三峽升船機塔柱混凝土溫控防裂技術(shù)

楊富瀛，馮曉琳，李曉萍

（中國葛洲壩集團股份有限公司三峽分公司，湖北宜昌 443002）

1 前言

三峽升船機船廂室段平面結(jié)構(gòu)布置呈規(guī)則矩形布置形式，船廂室段建筑物的平面尺寸為121.0m×57.8m（長×寬），50.00～196.00m高程之間為船廂室段塔柱結(jié)構(gòu)。塔柱結(jié)構(gòu)每側(cè)布置形式為“墻-筒體-墻-筒體-墻”，通過沿高程布置的縱向聯(lián)系梁形成了縱向長119m，寬16m的組合結(jié)構(gòu)。單個筒體長40.3m，寬16.0m，筒體一般部位的壁厚為1.0m，螺母柱部位和齒條部位的墻體局部加厚，分別為1.5m、1.8m和1.75m。

船廂室段塔柱混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且屬于高層薄壁結(jié)構(gòu)，混凝土溫度受環(huán)境溫度影響較大，需要在做好混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測、控制的同時，加強對混凝土外部環(huán)境溫度的控制，并在混凝土內(nèi)部溫升期、溫降期間做好混凝土表面溫度的監(jiān)測，其混凝土溫控難度極大[1]。在船廂室段塔柱混凝土的施工過程中，在混凝土內(nèi)部埋設(shè)了一定數(shù)量的溫度計用來監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度，同時在倉內(nèi)按一定的間排距埋設(shè)冷卻水管，在監(jiān)測過程中，通過調(diào)控混凝土內(nèi)部溫升期、溫降期間的通水溫度及通水流量等措施來控制混凝土最高溫度大小以及日降溫幅度。冷卻通水過程中，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度的變化幅度，及時調(diào)控通水流量、通水時間及冷卻水溫度。在混凝土澆筑完成至拆模前的時間段里，對倉內(nèi)上口混凝土及外模板進(jìn)行灑水降溫，并在拆模后對混凝土表面采取流水養(yǎng)護降溫等措施，確保塔柱混凝土施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，證明了本文采用的溫控技術(shù)的科學(xué)合理性。

2 升船機塔柱混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)

2.1 混凝土允許溫度

船廂室段塔柱筒體設(shè)計的混凝土允許最高溫度見表1。其中，70.00m高程以下的塔柱筒體結(jié)構(gòu)混凝土最高溫度控制在設(shè)計允許最高溫度范圍以內(nèi)。70.00m高程以上的塔柱筒體混凝土最高溫度以表1中數(shù)據(jù)為參考指標(biāo)，但其澆筑溫度必須滿足設(shè)計要求。

表1 設(shè)計允許溫度Table 1 Tem perature allowed by design

2.2 上下層溫差控制標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)下層混凝土齡期超過28 d時，控制其上層混凝土的上、下層溫差。當(dāng)澆筑塊體連續(xù)上升，并且高度大于0.5L（L為澆筑塊長邊尺寸）時，允許老混凝土面上下各L/4范圍內(nèi)的上層混凝土的最高平均溫度與開始澆筑的下層新混凝土的實際平均溫度的溫度差為17℃；當(dāng)澆筑塊體非連續(xù)上升，或上層混凝土高度小于0.5L或澆筑塊側(cè)面長期暴露時，加嚴(yán)對上下層溫差的控制。

3 塔柱混凝土溫控特點分析

塔柱混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要為高層薄壁墻體結(jié)構(gòu)，鋼筋特別密集，鋼筋熱擠傳導(dǎo)作用明顯，因而混凝土內(nèi)部溫度受外界環(huán)境溫度影響較大，容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度出現(xiàn)陡升陡降現(xiàn)象。混凝土澆筑完成后，在非常短的時間內(nèi)，溫度達(dá)到峰值，溫升出現(xiàn)轉(zhuǎn)折后，溫降回落十分迅速。因而對混凝土內(nèi)部溫度的控制很難，塔柱冷卻水溫度與通水時間控制程序復(fù)雜[2]。

升船機建設(shè)期間，三峽工程建設(shè)已到達(dá)后期階段，僅在長江右岸設(shè)有拌合系統(tǒng)，混凝土運輸路程較遠(yuǎn)，運輸過程中的溫度損失以及入倉澆筑過程中對倉面環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，對混凝土溫控影響較大。

塔柱結(jié)構(gòu)主要為高層薄壁墻體結(jié)構(gòu)，混凝土采用泵送+布料桿的形式進(jìn)行入倉澆筑，澆筑時輸送高度大，以上這些原因決定了塔柱混凝土入倉強度受到限制，另外，塔柱混凝土均為高標(biāo)號的混凝土，膠凝材料用量大，增加了溫控難度。

4 塔柱混凝土溫控防裂技術(shù)

