地震模擬三臺(tái)陣振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)
控溫抗裂施工技術(shù)
 
（  361000）
[摘  要]振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)屬于動(dòng)力基礎(chǔ)，對(duì)施工質(zhì)量要求異常嚴(yán)格。避免振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫，應(yīng)有針對(duì)性的控溫抗裂措施。
[關(guān)鍵詞]地震模擬振動(dòng)臺(tái)；大體積混凝土基礎(chǔ)；控溫抗裂
Temperature and Crack Control Construction Technology for Mass Concrete Foundation of Three Shaking Table
Chen Qi
(Fujian Jiulong Construction Group Co.,Ltd.,Xiamen,Fujian  361000)
Abstract: Mass concrete foundation of shaking table belongs to the power foundation, exceptionally is strict to the construction quality requirement. To avoid the mass concrete foundation cracks of shaking table, crack and temperature control should be targeted measures.
Key words：shaking table  mass concrete foundation  temperature and crack control

福建省海峽兩岸抗震減災(zāi)工程研究中心，位于福州大學(xué)新校區(qū)內(nèi)，總建筑面積5 670 m2。其中的地震模擬三臺(tái)陣系統(tǒng)包括三個(gè)振動(dòng)臺(tái)，中間一臺(tái)為固定的4m×4m水平雙向振動(dòng)臺(tái)，兩邊為2.5m×2.5m可移動(dòng)水平雙向振動(dòng)臺(tái)各一臺(tái)。主要用于各類建筑結(jié)構(gòu)、道路橋梁和城市管線的整體抗震性能研究。通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的地震模擬試驗(yàn)，模擬出各種形式的地震波，以真實(shí)再現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞機(jī)理，為原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究和抗震措施驗(yàn)證提供試驗(yàn)手段。
通過(guò)振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)的動(dòng)力反應(yīng)分析，綜合三臺(tái)陣系統(tǒng)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成30m×10m，基礎(chǔ)埋深5.5m。混凝土澆筑總量1 500m3，振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)質(zhì)量為三臺(tái)陣系統(tǒng)設(shè)備及允許最大試件質(zhì)量的60倍。該質(zhì)量比能夠減少基礎(chǔ)的振幅，保證振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)運(yùn)行的可靠性。振動(dòng)臺(tái)的6個(gè)加振器傳遞激振力時(shí)，在X向的最大推力為1 155kN，在Y向的最大推力為1 080kN，使振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)承受很大的動(dòng)力荷載。如果基礎(chǔ)大體積混凝土出現(xiàn)裂縫，特別是在加振器錨固部位出現(xiàn)裂縫，可能造成聯(lián)結(jié)不牢，破壞振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)的整體性，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，必須采取針對(duì)性地控溫抗裂措施，避免基礎(chǔ)大體積混凝土的有害裂縫。
 
