第一章 绪论
1.1 选题依据与研究意义
1.1.1 选题依据
近年来，我国的整体发展稳中向前，国家基础设施的建设越来越具有规模性，建筑行业的发展也由高速度转向了高质量，由多层建筑转向中高层建筑[1]。而且随着国家政策对土地审批的合理约束和房地产法系的重构[2]，造成了大型工程、特大型工程不断的涌现，使得大体积混凝土技术的应用越来越广泛[3]。不管是水利工程、市政工程、还是建筑工程，大体积混凝土不是设计师刻意避开的难点，这也使得大体积混凝土结构成为现代工程建设中一个重要的组成部分[4]。虽然大体积混凝土的施工技术和混凝土施工技术一脉相承，但其难度增加很大，导致现在的众多含有大体积混凝土工程的项目将施工工艺视为技术难点[5]。目前在大体积混凝土的施工养护过程中，由于前期的施工准备不充分，造成大体积混凝土浇筑后温升过高，为了将混凝土温度快速下降到合理范围，常强制采用不均匀的温控措施，这类措施不仅成本较高，更容易使大体积混凝土产生贯穿性裂缝，故类似于薄壁冷水循环这种降温措施已经很少应用，在 2018 年出版的《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018）中已经没有了关于这类措施的踪影。本文在结合长春兴隆综合保税区双创总部基地工程进行实际施工方案设计时，考虑到当前建筑技术发展形势，从大体积混凝土浇筑前的准备工作进行考虑，通过理论计算到ANSYS 模拟，最后进行现场监测的一系列技术措施，提出大体积混凝土浇筑前温度裂缝控制技术体系，在应用后取得了良好的施工效果。长春兴隆综合保税区双创总部基地工程地上层数 27 层，地下 1 层，采用静压管桩基础，符合当今建筑的主流结构，结合该工程研究如何利用大体积混凝土浇筑前温度裂缝控制技术体系控制大体积混凝土的绝热温升，减少温度裂缝，保证施工质量，具有一定的代表性和实际意义。
..........................
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
最早期的大体积混凝土施工源于水利工程中的大坝修建工程，大坝的修建需要大量的混凝土进行浇筑，在浇筑之后施工人员发现了由于浇筑物尺寸过大，混凝土产生的热量过高，大面积出现裂缝，对大坝的施工质量造成了严重的影响。针对这种情况，我国工程师结合国外施工经验，提出了解决措施。1956 年黄河三门峡工程局总工程师、北京水利水电学院院长汪胡桢结合包尔特坝的工程实例，指出了大体积混凝土散热问题的重要性，并用简略的计算方法结合了圆解法和水力模拟法计算了混凝土的内部温度。提出了四个大体积混凝土散热的措施，一是对混凝土原料进行冷却，降低入模温度；二是选用适当骨料，增大混凝土的温度传导系数；三是减少浇筑层厚度，延长间歇时间；四是在混凝土中埋置水管或预留孔洞。这些措施成为日后大体积混凝土散热的首选，也为大体积混凝土的温度裂缝控制研究指明了方向[20]。北京水力发电设计院专业总工程师奚景岳在 1956年发表了对“上犹水电站水工结构物中大体积混凝土浇制的初步经验介绍”的意见，在意见中阐述了混凝土分块浇筑也就是分区域分层浇筑存在的问题，浇筑高度和振捣的问题，以及大体积混凝土散热和浇筑时间间隔的问题，指出了大体积混凝土裂缝的产生原因是多方面的[21]。
我国对大体积混凝土的相关理论研究始于 1980 年，当时对于混凝土初期的温度计算普遍采用的是国外的差分法，但是其计算量巨大，在使用上具有很大的局限性，为此长办施工设计处混凝土温控小组研究出了“大体积混凝土初期温度实用计算方法”，和差分法相比较，计算误差在 1℃以内[22-23]。李汉通过研究大体积混凝土温度变化的基本规律，总结出大体积混凝土在施工养护阶段的降温速率每天不得超过 2℃[24]，这一研究结论是控制大体积混凝土温度裂缝的重要标准之一。水利电力部成都勘测设计院牛道昌，应用断裂力学的概念探讨了混凝土表面裂缝发展的机理，合理地解释了在工程实践中所发生的混凝土裂缝现象，通过对混凝土表面裂缝稳定性的计算与分析，得出了在气温骤降作用下，处于低应力状态的混凝土表面裂缝的失稳扩展现象是存在的且容易发生的[25]。1987 年朱伯芳系统、全面地分析了混凝土的保温措施，提出在单、双向散热的条件下，施工环境降温所引起的温度徐变应力的计算方法，并阐明了在合理应力范围内，混凝土的表面保温能力和保温层厚度的计算方法和公式。这些计算公式简单方便、计算精准且便于应用到实际工程中[26]。种种理论研究成果都标志着我国在大体积混凝土理论研究领域中占有了一席之地。
..........................
