地震模拟三台阵振动台大体积混凝土基础
控温抗裂施工技术
（ 361000）
[摘 要]振动台大体积混凝土基础属于动力基础，对施工质量要求异常严格。避免振动台大体积混凝土基础裂缝，应有针对性的控温抗裂措施。
[关键词]地震模拟振动台；大体积混凝土基础；控温抗裂
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
福建省海峡两岸抗震减灾工程研究中心，位于福州大学新校区内，总建筑面积5 670 m2。其中的地震模拟三台阵系统包括三个振动台，中间一台为固定的4m×4m水平双向振动台，两边为2.5m×2.5m可移动水平双向振动台各一台。主要用于各类建筑结构、道路桥梁和城市管线的整体抗震性能研究。通过对研究对象的地震模拟试验，模拟出各种形式的地震波，以真实再现各类结构在地震作用下的破坏机理，为原型结构的动力特性研究和抗震措施验证提供试验手段。
通过振动台基础的动力反应分析，综合三台阵系统设备的各项参数，振动台基础设计成30m×10m，基础埋深5.5m。混凝土浇筑总量1 500m3，振动台基础质量为三台阵系统设备及允许最大试件质量的60倍。该质量比能够减少基础的振幅，保证振动台基础运行的可靠性。振动台的6个加振器传递激振力时，在X向的最大推力为1 155kN，在Y向的最大推力为1 080kN，使振动台基础承受很大的动力荷载。如果基础大体积混凝土出现裂缝，特别是在加振器锚固部位出现裂缝，可能造成联结不牢，破坏振动台基础的整体性，进而影响系统的正常运行。因此，必须采取针对性地控温抗裂措施，避免基础大体积混凝土的有害裂缝。
图1 振动台基础示意图
1 大体积混凝土裂缝成因分析
大体积混凝土早期强度低，对水化热温升引起的变形约束小，温度应力自然也小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，产生很大的温度应力，对混凝土降温收缩变形的约束也随之增强。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便会产生温度裂缝。浇筑温度也和环境密切相关，温差愈大，混凝土的温度梯度和温度应力愈大。
2 振动台基础大体积混凝土抗裂措施
通过精选材料、优化配合比设计、增加抗裂筋等具体措施，来削减混凝土内部温升峰值，控制混凝土内外温差及收缩阶段的降温速度，最大限度消除混凝土内部应力集中现象。
2.1 材料选择与配合比设计
混凝土原材料的选择和配合比的确定，对大体积混凝土控温抗裂至关重要。在保证振动台基础混凝土强度的前提下，水泥用量仅为312kg/m3。适量粉煤灰取代部分水泥，以改善混凝土的和易性，降低混凝土的水化热温升。水泥：选中低水化热的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥中铝酸三钙的发热量速度最快，其含量应适当控制。砂：采用质地坚硬、级配良好的中、粗砂。石子：采用5～31.5mm粒径的自然连续级配碎石，能使混凝土的收缩和泌水减少，并具有较好的和易性和较高的抗压强度。外掺剂：掺8%的UEA微膨胀剂替换水泥，使混凝土产生微量前期膨胀。混凝土的压应力、钢筋的拉应力和微膨胀剂化学反应的共同作用，在结构内部产生类似预应力混凝土效果的预压应力，部分抵消混凝土硬化过程中产生的收缩应力。
考虑强度、耐久性及动力基础的特性，经过配合比强度试验，确定水灰比为0.53，砂率0.41，初始坍落度为120±20，初凝时间不小于6小时。基础配合质量比如表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 泵送缓凝减水剂等 微膨胀剂
190 312 749 1077 47 5.4 25
2.2 施工工艺措施
在振动台截面变化大、各转角处、表层混凝土及周边应力集中的薄弱部位，按设计要求增加抗裂筋。沿侧边满布直径8mm、间距100mm×100mm的钢筋网片，来提高抗拉强度和控制裂缝。
振动台基础分四次浇筑，最厚为1.76m。采用斜面分层连续浇筑，厚度不超过400mm，在下层混凝土初凝前应被上层混凝土所覆盖。振捣时应从下端开始，逐渐上移，插点均匀、连续；振捣棒快插慢拔，振捣时间应控制在15S左右。适时对混凝土进行二次振捣，增加混凝土的密实度，消除塑性裂缝，提高混凝土的抗压强度。表面增加碾压、平整和收光次数，以消除混凝土表面的干缩裂缝。
3 振动台基础大体积混凝土的温度监控
对振动台基础大体积混凝土内部的温度变化、环境温度、混凝土入模温度进行跟踪监测。以所监测温度为依据，选择适宜的控温抗裂措施，来减缓温度升降和混凝土收缩速率，使累积总拉应力小于同龄期的混凝土抗拉强度。
3.1 出机温度
在商品混凝土供应站协助下，通过控制材料温度来降低出机温度：出厂水泥冷却7天以上；采取遮阳等具体措施来降低砂、石温度；搅拌时可加入冰屑来控制水温。
3.2 入模温度
施工前后施工现场的平均气温预计为19.6℃，且在室内施工，昼夜温差变化更小，最高浇筑温度控制在21.5℃以下。
3.3浇筑后的温度监测
（1）温度监测
在混凝土内部埋设8组测温点，每组布置上、中、下3个温度传感器。通过数据采集与处理，利用微机监控混凝土内部温度变化情况。系统巡检周期设为30S，使终端的显示温度与混凝土内部温度同步变化。
（2）通水冷却降温
振动台基础混凝土浇筑前，布置2道环形薄壁钢管，管径为40mm，水平间距900 mm，使用前应整体固定，并压力试水以防接头漏水。混凝土浇筑到水管高度后开始通水，现场设置循环调温水箱，通过阀门来调节冷热水的比例，控制进出水温及流量。实际通水流量控制在30L/min，冷却管进出水温差控制在7 oC左右。浇筑后第12天，停止通水并灌浆封堵。
图2 冷却管与1.76m层测温点示意图
（3）温度升降曲线分析
分析图3温度曲线可知，混凝土浇筑后第三天，内部温度达到最高50.1 oC，内部最高温峰值比理论计算偏低约5.6 oC，可见冷却管起到削减内部温峰值作用。之后温度缓慢下降，说明水化热已大部分完成。第4天后温度开始降低，降温幅度小，降温过程平稳，各测温点最大温差为20.6Co。下部曲线温度变化平缓稳定，上部曲线温度变化波动较大，温升最快，最先达到峰值，降温也快，可见混凝土的温度变化，受外界环境温度变化的干扰和养护条件的影响。
图3 温度曲线示意图
4 振动台基础大体积混凝土的养护
在振动台基础大体积混凝土表面，覆盖保温保湿材料。在终凝后6小时内蓄水80-100mm，并至少保持8天。一方面能保证混凝土有适宜的温湿条件，免受不利温、湿变化影响，有效缩减混凝土的内外温差；另一方面可使水泥水化继续进行，以达到设计强度和提高抗裂能力。
5 结语
振动台大体积混凝土基础要满足整体性、稳定性和变形性要求，严格控制大体积混凝土的有害裂缝将是关键。内降外保为主的控温系列措施，达到了抗裂的目的。经过严格的检测，未发现不良裂缝。振动台大体积混凝土基础的施工质量，得到振动台设备供应方和使用单位的认可；振动台基础投入使用后，振动台各项设备运行正常。
(本文发表在<<建筑工程混凝土应用新技术>>人民交通出版社)