大体积混凝土施工质量管理措施在船闸工程中的应用

张剑 中交第四航务工程局有限公司

1.工程概述及温控流程

赣江万安枢纽二线船闸土建工程W1标，设计等级Ⅲ级，其船闸闸室有效长度180m、有效宽度23m、最小门槛水深4.5m。导航墙及靠船墩等结构按3级建筑物设计，上游挡水围堰、上下闸首、闸室等前缘部分按Ⅰ级建筑物设计。根据工程施工计划，在船闸一期围堰建设成型且通过质量检验后，安排下闸首基础的开挖作业并施作该结构，二期围堰成型后开挖上游导航墙、进水墙、上闸首及闸室范围基础并施作该结构。混凝土浇筑属于工程中的重点施工内容，以分区、分层的方法有序浇筑，最终有效成型，其中单层厚度不超过3.0m。

2.原材料选取和配合比优化设计

2.1 原材料的选取

1）水泥。粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥等均适应于大体积混凝土施工中，禁止采用早强水泥。具体至本工程中，选用的是普通硅酸盐水泥P.O42.5，比表面积控制在300～380m/kg。

2）掺合料。双掺应用S95矿渣粉和Ⅱ级原状粉煤灰。

3）骨料。级配合理，最大公称粒径≤80 mm，采用细度模数为2.6～3.0mm的中砂。在确认骨料满足工程施工要求的前提下，将其置于料仓内，采取防晒、防雨等各类防护措施，以免骨料受到影响。

4）外加剂。减水剂、缓凝剂等均也是水工混凝土施工中常用的外加剂，具体根据《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T 5100—2014）和《水运工程混凝土质量控制标准》（JTS 202-2-2014）有关规范规定合理选择。在本工程中，选用的是缓凝型高性能减水剂，在此方式下混凝土的28d收缩率不超过100%。用量方面以试验的方式确定。

5）水。根据拌和需求，配套集装箱式冷水系统，目的在于对拌和用水做冷却处理，使其温度不超过5℃。夏季气温较高，骨料的温度相对偏高，在拌和现场配套制冰设备，以掺入碎冰的方法控制混凝土的出机温度，避免混合料温度过高。根据原材料的温度灵活调整加冰量，控制混合料温度在许可范围内。

2.2 配合比优化设计

在大体积混凝土配合比设计时，需要考虑到抗裂性能好、绝热温升低的要求，以此为导向合理优化配合比。在不影响设计混凝土强度和正常混凝土浇筑的前提下，尽量减少水泥的用量，以此缓解由水泥水化产生的硬化热现象。同时，需注重流动性、和易性的改善。

以强度等级为C 30 的混凝土为例，胶材用量拟用345k g/m、325kg/m，砂率35～45%，具体的材料使用情况如表1所示。

表1 混凝土胶凝材料组成（单位：kg/m3）

在345kg/m的胶材用量下，出机温度和浇筑温度如表2所示。

表2 C30混凝土出机温度

3.大体积混凝土施工控制

3.1 混凝土的质量控制

考虑到万安品质工程创建要求，选择优质的砂、石等原材料，加强进场时的取样检验。例如，在砂石材料的质量检验中，含泥量和含水量均要在规范规定的合理限值范围，以免影响混凝土的性能。然后，依据配合比精准称量原材料并充分拌和，得到均匀性较好的混凝土；拌和时加强对坍落度的检测与控制，且定期检查原材料的质量，禁止任何不满足要求的材料被投入使用。在确保混凝土强度满足设计及规范要求后，适当减小其坍落度，降低水的用量与水泥的用量的重量比值（水灰比），使混合料的拌和充分，原材料混合均匀，直至混凝土拌和后不出现离析现象。

3.2 原材料的温度控制

1）水泥的温控。在现场准备多个粉料罐，并分别配套喷淋设施，采取此方法对罐体做喷淋处理，使水泥的温度下降至合理的区间内。

2）矿物掺合料的温控。类似的，在现场准备多个粉料罐，做充分的冷却处理。

3）集料的温控。防晒和喷淋降温是重要的措施，在料仓搭建隔热遮阳棚，避免集料因直接暴露在环境中而升温；配套喷雾系统用于降温。在采取多项降温措施后，使集料在搅拌前的温度≤31℃。

