地下工程大体积混凝土结构的温差控制的设计与施工 轨道交通工程的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝2种，在不同程度上都属有害裂缝。 大体积混凝土设计除考虑满足结构本身承载力要求外，更重要的是控制浇筑混凝土当中产生的水化热和内外温差过大必须采取的技术措施。为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际采取措施。1 相关案例 地下轨道交通工程在线路设计中，由于车站两端设置的折返线或渡线原因，无法在上、下行线路之间设置中隔墙，造成隧道的结构断面跨度较大，同时，由于顶板覆土厚度的影响，结构的顶、底板和外墙的厚度大幅度增加（见图1）。该断面的净跨度为9.60m，顶板覆土达7.0～8.0m，确定后的顶板、外墙和底板的厚度分别为1.20m和1.50m，每一段箱体的浇注长度常规为20.0m，由于断面各部位的尺寸较大，每一段箱体的浇注长度改为15.0m。另外，该断面的混凝土浇注时间正好在当年的7、8月，地面气温达为37～38°，是一年最热的时间。因此，如何保证结构不过多产生裂缝，控制温差是首要的关键。
2 设计要求 如何控制大体积混凝土结构在施工中由于浇注混凝土过程中水化热和内外温差过大造成一系列质量问题，除必须采取有效的技术措施外，还要从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面是关键。因此，设定下面要求：2.1 材料的选用要求 ⑴大体积混凝土应选用低水化热或中水化热的水泥品种、较大级配良好的石子和中粗砂或粗砂来配制 混凝土，水泥品种如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。中粗砂或粗砂的细度模数一般在2.3～3.0左右。在混凝土的配制过程中。掺一定量粉煤灰外加剂可代替部分水泥，且能改善混凝土粘塑性。 ⑵大体积混凝土应选用中粗砂或粗砂，细度摸数一般在2.3～3.0。石子粒径一般要求采用连续级配的粗骨料或选用粒径较大级配良好的石子。2.2 钢筋的直径和间距 为了使大体积混凝土在浇注过程中增强抵抗温度应力的能力，可考虑将分布筋同时设定为温度筋。原来分布筋为ф20钢筋，双向配筋，间距200mm，为满足温度筋宜分布细密的要求，可改为用ф16钢筋，双向配筋，间距150mm。2.3 其他设计要求 ⑴混凝土来源一般来自混凝土泵站，在混凝土车到达现场泵送到模块时的入仓温度应控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季气温较高时，须考虑当地的实际情况，利用在混凝土搅拌过程中加冰的方法降低入仓温度。 ⑵在混凝土浇注时，混凝土表面与气温的温差应≤25°。 ⑶混凝土在浇注过程中的内外温差应≤25°。 ⑷当混凝土的内外温差难以控制在25°以下时，可考虑在结构（板、墙）中间设置间距为1.0m冷却水管，利用冷却水循环进行降温。 ⑸当气温与混凝土表面的温差＞25°时，现场应采取相应以下措施： ①适当浇水后加盖湿麻袋或保温塑料薄膜，塑料薄膜覆盖必须贴紧结构表面，薄膜内须保留一定水分； ②顶板蓄水降温。 ⑹合理设置水平和垂直施工缝，以放松约束程度，减少每次浇注时的蓄热量，防止混凝土水化热的积聚，达到减少温度应力的目的。同时，对大体积混凝土结构基础与混凝土垫层之间设置滑动层，消除嵌固作用，也可起到释放约束应力的作用。3 施工中的注意事项 为了落实设计的要求，施工和现场监理对应做好下面工作： ⑴制定详细完善的混凝土浇捣方案，大体积混凝土测温及混凝土养护等方面的施工组织设计及专项技术措施。 ⑵慎重选择可靠的大体积混凝土的材料供应方，应预定选择二家单位联合供应的方案。同时，要求其所供应的商品混凝土组成的所有材料，如石子、中砂、水泥、减水剂和粉煤灰等，品牌和质量要求技术参数必须完全一致。 ⑶施工前，现场监理应针对大体积混凝土降低水化热等技术措施，组织建设方、设计方、施工方等有关方面进行专题讨论。 ⑷根据混凝土的配合比要求检查搅拌站提供的混凝土质量，并定时、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的浇捣，应从一个方向斜坡式分层浇捣，混凝土振捣由上下、前后同时进行，严禁出现振捣不实或漏振情况。 ⑹根据温度变化及时落实已浇捣至设计标高部分混凝土表面保温工作，保温塑料薄膜覆盖前必须完成二次泌水处理，减少混凝土表面裂缝，并浇水湿润。薄膜覆盖必须落实，薄膜内保留一定水分，其它保温材料根据温度变化分层覆盖。 ⑺混凝土浇捣应连续浇捣，不留施工缝。 ⑻混凝土应自浇捣时起1～7d，每1h测定一次；第8～14d，每4h测定一次。控制混凝土的温差，当温差超过25℃时应督促施工方进一步落实加强保温措施。 ⑼做好混凝土养护工作，大体积混凝土养护一般不少于7d，并根据结构中心的混凝土温度变化及同条件养护的混凝土试块强度确定养护周期。 ⑽建立监测制度，对大体积混凝土在施工过程中的气温变化、结构的内外温差以及冷却水管进出水温度等进行定时监测，做到及时发现问题及时处理。 根据一般规律，大体积混凝土浇捣结束后，在基础的中心部位将形成一高温区，升温时间为60～70h，高温持续时间较长，均在30～40h。混凝土的入模温度较高，会加快水泥水化的进行，故早期水化热积聚上升，将造成混凝土的升温速度加快。当混凝土保温层揭除后，混凝土表面温度会明显受昼夜大气温度的影响，温度下降。一般循环冷却水带走的中心部位混凝土的热量较四周表面和底部要多，因此，中心部位混凝土因冷却水所产生的降温数值大，混凝土四周表面和底部所产生的降温数值小。在实际施工中可根据详细测温情况，进行分段计算。4 结语 根据设计要求和严格的施工措施，广州市新国际机场轻轨试验段在2003年初完工验收时，由于温差造成大断面结构的表面裂缝几乎没有，说明针对当时情况制定的方案和措施可靠可行，为今后同类型项目建设积累经验。【参考文献】[1]GB50204-2002.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂质量标准及检验方法[S].[3]王铁梦。建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科技出版社,1997.[4]朱泊芳。大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1999.
2 设计要求 如何控制大体积混凝土结构在施工中由于浇注混凝土过程中水化热和内外温差过大造成一系列质量问题，除必须采取有效的技术措施外，还要从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面是关键。因此，设定下面要求：2.1 材料的选用要求 ⑴大体积混凝土应选用低水化热或中水化热的水泥品种、较大级配良好的石子和中粗砂或粗砂来配制 混凝土，水泥品种如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。中粗砂或粗砂的细度模数一般在2.3～3.0左右。在混凝土的配制过程中。掺一定量粉煤灰外加剂可代替部分水泥，且能改善混凝土粘塑性。 ⑵大体积混凝土应选用中粗砂或粗砂，细度摸数一般在2.3～3.0。石子粒径一般要求采用连续级配的粗骨料或选用粒径较大级配良好的石子。2.2 钢筋的直径和间距 为了使大体积混凝土在浇注过程中增强抵抗温度应力的能力，可考虑将分布筋同时设定为温度筋。原来分布筋为ф20钢筋，双向配筋，间距200mm，为满足温度筋宜分布细密的要求，可改为用ф16钢筋，双向配筋，间距150mm。