地铁车站大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术.pdf

收稿日期：2023-09-21作者简介：宋超（1988），男，河北省唐山市人，工程师，从事地铁施工方面的工作。0引言呼和浩特轨道交通 2 号线 09 标毫沁营地铁车站作为应用大体积混凝土的重要工程，在混凝土施工后，可能会出现裂缝，且大部分是贯穿裂缝，严重影响混凝土结构的耐久性，这对于大量应用混凝土提出了严峻挑战，且后期修复维护费用也是一笔较大支出。通过合理的温度监测和裂缝控制措施，能够及时发现和解决混凝土结构问题，并提高车站结构的稳定性和安全性。因此，在地铁车站建设中应充分重视该技术的应用，并根据实际情况采取相应的措施，确保车站结构的安全性和可靠性。1大体积混凝土的特点大体积混凝土结构常用于耐久性要求较高及承受荷载量较大的工程项目，其具有如下特点。1）承载性能良好。大体积混凝土结构的体积较大，承受荷载性能强，例如在大型桥梁、高层建筑等规模较大的工程中均可发挥出承载性能优势。施工材料采用高强度混凝土，根据结构特点采取加固措施，能够保证成型结构具有足够的承载性能。2）耐久性良好。大体积混凝土能够抵御气候变化、化学物质侵蚀等外界环境因素的影响，具有良好的耐久性，若采取科学可行的防腐蚀、抗渗等措地铁车站大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术宋超（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京101116）摘要院本文首先简述了大体积混凝土的特点袁强调其容易产生裂缝的特性袁分析大体积混凝土产生裂缝的原因袁包括温度差异和温度应力的累积袁 并结合工程实例展示了大体积混凝土结构在施工过程中出现裂缝的情况袁详细介绍了大体积混凝土结构温度监控与裂缝控制措施袁比对裂缝控制效果表明袁大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术具有明显的控制效果袁可以有效降低大体积混凝土的温度应力袁从而减少裂缝的产生遥关键词院地铁车站曰大体积混凝土曰温度监测曰裂缝曰控制技术中图分类号院U231.3文献标识码院A文章编号院圆园怨远-2118渊2024冤01-0104-04Temperature Monitoring and Crack Control Technologyof Mass Concrete in Subway StationSONG Chao（China Railway 16th Bureau Group Metro Engineering Co.，Ltd.，Beijing101116，China）Abstract：This paper first introduces the characteristics of mass concrete，emphasizes the characteristics that it iseasy to produce cracks，analyzes the causes of mass concrete cracks，including the temperature difference and theaccumulation of temperature stress，combined with engineering examples，it shows the cracks in the constructionprocess of mass concrete structures，and introduces the measures for temperature monitoring and crack control ofmass concrete structures in detail，the comparison of the crack control results shows that the temperature monitor原ing and crack control technology of mass concrete has obvious control effect，which can effectively reduce thetemperature stress of mass concrete and reduce the crack generation.Keywords：subway station；mass concrete；temperature monitoring;cracks；control technology姻施工技术与管理第 9 卷第 1 期 2024 年 2 月DOI：10.3969/j.issn.2096-2118.2024.01.025施，将进一步延长大体积混凝土的使用寿命，满足工程结构需长效耐久的要求。3）施工要求高。