圖1  振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)示意圖
1  大體積混凝土裂縫成因分析
大體積混凝土早期強(qiáng)度低，對(duì)水化熱溫升引起的變形約束小，溫度應(yīng)力自然也小。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量和強(qiáng)度相應(yīng)提高，產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，對(duì)混凝土降溫收縮變形的約束也隨之增強(qiáng)。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。澆筑溫度也和環(huán)境密切相關(guān)，溫差愈大，混凝土的溫度梯度和溫度應(yīng)力愈大。
2  振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)大體積混凝土抗裂措施
通過(guò)精選材料、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、增加抗裂筋等具體措施，來(lái)削減混凝土內(nèi)部溫升峰值，控制混凝土內(nèi)外溫差及收縮階段的降溫速度，最大限度消除混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中現(xiàn)象。
2.1 材料選擇與配合比設(shè)計(jì)
混凝土原材料的選擇和配合比的確定，對(duì)大體積混凝土控溫抗裂至關(guān)重要。在保證振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度的前提下，水泥用量?jī)H為312kg/m3。適量粉煤灰取代部分水泥，以改善混凝土的和易性，降低混凝土的水化熱溫升。水泥：選中低水化熱的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥中鋁酸三鈣的發(fā)熱量速度最快，其含量應(yīng)適當(dāng)控制。砂：采用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的中、粗砂。石子：采用5～31.5mm粒徑的自然連續(xù)級(jí)配碎石，能使混凝土的收縮和泌水減少，并具有較好的和易性和較高的抗壓強(qiáng)度。外摻劑：摻8%的UEA微膨脹劑替換水泥，使混凝土產(chǎn)生微量前期膨脹�；炷�土的壓應(yīng)力、鋼筋的拉應(yīng)力和微膨脹劑化學(xué)反應(yīng)的共同作用，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生類似預(yù)應(yīng)力混凝土效果的預(yù)壓應(yīng)力，部分抵消混凝土硬化過(guò)程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。
考慮強(qiáng)度、耐久性及動(dòng)力基礎(chǔ)的特性，經(jīng)過(guò)配合比強(qiáng)度試驗(yàn)，確定水灰比為0.53，砂率0.41，初始坍落度為120±20，初凝時(shí)間不小于6小時(shí)�；�礎(chǔ)配合質(zhì)量比如表1所示。
表1  混凝土配合比
材料用量（kg/m3） 水 水泥 砂 石 粉煤灰 泵送緩凝減水劑等 微膨脹劑
 190 312 749 1077 47 5.4 25
2.2 施工工藝措施 
在振動(dòng)臺(tái)截面變化大、各轉(zhuǎn)角處、表層混凝土及周邊應(yīng)力集中的薄弱部位，按設(shè)計(jì)要求增加抗裂筋。沿側(cè)邊滿布直徑8mm、間距100mm×100mm的鋼筋網(wǎng)片，來(lái)提高抗拉強(qiáng)度和控制裂縫。
振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)分四次澆筑，最厚為1.76m。采用斜面分層連續(xù)澆筑，厚度不超過(guò)400mm，在下層混凝土初凝前應(yīng)被上層混凝土所覆蓋。振搗時(shí)應(yīng)從下端開始，逐漸上移，插點(diǎn)均勻、連續(xù)；振搗棒快插慢拔，振搗時(shí)間應(yīng)控制在15S左右。適時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗，增加混凝土的密實(shí)度，消除塑性裂縫，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。表面增加碾壓、平整和收光次數(shù)，以消除混凝土表面的干縮裂縫。
3  振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)大體積混凝土的溫度監(jiān)控
對(duì)振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)大體積混凝土內(nèi)部的溫度變化、環(huán)境溫度、混凝土入模溫度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。以所監(jiān)測(cè)溫度為依據(jù)，選擇適宜的控溫抗裂措施，來(lái)減緩溫度升降和混凝土收縮速率，使累積總拉應(yīng)力小于同齡期的混凝土抗拉強(qiáng)度。
3.1 出機(jī)溫度
在商品混凝土供應(yīng)站協(xié)助下，通過(guò)控制材料溫度來(lái)降低出機(jī)溫度：出廠水泥冷卻7天以上；采取遮陽(yáng)等具體措施來(lái)降低砂、石溫度；攪拌時(shí)可加入冰屑來(lái)控制水溫。
3.2 入模溫度
施工前后施工現(xiàn)場(chǎng)的平均氣溫預(yù)計(jì)為19.6℃，且在室內(nèi)施工，晝夜溫差變化更小，最高澆筑溫度控制在21.5℃以下。
3.3澆筑后的溫度監(jiān)測(cè)
（1）溫度監(jiān)測(cè)
在混凝土內(nèi)部埋設(shè)8組測(cè)溫點(diǎn)，每組布置上、中、下3個(gè)溫度傳感器。通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理，利用微機(jī)監(jiān)控混凝土內(nèi)部溫度變化情況。系統(tǒng)巡檢周期設(shè)為30S，使終端的顯示溫度與混凝土內(nèi)部溫度同步變化。
（2）通水冷卻降溫 
振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)混凝土澆筑前，布置2道環(huán)形薄壁鋼管，管徑為40mm，水平間距900 mm，使用前應(yīng)整體固定，并壓力試水以防接頭漏水�；炷�土澆筑到水管高度后開始通水，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置循環(huán)調(diào)溫水箱，通過(guò)閥門來(lái)調(diào)節(jié)冷熱水的比例，控制進(jìn)出水溫及流量。實(shí)際通水流量控制在30L/min，冷卻管進(jìn)出水溫差控制在7 oC左右。澆筑后第12天，停止通水并灌漿封堵。
 
圖2  冷卻管與1.76m層測(cè)溫點(diǎn)示意圖
（3）溫度升降曲線分析
分析圖3溫度曲線可知，混凝土澆筑后第三天，內(nèi)部溫度達(dá)到最高50.1 oC，內(nèi)部最高溫峰值比理論計(jì)算偏低約5.6 oC，可見冷卻管起到削減內(nèi)部溫峰值作用。之后溫度緩慢下降，說(shuō)明水化熱已大部分完成。第4天后溫度開始降低，降溫幅度小，降溫過(guò)程平穩(wěn)，各測(cè)溫點(diǎn)最大溫差為20.6Co。下部曲線溫度變化平緩穩(wěn)定，上部曲線溫度變化波動(dòng)較大，溫升最快，最先達(dá)到峰值，降溫也快，可見混凝土的溫度變化，受外界環(huán)境溫度變化的干擾和養(yǎng)護(hù)條件的影響。
 
圖3  溫度曲線示意圖
4  振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)
在振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)大體積混凝土表面，覆蓋保溫保濕材料。在終凝后6小時(shí)內(nèi)蓄水80-100mm，并至少保持8天。一方面能保證混凝土有適宜的溫濕條件，免受不利溫、濕變化影響，有效縮減混凝土的內(nèi)外溫差；另一方面可使水泥水化繼續(xù)進(jìn)行，以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和提高抗裂能力。
5  結(jié)語(yǔ)
振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)要滿足整體性、穩(wěn)定性和變形性要求，嚴(yán)格控制大體積混凝土的有害裂縫將是關(guān)鍵。內(nèi)降外保為主的控溫系列措施，達(dá)到了抗裂的目的。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)不良裂縫。振動(dòng)臺(tái)大體積混凝土基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，得到振動(dòng)臺(tái)設(shè)備供應(yīng)方和使用單位的認(rèn)可；振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)投入使用后，振動(dòng)臺(tái)各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行正常。
(本文發(fā)表在<<建筑工程混凝土應(yīng)用新技術(shù)>>人民交通出版社)