4.1 混凝土配合比的優(yōu)化

為滿足混凝土溫度控制設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采取了包括減小膠凝材料水化熱溫升等必要的溫控措施，使塊體中出現(xiàn)的實際最高溫度不超過塊體設(shè)計允許最高溫度。

根據(jù)招標(biāo)文件的要求進(jìn)行配合比設(shè)計，在第一期混凝土配合比開始使用后，即開始對第一期混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要工作是在滿足設(shè)計要求的耐久性、抗?jié)B性、強度和抗裂性等各項指標(biāo)要求的前提下，增大水膠比，減小膠凝材料的用量，即減小水泥及粉煤灰用量，從而達(dá)到從混凝土的發(fā)熱源上將溫升降低2～3℃的效果[3]。

4.2 出機口溫度的控制

高溫季節(jié)開倉前，提前通知拌合樓對骨料進(jìn)行預(yù)冷，為減少預(yù)冷混凝土的溫度回升，嚴(yán)格控制混凝土運輸時間以及倉面澆筑坯被覆蓋前的暴露時間。

4.3 澆筑溫度控制

4.3.1 運輸車輛

混凝土運輸機具加設(shè)遮陽設(shè)施，并減少轉(zhuǎn)運次數(shù)，開倉后在拌和樓對攪拌車料罐進(jìn)行降溫。在現(xiàn)場兩側(cè)各布置一處面積約250m2的遮陽場地，攪拌車在現(xiàn)場等待下料期間停在遮陽場地內(nèi)，同時對攪拌車進(jìn)行灑水降溫，使混凝土自出機口出來至倉面澆筑坯被覆蓋前的溫度滿足澆筑溫度要求。

4.3.2 倉面噴霧

在進(jìn)行倉面噴霧時，利用高壓泵產(chǎn)生高壓水，通過更換具有特別噴頭的沖毛槍，產(chǎn)生大范圍細(xì)微水霧，形成遮阻陽光直射并降溫的效果。高壓泵輸送壓力達(dá)16MPa，可使沖毛槍噴射水霧覆蓋范圍達(dá)12～15m，根據(jù)單倉澆筑面積，人工手持兩臺沖毛機移動噴霧，可覆蓋整個澆筑倉位，創(chuàng)造出比外界溫度低8～10℃的倉內(nèi)小環(huán)境溫度。

4.3.3 避開高溫時段澆筑

為避開高溫時段澆筑，遵循以下兩點要求：控制每倉次澆筑時間不超過24 h，為避開高溫時段提供條件；一般控制在下午5點左右開倉，避免在高溫時段開倉。

4.3.4 澆筑設(shè)備的保證

澆筑設(shè)備的保證主要有以下3點：定期維護泵機、及時更換破損零部件；定期更換泵管，定期測量管壁厚度，防止爆管；開倉前對泵機和布料桿進(jìn)行檢查、試運行，特別是泵管彎頭部位，保證布料桿設(shè)備正常運行，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致澆筑中斷。

4.3.5 倉面保溫

澆筑過程中保持跟進(jìn)狀態(tài)進(jìn)行倉面保溫。采取澆筑一個坯層，就用保溫被覆蓋一層的方法施工。

4.4 混凝土通水冷卻

為了最大限度地控制混凝土內(nèi)部最高溫度，采取個性化冷卻通水，方法如下。

1）通水回路按照齒條、螺母柱及墻體分別進(jìn)行分區(qū)，設(shè)置4個回路，根據(jù)不同位置溫度變化不同的特點，進(jìn)行個性化通水。

2）高溫季節(jié)在混凝土內(nèi)部溫度峰值出現(xiàn)以前，通10～12℃冷卻水，控制流量不小于40 L/m in；峰值出現(xiàn)后，改通江水，控制流量不大于10 L/min。根據(jù)現(xiàn)場降溫速度，調(diào)整流量大小，若溫度降幅超過1℃/d，停止通水，進(jìn)行自然降溫。

3）12月份進(jìn)入低溫季節(jié)后，混凝土改為自然入倉，減少內(nèi)外溫差以避免混凝土溫度降幅過快。考慮到外界溫度較低，冷卻水管層間距由前期高溫季節(jié)的75 cm調(diào)整為100 cm，最底層距收倉面20 cm，齒條厚度較大部位布設(shè)雙排冷卻水管，根據(jù)測溫情況及時調(diào)整通水流量，所有冷卻水管在開倉后即開始通10～12℃的制冷水，直至混凝土溫度峰值出現(xiàn)以后改通小流量的制冷水，保證混凝土內(nèi)部溫度降溫幅度達(dá)到技術(shù)要求。

4.5 混凝土保溫及養(yǎng)護

4.5.1 混凝土保溫

混凝土表面保護是防止表面裂縫的重要措施之一。塔柱結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面選擇的保溫材料等效放熱系數(shù)不大于1～2W/（℃·m2）。施工中采取如下措施進(jìn)行表面保溫。