第二章 温度裂缝产生的机理及抗裂防治措施
2.1 大体积混凝土的定义
大体积混凝土在世界各国的定义并没有达成一致，在我国的《大体积混凝土施工标准 GB50496-2018》中对大体积混凝土做出了如下定义：混凝土结构物实体最小尺寸不小于 1m 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土[59]。可以看出我国对大体积混凝土的定义是双重的，既从混凝土结构尺寸的角度做出了定义，也将水化热产生裂缝作为大体积混凝土定义的延伸标准，体现了我国建筑行业对大体积混凝土温度裂缝问题的重视，也使得我国大体积混凝土的定义更加的综合全面。
..........................
2. 2 大体积混凝土的特征
一般的大体积混凝土具有结构大、尺寸厚、钢筋布置密、混凝土设计标号高、水泥用量大、浇筑量大、施工时间长、施工工艺要求高、受环境因素影响大等特点[60-65]。由于目前的房建类工程项目采用的大体积混凝土施工多是用在基础结构上，所以在具备上述特点的情况下，大体积混凝土基础结构还具备如下特征：
（1）具备防水要求，通常使用的都是抗渗混凝土，同时地下结构的钢筋混凝土在裂缝的大小上需控制在合理范围内，防止出现裂缝导致钢筋与地下水接触，发生氯化[66]。
（2）大体积混凝土施工在结构的操作形式上一般为现浇钢筋混凝土的超静定结构，一般情况下没有承载力缺失的问题[67]。
（3）因为基础结构在正负零的标高以下，具有相对复杂的温差与收缩变化约束功能，出现裂缝的概率较大[68]。
（4）采用大体积混凝土的基础结构，一般能够与建筑物的承载力要求相适应，具有良好的安全性。
（5）由于大体积混凝土的设计标号相对较高，在施工过程中水泥用量大，具有较大的水灰比，水泥吸水量大，常会发生较大程度的收缩变形，收缩裂缝的出现率较高[69]。
（6）采用大体积混凝土形式的基础结构，为增强混凝土的抗裂性能，对配筋率的要求一般在 0.3%~0.5%之间，在研究大体积混凝土的温度应力和抗裂性能时需要考虑钢筋的抗拉性能[70-72]；
（7）混凝土浇注后，水泥的水化热在结构内产生高温，由于现浇混凝土结构几何尺寸较大，混凝土内部的水泥水化热产生的热量不易散发，导致混凝土结构内温度梯度大，再加上外部环境的变化，如天气炎热的夏季或突然的温度变化和混凝土内部约束很容易产生温度裂缝[73-76]；
................................
