三水河刚构桥大体积混凝土承台施工方法探讨
2017-02-27
1 前言
1.1 项目概况
咸阳至旬邑高速公路三水河特大桥桥梁全长1688m，跨径组合为（5×40＋5×40）m＋（98＋5×185＋98）＋（4×40）m。其中主桥上部结构采用预应力砼变截面连续刚构，下部采用双肢薄壁空心墩，最大墩身高度达到180 m，主桥主墩承台体积较大，承台截面尺寸为36.50m×30.00m，厚度6.00m。这样的承台大体积混凝土结构，必须严格按照大体积混凝土施工方法进行承台施工，以确保承台工程施工质量。
1.2 大体积混凝土裂缝原因分析
大体积混凝土墩台裂缝产生的原因是多种因素引起的，其主要影响因素如下：
1.2.1 收缩裂缝。收缩裂缝是由混凝土的收缩引起的，收缩的主要影响因素是水泥用量和用水量，混凝土中的水泥用量和用水量越高，混凝土的收缩就越大。不同的水泥品种其收缩量也不同。混凝土的逐渐散热和硬化引起的收缩，会产生很大的收缩应力，若收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，便会在混凝土中产生收缩裂缝。
1.2.2 温差裂缝。温差裂缝是由混凝土的内部和外部的温差过大引起的。大体积混凝土水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面往往温差过大，极易发生此类裂缝。因为大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，由于混凝土体积大，聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散发，内部温度将明显升高，而混凝土表面则散热快，形成了较大的温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。若温差产生的表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土的表面产生裂缝。
1.2.3 安定性裂缝。安定性裂缝是由水泥的安定性不合格引起的，主要表现为龟裂。
2 大体积混凝土承台施工方法
针对上述大体积混凝土裂缝产生原因，在承台施工中就要制定相应措施，防止裂缝的发生。现简述如下：
2.1 承台基坑开挖及支护
2.1.1 承台基坑开挖采用人工配合挖掘机开挖基坑，边坡1：0.33。第一次开挖先预留30cm厚度，基底剩余30cm由人工挖除。基坑开挖时根据具体情况保持或调整坑壁边坡，必要时采用支护措施，保证施工工程中坑壁的稳定。
2.1.2 基坑支护
因承台边缘距离陡坎较近，承台施工开挖基坑前，采用挂铁丝网喷射混凝土防护的施工方案，确保边坡不出现滑塌。
2.2 基坑排水
基坑断面外周边设置截水沟、开挖排水沟、集水井，汇集地下水和雨水，以防止雨水浸泡基坑，并用抽水机抽排基坑内积水。
2.3 桩头处理、检测
钻孔桩桩头采用机械凿除，预留设计要求的嵌入承台部分长度。桩头凿除后，对基坑底面进行平整。先复核桩位，再对钻孔桩进行无损检测。检测合格后，铺筑20cm厚的碎石垫层，夯实后测量放线、立模、扎筋，立即进行基础混凝土施工，避免基底暴露过久或受地表水浸泡而影响地基承载力。
2.4 模板安装
承台模板采用大块特制钢模，纵横带采用型钢，辅以拉杆和支撑内外加固，内撑外顶。模板间夹贴海绵条，确保不漏浆。承台按设计安装模板，分2次进行承台施工。
2.5 钢筋加工、绑扎
钢筋在加工场加工，汽车运送到施工现场由人工绑扎成型，同一断面的焊接接头错开距离及焊缝长度必须满足施工规范要求。对于大体积承台基础（承台厚度在2m以上），在浇筑混凝土前，内部设置散热钢管。
承台内设置3层冷却水管，层距1.5m，间距1.0m，采用循环水降低混凝土内部水化热。
2.6 混凝土浇注
2.6.1 承台分两次浇筑混凝土，第一次浇筑3.0m厚，第二次浇筑3.0m厚。当承台钢筋绑扎完成，冷却水管安装完毕，即进行混凝土施工。由拌和站集中拌制混凝土，混凝土搅拌运输车进行水平运输，通过混凝土输送泵输送至工作面。
2.6.2 混凝土分层浇筑、振捣棒充分振捣，以混凝土停止下沉、不冒气泡、表面泛浆为准。分区布料、分层振捣，责任到人。
2.6.3 混凝土浇筑期间，由专人检查预埋钢筋和其它预埋件的稳固情况，对松动、变形、移位等情况，及时将其复位并固定好。混凝土浇筑完毕后，在顶部混凝土初凝前，对其进行二次振捣，并压实抹平。
2.7 养生
承台混凝土浇注完成，覆盖草袋、麻袋片，洒水养生。养护时间按设计或规范要求。
3 承台大体积混凝土的温控措施
承台属重要的大体积混凝土结构，为满足设计要求，防止出现温度裂缝，须对承台大体积混凝土进行温控计算。主要计算大体积混凝土内部仿真温度场及应力场，根据计算结果制定防止承台出现有害温度裂缝的温控标准，及采取的相应温控措施。
基本温控措施如下：
3.1 优化混凝土配合比，降低混凝土在凝结过程中产生的水化热；改善骨料级配，掺加粉煤灰和外加剂，在保证混凝土强度的前提下，尽可能降低水泥用量。
3.2 控制混凝土浇筑温度，防止水泥、砂、石在太阳中暴晒；混凝土泵管用草袋遮盖并洒水降温，尽量缩短已浇混凝土的暴露时间。
3.3 在混凝土内预埋冷却水管，利用水的循环降低混凝土内部升温峰值，每层冷却水管均在混凝土浇筑至其标高后即开始通水，通水流量为25L/min，根据现场测温结果确定通水时间。通水期间，定时记录冷却水管进、出水口温度。
3.4 控制承台分层之间的浇筑间歇时间。
3.5 加强混凝土的养护和保温。
4 承台施工质量保证措施
4.1 承台基坑开挖基坑前，采用挂铁丝网喷射混凝土防护的施工方案，确保边坡不出现滑塌。
4.2 优化混凝土配合比，采用水化热较低的水泥，降低混凝土在凝结过程中产生的水化热；利用“双掺”技术掺加粉煤灰和外加剂；在保证混凝土强度的前提下，尽可能降低水泥用量。
4.3 控制混凝土的入仓温度，如搭建遮阳棚、洒水等降低集料温度及夜间施工等。
4.4 预埋冷却水管：在混凝土内预埋冷却水管，利用水循环降低混凝土的升温峰值。每层冷却水管均在混凝土浇筑至水管标高后开始通水，通水流量应达到25L/min，确保水流降温效果。
4.5 加强混凝土的表面覆盖蓄热养生，以提高混凝土的表面温度，从而达到减小内外温差的效果，实践证明该方法不仅成本低而且效果最明显。