1）將保溫材料緊貼混凝土表面，搭接嚴(yán)密、良好、不存空隙。

2）10月—4月份澆筑的混凝土，拆模后立即設(shè)施工期的永久保溫層和越冬保溫層；5月—9月份澆筑的混凝土，9月底前設(shè)施工期的永久保護層和越冬保溫層。施工期的永久保溫指永久外露面保溫至工程運行前；施工期的越冬保溫指冬季外露面保溫至次年4月底或被新澆混凝土覆蓋前。

3）每年入秋（9月底），對豎井及其他所有孔洞進(jìn)出口進(jìn)行封堵。

4）做好氣象預(yù)報工作，避免在夜間、氣溫驟降或寒冷氣溫條件下拆模，如必須拆模則立即對其表面進(jìn)行保溫。氣溫驟降期間，頂面保溫至上層混凝土澆筑為止，揭開保溫材料至澆筑上層混凝土的暴露時間不超過6～12 h。

5）當(dāng)日平均氣溫在2～3 d內(nèi)連續(xù)下降超過（含等于）6℃時，28 d齡期內(nèi)混凝土表面（頂、側(cè)面）必須進(jìn)行表面保溫保護。

6）低溫季節(jié)（如拆模后混凝土表面溫降可能超過6～9℃）以及氣溫驟降期間，需推遲拆模時間，否則須在拆模后立即采取其他表面保護措施。

7）當(dāng)氣溫降到冰點以下，齡期短于7 d的混凝土采取覆蓋高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料或其他合格的保溫材料作為臨時保護。

4.5.2 混凝土養(yǎng)護

1）蓄水養(yǎng)護。由于前期塔柱筒體主要采用多卡模板施工，模板拆除時間超過24 h，采取將混凝土收倉面低于面板5 cm，通過冷卻管加水對倉面進(jìn)行蓄水養(yǎng)護，拆模后采用灑水養(yǎng)護和掛花管養(yǎng)護。

2）混凝土養(yǎng)護劑試驗。養(yǎng)護所用流水極大地影響二期埋件焊接及二期混凝土施工；同時塔柱后期采用液壓爬升模板施工，流水對爬模面板、操作平臺等木質(zhì)結(jié)構(gòu)損害極大，留下安全隱患的同時大大縮短了爬模面板的周轉(zhuǎn)使用次數(shù)。同時，長期流水養(yǎng)護造成混凝土面顏色發(fā)黃，影響混凝土外觀。傳統(tǒng)的流水養(yǎng)護方法越來越難以適應(yīng)施工需要，混凝土養(yǎng)護新材料、新工藝的引進(jìn)已迫在眉睫。

對中國建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所的GC09混凝土養(yǎng)護劑和河北筑盛建材科技開發(fā)有限公司的ZS-110A混凝土養(yǎng)護劑進(jìn)行抗壓強度試驗、外觀色差對比以及回彈檢測試驗。在室內(nèi)試驗中，對兩種養(yǎng)護劑分別進(jìn)行7 d、14 d、21 d和28 d的抗壓強度試驗和外觀色差比對；在室外試驗中，在升船機靠船墩噴涂GC09養(yǎng)護劑、ZS-110A養(yǎng)護劑，并對兩個噴涂部位進(jìn)行養(yǎng)護劑后的7 d、14 d、21 d和28 d回彈試驗及外觀比對，室內(nèi)抗壓強度試驗結(jié)果詳見表2。

表2中抗壓強度齡期為噴涂養(yǎng)護劑后開始計算的齡期；抗壓強度比為噴涂養(yǎng)護劑試件與養(yǎng)護間標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件同齡期的抗壓強度比值；按《水泥砼養(yǎng)護劑》JC901—2002要求：抗壓強度比大于90%的為合格品，大于95%的為一級品，兩種養(yǎng)護劑的28 d強度的抗壓強度比均大于95%，因此兩種養(yǎng)護劑均滿足規(guī)范要求的一級品質(zhì)。

表2 噴涂養(yǎng)護劑混凝土和養(yǎng)護間混凝土抗壓強度試驗結(jié)果Table 2 Test resultsof com pressive strength for concrete sprayed w ith curing agentand concrete during curing period

室外試驗成果表明，ZS-110A養(yǎng)護劑從第二周起顏色產(chǎn)生變化與老混凝土分界很明顯，其顏色略顯白色。GC09養(yǎng)護劑沒有任何色澤上的變化，且涂刷面與其他老混凝土面無任何色差。兩種養(yǎng)護劑均在噴涂后3 h左右成膜，均無脫落現(xiàn)象。噴涂ZS-110A養(yǎng)護劑抗壓強度略高于噴涂GC09養(yǎng)護劑抗壓強度，但兩種養(yǎng)護劑的7 d、28 d抗壓強度比均滿足《水泥混凝土養(yǎng)護劑》JC901—2002規(guī)范要求。