大体积混凝土涉及的工序较多，且需要大量质量可靠的模板和施工设备；受水化热的影响，大体积混凝土内部的热量较多，温度较高，可能引起内部和表面温差，进而因温差过大而出现裂缝，因此要求工程人员选择水化热较低的水泥，在浇筑和养护过程中加强温度监测与控制；由于大体积混凝土尺寸较大，需分为多层依次施工，因此需保证相邻两层的稳定结合，形成完整的整体结构；在大体积混凝土施工过程中存在一定安全隐患，因此需要加强现场安全控制，保证在安全的环境中进行各项施工活动。4）成本高。大体积混凝土的施工量较大，需要的材料、设备、人力资源均较多，施工成本较高，且出现质量问题后，需要安排返工，会额外增加成本。因此，在规划、设计及施工过程中，均要加强成本控制1。综上所述，大体积混凝土是高层建筑、大型桥梁等现代工程项目中的常用结构，在施工过程中需要加强对质量、安全、成本等方面的管理，按照计划进行大体积混凝土的施工，发挥出此类结构的承载性能、耐久性等优势，从而提高工程项目的整体施工质量。而大体积混凝土结构施工技术仍有较大的进步空间，基于此，本文将进一步明确技术应用流程和施工要点，以提高大体积混凝土结构施工技术的应用水平，保证施工质量。2大体积混凝土裂缝成因2.1水泥水化热引起裂缝水泥在浇筑过程中存在水化热作用，释放热量从而导致混凝土内部温度升高，大体积混凝土的水泥用量多，因此释放的热量也较多，而由于结构体积较大，内部聚积的热量难以在短时间内向外散发，表面温度下降较快，存在较大的温差，易引起裂缝。通常大体积混凝土裂缝的出现时间主要集中在浇筑后的 3 d耀5 d。2.2混凝土收缩引起裂缝混凝土具有热胀冷缩的固有特性，水泥水化反应释放的热量过高，使得大体积混凝土发生变形，基于散热条件、内外部温度不同等多因素的共同影响，容易出现大幅度的收缩变化，导致大体积混凝土出现裂缝。2.3徐变应力引起裂缝大体积混凝土浇筑后，通常只需要 20%的水分即可与水泥中的 C3S，C4AF，Ca（OH）2等发生化学反应，而其余约 80%的水分将会被蒸发，大体积混凝土从终凝开始便产生徐变应力，此部分力具有破坏性，虽然大体积混凝土自身具有抗拉应力 Fj，但其抗拉能力有限，若徐变过程中的破坏张力 Fp 超过Fj，受力异常，则容易出现裂缝2。2.4外界气温异常引起裂缝大体积混凝土对温度较为敏感，温度的升降将影响大体积混凝土的施工质量，是决定混凝土是否存在裂缝的关键因素之一。若气温骤降，使得大体积混凝土表面温度快速降低，由于内部因散热条件较差而处于高温状态，内部和外部的温差较大，产生温度应力，致使大体积混凝土开裂，且随着温差的增加，温度应力逐步加强，出现更为严重的裂缝。3大体积混凝土温度监控与裂缝控制某地铁车站工程，车站长度为 209.45 m，宽度为 19.7 m，站台宽度为 11 m，为地下两层岛式站台车站。车站一层墙高 6.56 m，二层墙高 4.0 m，侧墙厚度 70 cm，为大体积混凝土结构。施工单位采用跳仓法施工大体积混凝土，跳仓分段控制在 18 m耀20m，采取“先放后抗”的施工措施，以减少裂缝的产生。3.1温度监测点的布置在结构可能出现最大温度梯度的部位设置温度监测点，根据大体积混凝土的结构特点，通常在结构平面形状的中心处及其对应侧边、易散热的拐角处布置温度监测点。温度监测仪器采用温度传感器，在确定测温点的位置后，将传感器沿断面对称布设到位。基于仓块长 18.0 m、高 6.56 m、厚 0.7 m，将侧墙划分为多个仓块，采取跳仓施工模式，沿仓块对角线方向，依次在侧墙中间、内侧和外侧距表面 50 mm 的位置布设温度传感器，用于监测各仓块的温度。埋设后的温度传感器位置准确、稳定可靠。温度传感器的测试头需远离钢筋，以免在大体积混凝土施工过程中出现测头位置偏离、受损的情况，并将传感器的传输导线布置在不会受到施工影响的区域，并加强防护。3.2温度监测与分析从浇筑开始，每 2 h 进行一次温度监测，及时记录每次的温度监测数据。考虑到大体积混凝土浇筑后温度呈现逐步上升再下降的变化规律，需要动态调整监测频率，例如浇筑后至温升峰值点的时间段第 1 期宋超院地铁车站大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术（c）编号为 7-8-9 温度传感器数据图 1各温度传感器的测温数据变化曲线需要每 0.5 h 进行一次测温。大体积混凝土的降温速率臆2 益/d，相邻两测温点的温差臆25 益。经过定期的温度监测后，获取大体积混凝土浇筑开始至养护 14 d 期间的测温数据，绘制温度变化曲线，如图1 所示。根据图 1 可知，浇筑后的 25 h 左右出现温度峰值，为 59.7 益耀63.5 益；浇筑 72 h 内，大体积混凝土内部温度梯度变化尤为明显，此后有逐步下降的趋势；水化 14 d 后，各部位的温度将降低至 24.6 益耀28.9 益。同一部位，中间测点温度高于两侧测点温度。根据图 1（a），对于中心最高温度，侧墙左侧 1/4处为 59.7 益，侧墙右侧 1/4 处为 60 益，侧墙 1/2 处为 63.5 益。