3.1 工程概况.................................. 23
3.2 地质条件......................................... 26
第四章 大体积混凝土热工计算及抗裂验算.......................................32
4.1 混凝土热工计算.................................. 32
4.2 混凝土抗裂验算.................................. 39
第五章 大体积混凝土温度场和温度应力的 ANSYS 有限元分析...... 46
5.1 ANSYS 有限元分析的目的............................46
5.2 ANSYS 软件优点................................... 46
第六章 大体积混凝土施工过程控制及温度监测
6.1 大体积混凝土施工过程控制
大体积混凝土的温度裂缝控制是一个全面的、系统的过程，即使前期准备的比较充分，但在施工过程中也要采取相应的配合措施，才能达到有效控制温度裂缝的目的。结合长春兴隆综合保税区双创总部基地工程项目的实际施工情况，提出施工全过程配合措施如下。
6.1.1 大体积混凝土浇筑
在混凝土浇筑前应对作业面进行清理，避免杂物混进混凝土中，影响混凝土的强度和性能（如图 6.1 和图 6.2），并做好钢筋和模板的验收工作（如图 6. 3），验收合格后，施工人员方可进场（如图 6.4）。考虑到本工程混凝土浇筑量较大，承台基础分布较为分散，为了保证混凝土浇筑的连续供应，避免出现施工缝、冷缝等不利情况，应对本工程基础浇筑施工进行划分，考虑到混凝土泵的实际平均输出量，对作业区域共划分三个施工段。根据理论计算结果，浇筑时可采用一个斜面，一次到顶的推移浇筑方式连续浇筑。A、B 基础筏板平均厚 2.5m，分 4 次浇筑，其余基础承台均小于等于 2.5m，分 6 次浇筑完成；所有混凝土均采用 2台布料车并列浇筑。每个承台的混凝土浇筑时都应在上次混凝土浇筑未达终凝前进行，防止产生冷缝层。
.............................
第七章 结论与展望
7.1 结论
本文通过对长春兴隆综合保税区双创总部基地工程的大体积混凝土温度裂缝控制措施的研究，结合了众多中外研究成果和实际施工经验后，提出了大体积混凝土浇筑前温度裂缝控制技术体系，在此基础上制定了长春兴隆综合保税区双创总部基地工程大体积混凝土温度裂缝控制措施，取得了良好的成效。论文主要有以下结论：
1. 为了保证本文所提出的技术体系具有普遍实用性，利用 GB50196-2018《大体积混凝土施工标准》中的计算公式对长春兴隆综合保税区双创总部基地工程的大体积混凝土进行了热工计算和抗裂验算。对计算过程中部分参数的范围值使用内插法进行了取值，对抗裂验算的复杂公式用《建筑施工手册》2018 版的公式进行替换，降低了计算难度，提高了计算的准确性；
2. 应用三掺技术和预冷拌合水及骨料的技术措施，简化了大体积混凝土的施工工艺，减少了大体积混凝土施工对专业技术人员的依赖性；通过这两种措施，控制了混凝土的入模温度，降低了混凝土的温峰值，在后期的降温速率的控制上，仅通过简单的覆盖保温层养护的方式就完成了大体积混凝土的全部施工过程，监测结果证明，这种简单易行的措施在控制温度裂缝上同样取得了良好的实际效果；
3. 通过 ANSYS 有限元模拟可以对大体积混凝土的温度和应力进行了较为准确的预测，在 ANSYS 模拟中，对大体积混凝土的温度和应力的设置参数进行合理简化，通过合理的简化，在温度的模拟上影响并不大，在应力的模拟上，应根据模拟数值进行二次的抗裂验算，如发现问题，应对模拟过程进行细化或调整抗裂措施。
4. 在温度监测的数据中发现大体积混凝土的表面温度受施工环境影响最大，也是影响三者对比最大的影响因素；通过对理论计算的过程根据实际温度进行调整，误差在±3℃以内，而且根据大体积混凝土的温控指标观察监测数据，施工单位可以在有限的时间内采取有效措施控制大体积混凝土的表面温度，从而控制里表温差，达到减少温度裂缝的目的。
实践证明，通过大体积混凝土浇筑前温度裂缝控制技术体系制定科学合理的温度裂缝控制措施，完善的大体积混凝土施工温控方案及实施细则，进行准确的温度监测，及时地调整温控措施，是完全可以减少温度裂缝，而且避免有害裂缝的产生的。
参考文献（略）