3）混凝土養(yǎng)護劑養(yǎng)護。混凝土養(yǎng)護劑為不溶于水的材料，為避免養(yǎng)護劑殘留混凝土層間結(jié)合面而對混凝土質(zhì)量造成負(fù)面影響，并結(jié)合養(yǎng)護劑抗壓強度和外觀色差對比試驗結(jié)果，升船機塔柱混凝土水平結(jié)合縫面仍采用傳統(tǒng)灑水和覆蓋濕麻布袋養(yǎng)護，塔柱混凝土側(cè)墻壁面采用ZS-110A養(yǎng)護劑養(yǎng)護。

4.6 溫度控制施工管理措施

4.6.1 合理安排施工程序及進(jìn)度

按以下要求合理安排建筑物施工程序和進(jìn)度。

1）基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土在規(guī)定的間歇期內(nèi)連續(xù)均勻上升，避免出現(xiàn)薄層長間歇，其余部位基本做到短間歇連續(xù)均勻上升。

2）基礎(chǔ)約束區(qū)、平衡重導(dǎo)軌二期混凝土、聯(lián)系梁及60.00m高程以下的后澆筑帶等部位的混凝土均安排在低溫季節(jié)施工。

3）控制相鄰塊高差符合允許高差要求，螺母柱、齒條、縱導(dǎo)向?qū)к?、平衡重?dǎo)軌二期埋件安裝及二期混凝土高差不大于1個安裝節(jié)。

4.6.2 合理控制澆筑層厚及間歇期

1）塔柱筒體、柱、墩、墻等結(jié)構(gòu)混凝土層間間歇期按表3的要求進(jìn)行控制。

表3 塔柱筒體、柱、墩、墻混凝土層間間歇時間Table 3 Concrete layers interm ittent time of cylinder tower，columns，piersand walls

2）對施工計劃中預(yù)計為長間歇停澆面的倉面，在倉面鋪設(shè)鋼筋并進(jìn)行覆蓋保溫和保護。

4.6.3 加密溫度檢測并及時掌握溫度變化

從溫度計被混凝土覆蓋后開始檢測，至收倉后24 h每4 h觀測一次，收倉后24 h至出現(xiàn)峰值期間加密觀測，每2 h一次，出現(xiàn)峰值后48 h內(nèi)每4 h觀測一次，隨后8 h觀測一次直至初期通水結(jié)束。

4.6.4 合理布置混凝土冷卻系統(tǒng)

高溫季節(jié)將冷卻水管層間距布置由設(shè)計的100 cm改為75 cm布置。3m升層的澆筑倉位，第一層直接鋪設(shè)在倉面上，第二層布置在澆筑層中間高程，第三層布置在距收倉面30 cm左右位置。齒條、螺母柱等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重要區(qū)域采取加密布置冷卻水管的方法嚴(yán)格控制混凝土溫度。

4.7 溫控實施效果

升船機塔柱筒體主要采用埋設(shè)溫度計的方式來控制分析混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律，溫度計埋設(shè)是在每倉的墻體、齒條及螺母柱位置各選一斷面，每個斷面埋設(shè)兩支溫度計，溫度計分別埋設(shè)在墻體中心的三排冷卻水管中間。通過對已施工的25個筒體倉位共計150個測點來進(jìn)行內(nèi)部溫度檢測，混凝土澆筑最高入倉溫度為18℃，最低入倉溫度為7.5℃，平均入倉溫度為11.7℃；最高澆筑溫度為21.6℃，最低澆筑溫度為9.0℃，平均澆筑溫度為14.2℃，混凝土入倉溫度和澆筑溫度均符合設(shè)計要求。

5 結(jié)語

針對三峽升船機船廂室段塔柱為薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑受環(huán)境溫度影響較大的情況，在塔柱混凝土施工過程中，制定了高溫季節(jié)在混凝土入倉前對其進(jìn)行降溫、在混凝土覆蓋前進(jìn)行溫度控制以及采取個性化冷卻通水以控制通水冷卻時間及流量等一系列的措施，確保了混凝土施工質(zhì)量。通過對養(yǎng)護劑的市場考察以及室內(nèi)、現(xiàn)場試驗，在三峽升船機塔柱施工中成功使用混凝土養(yǎng)護劑，為混凝土養(yǎng)護劑在水利工程的逐漸推廣使用起到積極的推動意義。溫控技術(shù)的改進(jìn)提升可以提高水電工程混凝土施工質(zhì)量，節(jié)省工程造價。三峽升船機溫控技術(shù)對國內(nèi)外的升船機工程溫控技術(shù)的研究工作具有重大的參考價值。

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