桥梁工程大体积混凝土施工质量控制研究

摘要：在混凝土桥梁结构施工过程中，会涉及大体积混凝土的建筑。为了保证施工质量中采用一次性浇筑，这样会出现由于水泥水化放热集中，内部加热较快，施工不当等原因导致的各类裂缝，将会影响到桥梁结构的安全和正常使用，因此在混凝土桥梁结构施工中，对大体积混凝土施工质量要求较高。总结桥梁工程中大体积混凝土施工中涉及的材料配合比、混凝土搅拌、运输、浇筑方式、后期养护等施工技术要点，同时对于桥梁工程中大体积混凝土裂缝的原因提出了一系列相应控制措施。

关键词：桥梁工程；大体积混凝土；施工技术；裂缝控制

桥梁工程中的施工主要包括桩基础、承台、桥墩、梁体以及桥面的施工等内容。其中，承台作为桥梁结构的关键部位，其具有体积大、结构厚以及钢筋用量大等特点，因此桥梁工程中对大体积混凝土结构的整体强度、刚度和稳定性的要求更为严格。混凝土施工质量的控制是混凝土桥梁结构中工程质量控制的关键，其主要判断依据是桥梁美观度及施工裂缝大小。大体积混凝土结构中，往往存在较多混凝土裂缝，影响桥梁结构的美观度，降低了桥梁结构的安全性。因此，施工单位必须采取适当的控制措施及施工方法控制裂缝的出现，提高桥梁工程中大体积混凝土的施工质量，以此保证工程建设质量。

1 大体积混凝土结构裂缝产生原因

1.1 温度原因

大体积混凝土在浇筑过程中散发大量水化热，相较于外部而言，内部的热量散失速度较慢，这样在混凝土内外部产生的温差就会致使结构的表面出现较大的拉应力。内外温差越大，表面拉应力越大，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会造成裂缝的出现。温度裂缝是混凝土最常见的裂缝形式，施工过程中应重点防治。

1.2 干缩裂缝

大体积混凝土结构养护后会出现干缩裂缝。混凝土浇筑完成后，当外部环境较为干燥时，结构内部水分会向外散失，如果散失速度较快，就会导致混凝土结构出现由外向内的干缩变形而产生裂缝。干缩裂缝一般呈现为表面性的平行线状或者网状浅细裂缝，特点是比较细小。干缩裂缝的出现，不仅影响混凝土结构外观，还会使结构承载力和耐久性能降低。

1.3 地基原因

桥梁基础发生不均匀沉降时，桥梁将出现水平方向的变形，会增加结构中的附加应力，进而产生结构裂缝。地基沉降的原因包括：（1）相关勘测单位没有对施工区域进行准确的勘探，在地质条件不明条件下进行桥梁基础施工作业，就会出现不可避免的地基不均匀沉降的情况；（2）桥梁基础布置在不同的地基地质中，很难实现不同地基的均匀沉降，如果不尽量加以控制，在后续施工过程中，就会造成地基下沉不均匀；（3）在地质条件复杂区域进行施工，各部分的基础荷载会存在较大差别，很可能会造成地基的不均匀沉降。

2.4 钢筋腐蚀导致的裂缝

当混凝土保护层达不到设计要求或没有制定合理的拌合物配合比时，会使混凝土中存在的钢筋得不到有效的保护，那么结构内部钢筋将会受到CO2等酸性气体的侵蚀，钢筋会在CO2与浸入的水分、氧气及其他离子产生的化学反应下出现锈蚀。钢筋由于锈蚀会出现体积变大的情况，进而对周围包裹钢筋的混凝土施加膨胀应力。当施加的膨胀应力大于混凝土的抗拉强度时，就会造成混凝土保护层开裂，甚至会出现整体剥离的现象。

2.5 荷载裂缝

较大荷载力的作用，会使桥梁结构出现不同程度的裂缝。若是大体积混凝土在结构设计上不具科学性，或者计算模型不能够满足施工工艺的要求，对于混凝土实际受力情况与理论计算结果不符合，就会导致出现裂缝。此外，配筋数量方面存在错误，均会影响结构的安全系数，也可能会出现裂缝。

2.6 收缩裂缝

在完全凝固之前，大体积混凝土表面的水分散发相对较快，进而可能会出现表面收缩现象，致使混凝土泌水现象显著减小，混凝土结构处于塑性状态。如果不将结构表面由于蒸发而散失的水分进行迅速补充，附加以拉应力的作用，就会在表面产生不均匀分布的裂缝。如果水灰比相对较低且水泥的活性较大，由此产生的水化热将进一步加快混凝土结构的开裂。裂缝产生后，应迅速采取相应措施予以修复和处理，否则在水分蒸发等因素的影响下，裂缝将越来越明显，对桥梁结构重中大体积混凝土的施工效果产生消极影响。

