袁家口子水源工程大體積混凝土施工措施

付用坤，韓瑞濤，張永樂(lè)

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

臨沂市沂河袁家口子水源工程主體工程主要為12孔攔河閘，閘室凈寬20.0 m，采用弧形鋼閘門(mén)，閘門(mén)高9.5 m，閘底板厚2.0 m，順?biāo)鞣较?6.5 m，閘墩高14.5 m，墩厚2.0 m。其主要特點(diǎn)是：一是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸大，是山東省單孔寬度和高度規(guī)模較大的攔河閘工程，突破了常規(guī)的設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)也相應(yīng)的加大了工程施工的難度；二是混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸大，底板厚2.0 m，閘墩厚2.0 m，屬于典型的大體積混凝土設(shè)計(jì)類(lèi)型，該設(shè)計(jì)對(duì)混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)施工提出了更高的要求；三是主體工程施工階段正值冬季，低溫環(huán)境給大體積混凝土的施工和成品養(yǎng)護(hù)帶來(lái)非常不利的因素；四是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率相對(duì)高，是本工程施工中必須加強(qiáng)克服的重要難題。

1 主要措施

1.1 應(yīng)用三級(jí)配水工混凝土

本工程主體結(jié)構(gòu)閘底板及閘墩混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C30W6F150，常規(guī)中采用二級(jí)配泵送混凝土，實(shí)驗(yàn)室二級(jí)配合比材料用量見(jiàn)表1。

表1 混凝土二級(jí)配合比材料用量 kg/m3

二級(jí)配水工混凝土適用于薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，考慮大體積混凝土溫控效果和經(jīng)濟(jì)性，本工程更宜采用三級(jí)配水工混凝土，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)配合比值如表2。

表2 混凝土三級(jí)配合比材料用量 kg/m3

由表2知，三級(jí)配水泥用量減少了10 kg/m3，相應(yīng)膠凝材料用量減少30 kg/m3，而水灰比值不變，相對(duì)二級(jí)配能夠有效的降低混凝土反應(yīng)過(guò)程中的水化熱，一定程度的降低了混凝土的內(nèi)部溫度，從而減小了混凝土在反應(yīng)過(guò)程中的溫度應(yīng)力，可以緩解甚至消除混凝土表面產(chǎn)生裂縫的隱患。

1.2 閘墩二次澆筑施工工藝

本工程工期緊迫，大底板收縮周期相對(duì)長(zhǎng)，如果繼續(xù)采用先底板后閘墩的方法，將很可能造成底板對(duì)閘墩產(chǎn)生相當(dāng)大的約束力，綜合以往工程的經(jīng)驗(yàn)，本工程又采取了大底板與底部1.8 m閘墩同時(shí)澆筑，變底板對(duì)閘墩的約束為閘墩本身新老混凝土之間的約束，同時(shí)也盡可能拉長(zhǎng)1.8 m以上閘墩澆筑的時(shí)間間隔，極大緩解底板溫度應(yīng)力對(duì)閘墩的集中約束，降低了閘墩出現(xiàn)裂縫的機(jī)率。

1.3 溫控措施

1）大型鋼木組合模板。本工程在閘墩的施工中，結(jié)合大型鋼模板施工工藝，改進(jìn)選取3.0m×1.8 m模塊高強(qiáng)度膠合板與鋼龍骨結(jié)合的大模板，并與圓弧鋼模板組合運(yùn)用，既繼承了大型鋼模板施工機(jī)械化、節(jié)約加固材料、保證混凝土外觀質(zhì)量的特點(diǎn)，更重要的是木工板的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于鋼板，改善了模板對(duì)大體積混凝土的保溫作用，相對(duì)于純鋼結(jié)構(gòu)的大模板工藝，凸顯了其在大體積混凝土施工中，溫度控制的優(yōu)勢(shì)，一定程度上對(duì)混凝土表面起到了保溫的作用。

2）混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)。冬季施工混凝土，保溫養(yǎng)護(hù)是最為重要的環(huán)節(jié)，對(duì)混凝土后期的強(qiáng)度和質(zhì)量都起著決定性的作用。除選擇有利于澆筑的溫度時(shí)段外，成品的保溫養(yǎng)護(hù)非常重要。對(duì)于閘墩，延長(zhǎng)模板拆模時(shí)間，在模板龍骨之間鑲嵌泡沫板，再在泡沫板外圍利用土工膜嚴(yán)密包裹，經(jīng)測(cè)量模板與泡沫板之間的溫度最高達(dá)到20℃。對(duì)于閘底板，采取薄膜、再生棉、土工膜和草苫子四層組合保濕保溫覆蓋，使得混凝土表面溫度始終維持在20℃左右，同時(shí)底板四周也利用土工膜和草苫子嚴(yán)密包裹。這些措施，降低了混凝土內(nèi)外溫差，緩解了混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的負(fù)面影響。