因此，大体积混凝土对称 1/4 处的内部最高温度基本一致。根据图 1（b），侧墙 1/2 处的内侧、外侧温度存在差异，分别为 60.7 益，63.1 益，相差 2.4 益，外侧温度略高。根据图 1（c），侧墙 1/4 处，内侧测点温度分别为 52.4 益，54.2 益，外侧测点温度分别为 57.5 益，58 益，之所以出现内侧温度与外侧温度的差异现象，主要是因为侧墙混凝土内侧紧贴挡土墙和土体，水泥释放的热量可以较好地进行传导和疏散，外侧受模板的遮挡而导致温度难以快速扩散，使得外侧混凝土温度略高于内侧3。3.3裂缝控制措施基于对大体积混凝土温度监测数据的分析，明确了其温度变化特征，浇筑后的 72 h 内水泥水化作用剧烈，混凝土内部温度较高，温度应力强烈，在此阶段易产生裂缝。为此，提出如下裂缝控制措施。1）保持混凝土的养护期限，采取带模养护方法，禁止提前拆除模板。按照该方法进行充分的养护后，可降低温度应力的累积量，减少裂缝的出现。同时，应在浇筑后进行保温养护，例如向大体积混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，阻止水分的蒸发，使大体积混凝土内部维持一定的湿度，抑制温度的快速升高，减小内部温度和表面温度的差值，最终达到防开裂的效果。2）在覆盖塑料薄膜后，增设一层土工布，采用多种材料增强保温效果，防止大体积混凝土的温度异常波动。3）在大体积混凝土施工期间加强温度监测，根据测温数据采取动态化的温度控制措施。例如，在大体积混凝土表面和塑料薄膜间采取滴灌养护方法，降低温度，减弱温度应力，改善大体积混凝土的成型条件，从而达到防开裂的效果4。3.4裂缝控制效果的对比分析为检验大体积混凝土的裂缝控制效果，选取未采取温控措施的仓块（对比仓块）和采取了温度监测及裂缝控制措施的仓块（试验仓块），分别进行观测，根据观测结果判断各自是否出现裂缝及裂缝的实际情况（位置、长度、宽度、间距等），具体如图 2所示。（a）编号为 1-2-3 温度传感器数据（b）编号为 4-5-6 温度传感器数据内侧中间外侧65605550454035302520050100150200250300350时间/h内侧中间外侧65605550454035302520050100150200250300350时间/h内侧中间外侧65605550454035302520050100150200250300350时间/h第 9 卷（b）对比仓块图 2不同仓块裂缝情况示意图根据图 2 可知，试验仓块有 2 处表面裂缝，长度分别为 2.10 m，1.48 m，宽度均为 0.18 mm；对比仓块存在表面裂缝，且均为通长裂缝，共 5 处。仓块中间是裂缝的高发部位，主要与大体积混凝土温缩产生的正应力作用有关。试验仓块虽然存在裂缝，但数量约为对比仓块的 1/3，裂缝数量相对较少；从裂缝长度的角度来看，对比仓块基本是长度为 6 m 的通长裂缝，试验仓块的裂缝长度分别为 2.10 m，1.48 m，裂缝长度相对更短，可见在加强温度监测和裂缝控制后，可以抑制裂缝的延伸；从裂缝间距的角度来看，对比仓块的裂缝间距小，裂缝数量多，分布密集，而试验仓块的裂缝间距宽，裂缝数量相对较少。通过多个角度的对比分析可知，试验仓块的裂缝控制效果优于对比仓块，由此证明了本工程采用的大体积混凝土温度监测技术和裂缝控制技术具有较好的应用效果，可提高大体积混凝土的施工质量。4结论1）通过对混凝土结构内部的温度监测，得出混凝土浇筑升温峰值在 59援7 益耀63援5 益，混凝土浇筑温度梯度变化较为急剧情况出现在混凝土浇筑的前 3 d 左右。2）对混凝土结构养护措施提出的带模养护直至 3 d 和表面覆膜滴灌养护的方法，能有效减少混凝土裂缝数量。3)在进行大体积混凝土温度监测及裂缝控制时，采取合适的措施对混凝土的温度变化进行控制尤为重要。通过保持适当的养护时间、覆盖塑料薄膜进行保温养护，并根据温度监测数据调节降温速率，可以有效降低温度应力，减少裂缝的产生。通过以上措施可确保大体积混凝土结构的安全性和稳定性。参考文献1陈广成.大体积抗渗混凝土温度裂缝的控制措施J.林产工业，2017，44（9）：60-62.2刘小超.高温条件下地铁车站顶板混凝土裂缝分析与控制技术研究J.市政技术，2021，39（5）：106-109，113.3习小华，谷拴成.湖底隧道施工中混凝土水化热温度变化规律研究J.铁道建筑，2011（8）：47-48.4万涛，金秀梅，梁冰.暗渠大体积混凝土施工期温度现场监测研究J.铁道建筑，2012（9）：75-77.编辑院刘岩（a）试验仓块SY-001裂缝长度：1.48 m裂缝宽度：0.18 mmSY-002裂缝长度：2.10 m裂缝宽度：0.18 mmDB-001通长裂缝DB-002通长裂缝DB-003通长裂缝DB-004通长裂缝DB-005通长裂缝第 1 期宋超院地铁车站大体积混凝土温度监测及裂缝控制技术