼夜4次的频率测量混凝土的表里温差和温升，当测得混凝土在入模基础上的温升达到40℃，或者混凝土里表温差达到15℃时，则需通过预埋在混凝土内的冷却水管对混凝土进行降温。具体的降温措施为：
①冷却水管的布置与安装。本工程底板厚度为2m，在检修廊道齿槽位置，底板厚度为3.5m，在主厂房上有齿槽位置，底板厚度为3m。根据本试验段结构形式，在底板中层位置(-6.625m高程处)设置冷却水管；廊道齿槽位置冷却水管高程为-7.75m。2m厚底板位置的冷却水管直接辐射在底板中层钢筋上，垂直于机组轴线方向的间距为1m，并用Φ12mm钢筋做成“”型固定钢管，并将Φ12mm钢筋点焊到钢筋上；在廊道位置，用Φ12mm钢筋做成“”型弯勾勾住冷却水管，并将Φ12mm钢筋点焊到钢筋上。
②通水降温冷却。冷却水管采用DN32钢管，管桩转弯处采用90°的DN32弯头转弯，在冷却水管进出水位置各设置一个控制阀门用于控制进水与放水。
(5)保温保湿养护
在每次混凝土浇筑完毕后，应按温控技术措施的要求进行保温养护，并符合下列规定：
1)专人负责保温养护工作，按规范操作，采用先洒水，再铺设土工布和塑料薄膜并压木枋。
2)在混凝土浇筑完成，表面收好面后，立即进行喷雾保湿处理，覆盖塑料薄膜和土工布进行养护，保湿养护的持续时间不得少于14d，并应检查塑料薄膜和土工布的完整情况，保持混凝土表面湿润。
3)保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可全部拆除。
4 裂缝控制效果和结论
在采取一系列裂缝控制措施后，所有部位在较长时间内并未出现有害裂缝。通过对大体积混凝土施工裂缝的分析可知，裂缝控制的重点在于事前控制，这需要施工人员根据不同的建筑物进行合理的结构设计，正确选取原材料，并严格安装施工技术方案和设计进行施工，并加强施工过程中的温度控制及保温保湿养护，这样才能避免和减少裂缝的出现。
参考文献
[1] 陆吉华.浅谈泵站施工中混凝土温度裂缝控制措施[J].中国科技博览,2012年第20期
[2] 张昌达.泵站底板大体积混凝土裂缝控制[J].城市建设理论研究,2012年第12期