2 大体积混凝土施工技术

2.1 材料选择

2.1.1 粗细骨料

首先粗骨料的选用，应选择孔隙率低且级配良好的大粒径骨料，这样的骨料可水泥使用量得到一定的减小，从而水泥水化热也会相应的减小。水化热的减小，就会使结构内外温差减小，温度导致的裂缝出现的可能性就会大大降低。其次细骨料应选择级配良好的中砂或中粗砂，原因同粗骨料的选用，即中砂和中粗砂能降低混凝土拌合物的总表面积，继而水泥与水的用量也会相应的减少，同样就起到了降低水化热影响的作用。

1.1.2 外加剂

减水剂的使用是为了提升混凝土和易性，改善混凝土流动性，降低水胶比并且混凝土强度会有所提高。缓凝剂的使用可以延长混凝土的凝结时间，这样混凝土的塑性会保持相对较长的时间，为混凝土的浇筑提供了一定的便利，同时还会延缓水泥水化放热，起到减小混凝土裂缝的出现。引气剂可在混凝土结构内形成稳定、细小的气泡，可提升混凝土的抗冻耐久性，同时混凝土的和易性也得到提高，进而使得混凝土结构的抗裂性能得到改善。

1.1.3 水泥品种

考虑防止裂缝出现，降低水化热是最佳的方法。因为水化热是混凝土结构产生温度裂缝的主要原因，所以矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥等应作为首选。因为该类型的水泥的水化热相对于其他水泥较低，同时凝结所需要的时间也相对较长。

1.2 混凝土搅拌

桥梁工程混凝土搅拌时，首先要确保各种材料的配合比严格按照设计说明投放，制定最为科学的投放顺序，控制搅拌混凝土的时间。其次由于材料的温度严重影响着大体积混凝土的浇筑质量，所以要对原材料需进行严格的保温防晒工作，可考虑通过对原料进行人工洒水等方式降低拌合物的温度。对大体积混凝土结构，可用冷却水或冰屑来进行搅拌，进而使得混凝土达到所要求的入模温度。

1.3 混凝土运输

搅拌工序完成后，需将新搅拌的混凝土迅速运输到施工场地内，并浇筑到符合规定的模板内。尽量缩短运输时间，采取有效措施防止流失、离析等情况的出现，当混凝土出现离析时，需进行二次搅拌，待混凝土材料满足规范要求后才能进行浇筑施工。

1.4 混凝土浇筑

在当天温度最低时候，一般是夜间，选择浇筑混凝土最为适宜。混凝土泵送入模的关键是合理控制分层浇筑与捣振操作。大体积混凝的施工，要进行分层浇筑，且30 cm为每次浇筑厚度的上限，为了避免混凝土结构的分层现象，要在下层混凝土初凝前及时浇筑上层混凝土。且为了确保振捣质量和上下层混凝土粘结良好，多采用插入式振捣器，振捣时要将振捣器插入下层混凝土8～10 cm来进行操作。图1所示，分别为斜面分层浇筑、全面分层浇筑和分块分层浇筑等三种常用的浇筑方法。

图1 大体积混凝土浇筑方法

1.5 冷却管的布设

由于大体积混凝土的浇筑需要持续相对较长的时间，所以一般情况下是在未完成浇筑前，下层先浇筑的混凝土已经开始凝固并释放大量水化热。为了使得这部分先凝固的混凝土产生的水化热得到尽快的散发，通常考虑提前在大体积混凝土浇筑前布置冷却管，即通过冷却管中低温水的循环“带走”水化热产生的热量。利用该措施，使混凝土内部的温度将明显降低，裂缝的出现得到进一步的控制。

在混凝土由于水化放热而升温的过程中，伴随着散热的发生，大体积混凝土中实际温度往往低于按照绝温条件计算得出的温度，实际条件下混凝土水化热温升值见表1。

表1 混凝土结构物水化热温升值（Tr）表

3 大体积混凝土施工质量控制措施

3.1 对现场温度进行合理控制

（1）温度检测

为了更好的调节大体积混凝土的温度，需实时检测大体积混凝土的温度，检测时应按照“底—中—表”的原则进行。当温度上升值大于25℃时，应立即采取相应措施来减小覆盖厚度，达到降低温度的目的；当温度下降值大于25℃时，应立即采取相应的升温措施，确保其具备良好的保暖效果。现场施工单位可以通过设置降温试验来更好的控制混凝土本身所具备的稳定性。降温试验主要目的是可将大体积混凝土的温度在短时间内得到降低，在结构浇筑成型后，需要对混凝土结构采取相应的保护措施，避免高温侵蚀混凝土现象的发生。

（2）混凝土的温度控制

水、粗细骨料、砂等对大体积混凝土的温度有显著影响，主要是其初始温度。因此，混凝土搅拌之前，应该严格调节各种拌合物的温度。尤其是在夏季进行施工时，外部环境的温度均较高，一定要采取相应的措施来降低建筑材料的温度。