2.3 其他设计要求 ⑴混凝土来源一般来自混凝土泵站，在混凝土车到达现场泵送到模块时的入仓温度应控制在：冬季≤25°；夏季≤27°。夏季气温较高时，须考虑当地的实际情况，利用在混凝土搅拌过程中加冰的方法降低入仓温度。 ⑵在混凝土浇注时，混凝土表面与气温的温差应≤25°。 ⑶混凝土在浇注过程中的内外温差应≤25°。 ⑷当混凝土的内外温差难以控制在25°以下时，可考虑在结构（板、墙）中间设置间距为1.0m冷却水管，利用冷却水循环进行降温。 ⑸当气温与混凝土表面的温差＞25°时，现场应采取相应以下措施： ①适当浇水后加盖湿麻袋或保温塑料薄膜，塑料薄膜覆盖必须贴紧结构表面，薄膜内须保留一定水分； ②顶板蓄水降温。 ⑹合理设置水平和垂直施工缝，以放松约束程度，减少每次浇注时的蓄热量，防止混凝土水化热的积聚，达到减少温度应力的目的。同时，对大体积混凝土结构基础与混凝土垫层之间设置滑动层，消除嵌固作用，也可起到释放约束应力的作用。3 施工中的注意事项 为了落实设计的要求，施工和现场监理对应做好下面工作： ⑴制定详细完善的混凝土浇捣方案，大体积混凝土测温及混凝土养护等方面的施工组织设计及专项技术措施。 ⑵慎重选择可靠的大体积混凝土的材料供应方，应预定选择二家单位联合供应的方案。同时，要求其所供应的商品混凝土组成的所有材料，如石子、中砂、水泥、减水剂和粉煤灰等，品牌和质量要求技术参数必须完全一致。 ⑶施工前，现场监理应针对大体积混凝土降低水化热等技术措施，组织建设方、设计方、施工方等有关方面进行专题讨论。 ⑷根据混凝土的配合比要求检查搅拌站提供的混凝土质量，并定时、定量抽查混凝土的塌落度。 ⑸混凝土的浇捣，应从一个方向斜坡式分层浇捣，混凝土振捣由上下、前后同时进行，严禁出现振捣不实或漏振情况。 ⑹根据温度变化及时落实已浇捣至设计标高部分混凝土表面保温工作，保温塑料薄膜覆盖前必须完成二次泌水处理，减少混凝土表面裂缝，并浇水湿润。薄膜覆盖必须落实，薄膜内保留一定水分，其它保温材料根据温度变化分层覆盖。 ⑺混凝土浇捣应连续浇捣，不留施工缝。 ⑻混凝土应自浇捣时起1～7d，每1h测定一次；第8～14d，每4h测定一次。控制混凝土的温差，当温差超过25℃时应督促施工方进一步落实加强保温措施。 ⑼做好混凝土养护工作，大体积混凝土养护一般不少于7d，并根据结构中心的混凝土温度变化及同条件养护的混凝土试块强度确定养护周期。 ⑽建立监测制度，对大体积混凝土在施工过程中的气温变化、结构的内外温差以及冷却水管进出水温度等进行定时监测，做到及时发现问题及时处理。 根据一般规律，大体积混凝土浇捣结束后，在基础的中心部位将形成一高温区，升温时间为60～70h，高温持续时间较长，均在30～40h。混凝土的入模温度较高，会加快水泥水化的进行，故早期水化热积聚上升，将造成混凝土的升温速度加快。当混凝土保温层揭除后，混凝土表面温度会明显受昼夜大气温度的影响，温度下降。一般循环冷却水带走的中心部位混凝土的热量较四周表面和底部要多，因此，中心部位混凝土因冷却水所产生的降温数值大，混凝土四周表面和底部所产生的降温数值小。在实际施工中可根据详细测温情况，进行分段计算。4 结语 根据设计要求和严格的施工措施，广州市新国际机场轻轨试验段在2003年初完工验收时，由于温差造成大断面结构的表面裂缝几乎没有，说明针对当时情况制定的方案和措施可靠可行，为今后同类型项目建设积累经验。【参考文献】[1]GB50204-2002.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].[2]JGJ52-92.普通混凝土用砂质量标准及检验方法[S].[3]王铁梦。建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科技出版社,1997.[4]朱泊芳。大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1999. 