3.3 运输过程的温控

装料前，先在罐体外表包裹土工布，再适量洒水，采取此方法降低温度。若装料队伍过长，位于后方的车辆先驶向阴凉部位，避免直接暴晒在烈日中。合理规划运输路线，尽可能缩短运输距离，道路需具有平整性和畅通性，以便有条不紊地将混凝土运送至施工现场。

加强对运输车辆的调度，及时运输混凝土，避免车辆长时间等待卸料。先到场的运输车需要优先卸料，尽可能缩短混凝土到场至卸料前的时间，以免混凝土在此阶段出现明显的温度上升现象。气温较高时，在卸料场地的周边设浇水点，目的在于以淋水的方法降低混凝土的温度（向运输罐表面淋水）。

3.4 混凝土浇筑的温控

加强对新拌混凝土的检查，不可出现坍落度大幅损失、离析、泌水等各类异常状况，否则不可投入使用。

施工时，妥善规划混凝土浇筑时间，不宜安排在午间温度较高时，且需要提高混凝土的浇筑能力，在不影响浇筑质量的前提下缩短混凝土暴露时间。均匀浇筑，避免局部用料过多或过少。以分层的方式有序摊铺，对上层进行振捣时适当向下层插入（深度达到50mm及以上），使相邻两层稳定结合。

对于浇筑到位且得到振捣处理的混凝土，及时采取表面覆盖措施，以免由于气温偏高而导致该部分混凝土大幅升温。浇筑可考虑台阶式浇筑方法，有序进行。此外，加强对混凝土表面的检查，若有泌水现象，尽快采取处理措施。顶层混凝土浇筑完成后，检查其实际状态，在该部分初凝前将二次振捣、二次抹面工作落实到位，提高施工质量，并在混凝土终凝前采用土工布或薄膜覆盖保湿的养护方法。对结构的仓面基底、模板适当洒水湿润，并以喷雾的方法降低或控制浇筑仓面的环境温度。

3.5 混凝土最高温度的控制

混凝土内部温度上升较快，且难以在短时间内降温，为此采取如下温度控制措施：在混凝土拌和阶段，掺入适量的缓凝剂，以延长混凝土的凝结时间；适当降低浇筑温度；以分层的方式有序浇筑，并尽可能保证各层厚度的均匀性。

3.6 混凝土养护与降温阶段的温度控制

根据地质勘察报告揭示，万安二线船闸项目所在地属于亚热带湿润气候、东亚季风区，多年平均气温19.4℃，极端低温天气为-6.9℃，极端最高气温为40.9℃。根据现场气候特征采取如下温度控制措施，以便混凝土有效成型。

1）遇炎热、干燥天气时：于混凝土侧面设喷淋系统，以喷水的方法降温，同时包裹塑料薄膜，做14d的保湿养护；同时，加强对混凝土顶面的温度控制，铺设土工布并洒水，再覆盖泡沫板，起到保温的效果，必要时用淋水设施适当降温。

2）气温下降时，采取如下温度控制措施：适当延迟模板拆除时间，参考同条件养护试块抗压强度值，具备拆模条件后随即安排拆模；覆盖土工布、棉被，起到保温的作用。需注重的是竖井段、廊道等部位，其孔口处需用保温材料做有效的保温处理，以免温度在短时间内大幅下降。同时，部分混凝土结构需回填覆盖，此时密切关注现场条件，尽早安排回填保温。在混凝土顶面的温度控制中，先铺设一层塑料薄膜，再覆盖土工布，通过此类措施的落实，使混凝土的表面始终保持湿润。

3.7 分层、分块施工

以分层、分块的方法有序施工混凝土结构，连续浇筑时分层厚度控制在300～500mm，且尽可能保证各层厚度的均匀性。在已浇筑的混凝土上新浇筑时，为使层间稳定结合，需要缩短层间间歇时间，具体不大于7d。

为使新旧混凝土稳定衔接，先凿除旧混凝土面的水泥浆和软弱层，再清理松动的粗骨料，按施工缝的要求处理混凝土表面，及时处理过程中产生的建筑杂物，用水冲洗、清洁干净，同时使其保持湿润的状态。材料方面，新浇筑部分首层混凝土要比既有部分高一级标号。