3）混凝土內(nèi)部冷卻的應(yīng)用。對(duì)于大體積混凝土施工，混凝土內(nèi)部水化熱不容忽視，光外部的保溫并不能有效降低混凝土的內(nèi)外溫差，也不能減輕其收縮程度。結(jié)合以往工程的經(jīng)驗(yàn)，本工程在底板和閘墩的澆筑過(guò)程中，植入降溫冷卻管，布置了間距60 cm、排距70 cm的鍍鋅鋼管冷卻管，通水時(shí)間自澆筑開(kāi)始至混凝土內(nèi)外溫差不大于15℃結(jié)束，平均持續(xù)7～9 d。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，切實(shí)將設(shè)計(jì)和規(guī)范指標(biāo)控制在允許范圍之內(nèi)，有效的緩解了混凝土早期表面的拉應(yīng)力和混凝土內(nèi)部的壓應(yīng)力之間的矛盾，切斷了混凝土裂縫產(chǎn)生的通道。

2 溫控測(cè)量

2.1 測(cè)溫系統(tǒng)的布設(shè)

底板溫度感應(yīng)線(xiàn)共布置上中下3條，上部、中部、底部距混凝土面層分別為30 cm、100 cm、170 cm，同時(shí)水平方向布置在相鄰冷卻管中間位置，所有感應(yīng)線(xiàn)端頭均引至閘墩站筋牢固結(jié)扎并做好清晰的區(qū)分標(biāo)記。閘墩溫度感應(yīng)線(xiàn)垂直方向共布置上中下3條，上部、中部、底部距閘墩頂面分別為50 cm、750 cm、1 150 cm，水平方向布置在閘墩的中間位置；另外在水平方向布置3條溫度感應(yīng)線(xiàn)距離冷卻管10 cm、30 cm、50 cm，高度便于操作即可，這兩部分溫度感應(yīng)線(xiàn)均須在模板上開(kāi)孔，將其引至倉(cāng)外在模板龍骨上牢固結(jié)扎并做好清晰的區(qū)分標(biāo)記。

2.2 溫度測(cè)量與記錄

溫度測(cè)量自混凝土埋沒(méi)底部感應(yīng)線(xiàn)2 h后開(kāi)始，每2 h測(cè)量一次，澆筑過(guò)程中測(cè)量混凝土的入倉(cāng)溫度、大氣、進(jìn)出水溫度，澆筑完成后測(cè)量混凝土表面溫度，將測(cè)量數(shù)值規(guī)范記錄在表格中。

2.3 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)整理

收集的數(shù)據(jù)為不同部位不同作用的測(cè)量結(jié)果，底板中記錄了混凝土內(nèi)部隨著通水時(shí)間的推移上中下位置溫度的變化情況；在閘墩中記錄了混凝土內(nèi)部隨著通水時(shí)間的推移上中下位置溫度的變化情況及距離冷卻管10 cm、30 cm、50 cm位置的冷卻效果。在數(shù)據(jù)的整理中，首先是以小時(shí)為單位，整理24 h的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制當(dāng)天溫度曲線(xiàn)并計(jì)算當(dāng)天溫度的平均值。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)15°時(shí)停止測(cè)量，再以天為單位，繪制時(shí)間和平均溫度為坐標(biāo)軸的溫度曲線(xiàn)。

2.4 實(shí)例數(shù)據(jù)分析

以該工程7號(hào)底板和閘墩為例，分析溫控過(guò)程中溫度變化的過(guò)程。

由溫度曲線(xiàn)可以看出混凝土內(nèi)部在澆筑完成后第2天至第3天水化熱走向最高峰，之后一周內(nèi)呈逐步降低趨勢(shì)，直至降至20攝氏度左右，而此期間混凝土表面溫度一直維持在15～20℃左右，內(nèi)外溫差自第3天到第5天接近內(nèi)外溫差25℃，比較集中的消除了水化熱的散發(fā)強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土施工中產(chǎn)生裂縫的因素較多，主要由其本身的屬性和外部條件所引起。本工程中，除了嚴(yán)密的部署了水泥、外加劑等原材的選用之外，又進(jìn)一步的優(yōu)化了施工配合比；除了嚴(yán)密的把控了混凝土的拌合、運(yùn)輸、入倉(cāng)、振搗等細(xì)節(jié)，大膽的嘗試改進(jìn)了施工順序；除了做好混凝土的外部保溫之外，同時(shí)在模板的使用上實(shí)現(xiàn)了突破，最重要的是混凝土內(nèi)部降溫的措施。通過(guò)采取以上一系列措施，縱觀控制的過(guò)程，袁家口子水源工程大體積混凝土的施工和成品質(zhì)量得到了有效的控制，為今后的大體積混凝土施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。