（3）养护温度控制

为了能够避免混凝土结构产生较为严重的温度裂缝，在养护阶段，满足混凝土强度要求的前提下，一定要通过科学合理的养护措施，严格调节混凝土结构的温度。

3.2 全过程监测施工质量

桥梁工程中进行大体积混凝土的施工时，对整个施工过程中的质量控制要求非常严格，要对各个环节进行监测，出现问题要及时解决。这样不仅能更好的保证施工质量，另一方面可提高施工技术人员的职业技能，避免类似的问题在后续施工过程中再一次出现。质量控制内容主要涉及到原材料质量控制、各个施工步骤质量控制以及其他方面质量控制等。要求对原材料需要多次进行不定期检验，检测不达标的时更换，并严格监控以避免此类材料再次进入施工现场被使用。施工过程中的各个步骤均需做好监测工作，这样才能保证整个混凝土结构的施工质量。混凝土的施工质量控制贯穿于整个过程，对浇筑完成后的混凝土凝结至关重要，各项措施与现场的施工的各个环节紧密联系起来。

3.3 混凝土结构防裂措施

大体积混凝土结构施工中一项重要环节是混凝土裂缝的控制与防裂措施的选择。大多裂缝是由于内外温差和温度变形这两个原因产生的。为了避免混凝土结构表面的水分散失较快，在大体积混凝土结构施工过程中，首先混凝土的入模温度需严格控制，应用预先布置的冷却管来控制混凝土温度。当浇筑的混凝土达到冷却管标高时，迅速往冷却管中加入冷却水，混凝土结构内部热量会通过循环水的热交换得以抵消，减少由于混凝土内外温差产生的拉应力，防止裂缝出现。

其次，在模板拆除后，应迅速使用塑料薄膜等材料将混凝土结构进行包裹覆盖，同时进行洒水处理以维持结构表面的湿度，整个养护过程应该一直保持混凝土结构处于湿润状态。严禁模板拆除后立即用冷水洒在混凝土结构物上。

3.4 改善约束条件

大体积混凝土施工过程中，混凝土性能是影响混凝土抗裂性能的关键，可防止浇筑完成后，水分散失过快而出现的干缩裂缝的情况。对于受力复杂的结构区域，可考虑适当增加钢筋的用量，使温度应力对混凝土结构的影响降到最低。钢筋与混凝土的线胀系数相差不大，温度发生变化时两种不同材料之间应力差别也较小。施工部门需改善以下约束条件：（1）综合考虑，合理配置混凝土的水灰比，降低混凝土用量；（2）为提升混凝土的防裂性能，可在混凝土中添加少量的防裂剂；（3）防裂剂的用量根据设计说明使用，如果使用过多会使混凝土长时间无法凝固。

3.5 混凝土养护

大体积混凝土养护工作的依据是《混凝土结构工程施工质量验收》（GB50204-2015）规范。养护作业过程中，为了将大体积混凝土结构的内外温差控制在合理范围内，在混凝土结构浇筑完成后12h内需要迅速覆盖保温层，覆盖保温层之前需要首先覆盖一层塑料薄膜，目的就是为了确保大体积混凝土结构内部与外表面温差小于25℃。养护过程中应该着重检测结构内外温差产生的拉压应力、温度应力等。为了掌握混凝土温度的变化情况并提出相应的养护控制措施，要每隔一段时间应记录混凝土内部、表面和环境温度。对于矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土结构养护，在潮湿环境中不得少于7d；而对于添加外加剂或者有抗渗要求的混凝土，养护时间不得少于14d。

3.6 沉陷裂缝的防治对策

加强桥梁基坑部位、填土地基处理工作，如果地质条件复杂，应采用冲击夯实等措施进行加固处理，保证基坑、地基稳固可靠。基坑中需要布设完备的排水装备，能够将雨水迅速的排除，不能出现积水现象，严格禁止混凝土拌合物和桥梁地基长时间雨水浸泡。

4 结束语

混凝土桥梁结构施工中，大体积混凝土的施工技术和质量控制是两个非常重要的内容，对整个工程的质量和建设有着至关重要的影响。除了用料的合理选用以外，工程建设者要将工作重心放到大体积混凝土的施工技术的优化上。在明确混凝土裂缝产生机理的基础上，采取合理有效的控制措施防止大体积混凝土裂缝的产生，进而更好地控制工程项目的施工质量。大体积混凝土结构高质量施工的顺利进行，确保了桥梁工程建设质量和效益。

参考文献：

[1]张杰. 桥梁工程项目大体积混凝土施工及质量控制[J]. 浙江水利水电学院学报,2022,34(05):57-62.

[2]崔保军,李爱民. 桥梁工程大体积混凝土施工技术及温控措施[J]. 工程技术研究,2022,7(07):112-114.

[3]霍浩. 桥梁工程大体积混凝土施工工艺探析[J]. 交通世界,2021,17:108-109.

[4]张天敬. 预拌混凝土质量问题及大体积混凝土施工控制方法研究[J]. 工程与建设,2022,36(1):190-191,194.

[5]韩君. 大体积混凝土施工质量管控[J]. 建筑施工,2021,43(9):1807-1809.