4.温度监测

（1）温度监测采用的是高精度的温度传感器，要求其测温范围达到-40～125℃，灵敏度0.25℃，精度±0.5℃。

（2）温度传感器的精度必须得到保证，为此，在使用前校准，确认无异常后方可投入使用[3]。

（3）根据温度监测结果判断混凝土的温度特性，待其降温速率不超过2℃/d时，可停止温度检测。

（4）尽可能集中、一次性布置测温元件的引出线，并对其采取必要的防护措施。混凝土浇筑、振捣时加强防护，以免测温元件和引出线受损。

（5）大体积混凝土对温度的控制要求较高，为满足温度检测要求，预埋6个温度传感器，并在外部安装1个，经过检测后，确定所浇筑的混凝土结构中心最高温度、下表面温度、上表面温度、内表温差、环境温度。定期开展温度检测工作，自混凝土浇筑时开始，以每1h/次的频率监测，并根据内部最高温度判断是否具备停止监测的条件。以夏季施工为例，该值下降至45℃时可结束。

根据各温度变化阶段合理设定传感器的采集频率：混凝土浇筑开始至降温开始前2d，按照每1h一次的频率开展监测工作；降温2d后，每1h一次；随着时间的推移，待中心温度降低至45℃时可停止温度监测，或是在内表温差、表面与环境温差减小至5℃时也可以结束温度监测。

4.1 外部温度的监测

外部温度监测对象包含气温、水文、混凝土入仓温度等，监测仪器可以选用温度计或高精度的红外线测温仪，及时开展监测工作，详细记录温度数据。

4.2 内部温度的监测

1）在船闸工程的大体积混凝土施工中，因结构高度高，浇筑仓面数量较多，需要选择面积大，浇筑方量多的具有代表性的仓面，针对此类部位开展混凝土内部温度测量工作，具体包含闸室闸墙底部、基础强约束区的仓面等部位，对此类代表区域进行温度监测后，判断混凝土内部的温度，然后预测其发展趋势，采取有效的控制措施，将混凝土内部温度稳定、控制在合理的区间内，以免出现混凝土裂缝。

2）实际测量中，在最大截面中心部位布设温度传感器，数量以2个以上为宜，同时在距中心监测点垂直表面5cm下方布设温度传感器。经过测量后，根据实测数据判断内部混凝土温度的变化规律，以便采取有效的温度控制措施，给内部混凝土的成型创设良好的温度条件。

4.3 温度监测频率

浇筑开始至降温前2d，每1h安排一次监测；降温2d后，频率调整为每2h一次；随着中心温度的变化，待其降低至45℃以内时，停止温度监测。

4.4 温度监测数据的记录、整理、分析

及时采集温度监测数据并做完整的记录，根据监测数据绘制图形，动态判断温度的变化趋势。将传感器开始接触混凝土视为数据监测的起始时刻，存在异常值时予以剔除，以免影响到数据分析结果的准确性。严格依据规范采集数据并上传，根据监测数据围绕施工情况做客观的评价，结合数据反馈的混凝土温度情况灵活调整施工参数，必要时对施工方法做相应的优化，以便更加合理地施工，确保大体积混凝土的有效成型。

4.5 温度超出许可范围时的控制措施

进场水泥的温度不可超过65℃，若实测温度超过该值，需置于阴凉、通风的区域，以便有效降温，直至实测温度在许可范围内为止。此外，混凝土出机口的温度检测与控制尤为关键，要求该值在28℃以内，若超出许可范围，根据现场环境采取遮阳、喷淋水等相关控制措施，实现对混凝土温度的控制，直至出机口的温度在许可范围内为止，此时方可出料、运输、浇筑。

5.结语

在船闸大体积混凝土施工中，温度控制属于重要内容，原因在于混凝土温度不合理时易诱发裂缝或其他形式的病害。在具体的温度控制中，需要加强原材料温度控制、浇筑温度控制、养护温度控制等，全面保证各阶段各项温度参数的合理性。还需规范施工，依据科学的方法将混凝土拌和、浇筑、养护等工作落实到位，最终顺利建成船闸结构。