大体积混凝土结构温控防裂技术研究与应用

宫宝军 华建飞

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司, 浙江 杭州 310051)

1 项目概况

涡河蒙城水利枢纽工程位于蒙城县城北关涡河上, 由节制闸、 分洪闸、 船闸三座建筑物组成, 是一座集防洪、 排涝、 蓄水灌溉、 交通航运于一体的枢纽工程。 节制闸过闸流量2400m3/s, 为中型水闸。

船闸主体结构主要由上闸首、 闸室和下闸首三个主要部分组成。 船闸闸室有效尺寸为240m ×23m ×4.20m (长×宽×门槛水深), 闸室底板总宽38.80m,厚2.80m。 上下闸首均为整体式闸室, 上闸首中间块一次性浇筑方量最大为15.6m×30m×2.8m=1310m3;下闸首中间块一次性浇筑方量最大为15.6m ×30.2m×3.5m=1649m3; 闸室钢筋混凝土底板中间块一次性浇筑方量最大为15.6m×20m×2.8m=874m3。

节制闸为开敞式结构, 共16 孔, 单孔净宽10m,闸室长23.0m, 底板厚度1.8m, 一次性浇筑方量1106m3。

2 技术特点

a. 闸首底板采取先中间后两侧浇筑顺序, 每块在竖向方向分为3 个层次浇筑。

b. 节制闸闸墩, 考虑新老混凝土约束和干缩等情况, 在闸墩与底板相接附近布设冷却水管, 以缩减底板与闸墩之间的温差, 有利于减小新老混凝土结合部位的温度应力。

c. 冷却水管转弯处、 连接处做好防水处理。 浇筑前, 对冷却水管进行试压试验。 混凝土浇筑至水管开始通水, 一旦开始降温可减缓冷却水流; 当降温速率接近或大于允许降温速率时, 结束通水冷却。 冷却水初始降温采用降水井水, 后期可采用由降水井排出水与冷却管排出水中和的温水[1]。

d. 混凝土温升过程约36h, 温升结束之前开始采取表面保温措施, 具体由中心温升过程线确定, 可在浇筑完成24 ~36h 开始覆盖棉被保温; 保温强度、 降温强度、 保温降温时间可由现场监测里表温差、 表面环境温差、 降温速率等综合确定。

3 工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 混凝土冷却水管布置

在船闸闸室底板、 上闸首底板、 下闸首底板、 廊道区域布设冷却水管。 冷却水管采用管径32mm 的铸铁管[2], 其计算参数见表1。

表1 冷却水管计算参数

3.2.2 混凝土结构施工

3.2.2 .1 上下闸首空箱以下结构施工

a. 施工分块、 分层划分。 上下闸首纵向被两条后浇带分为3 块, 施工过程中分块、 分层次浇筑混凝土。 中间块一次性浇筑成型; 边墩空箱以下结构分3次浇筑[3]。 分层浇筑见图2。

图2 分层浇筑示意图

b. 基础面和仓面清理。 模板封闭前对基础面进行首次清理, 确保仓面无积水、 积渣和其他杂物。

c. 钢筋制安。 钢筋交叉点采用梅花形绑扎, 绑扎时采用八字扣交错变换方向, 保证钢筋不产生位移。 钢筋安装完毕后, 放置垫块, 间距1m, 采用高强度混凝土垫块或花岗岩垫块, 厚度满足钢筋保护层要求。 根据预先弹好的墙体位置线, 将墙(柱) 伸入底板的插筋以及后浇带处附加插筋固定牢靠, 插入底板深度和甩出长度符合设计和规范要求, 同时用钢筋将插筋上部固定, 保证甩筋位置准确、 垂直、 不歪斜、 不倾倒及不变位。

d. 模板加工及安装。 模板安装前在内表面涂刷脱模剂, 等脱模剂晾干后再进行模板安装, 以避免脱模剂污染钢筋。 在模板架立前认真做放样控制, 严格控制模板的偏差。 模板加固时在外侧布置50mm ×70mm 木档作为次楞、φ48 ×3.25mm 钢管作为主楞,采用M12 螺杆加固。 次楞间距为35cm, 遇到对拉螺栓孔位置适当进行调整, 主楞采用双钢管, 用山型卡加固固定, 对拉螺栓的布置间距为70cm, 而且均布置于统一断面内。 模板安装时, 采用吊锤调整模板垂直度, 且在混凝土浇筑过程中随时检查模板的垂直度, 若有偏离须及时纠正。

e. 混凝土浇筑。 混凝土采用混凝土搅拌运输车运输, 首选从下游通往基坑的施工便道进入下闸首施工区域。

混凝土采用皮带机入仓, 浇筑前先对预埋筋和预埋件位置进行复查, 确保准确无误, 避免返工。 为了保证新老混凝土结合良好, 需事先对下部垫层混凝土进行适当洒水湿润或者预先铺设一层2 ~3cm 厚的水泥砂浆。 浇筑时应沿着结构物长边方向推进, 当仓面不是平面时应按照由低到高的顺序浇筑, 浇筑面要保持水平上升。 分层浇筑时, 每层厚度按照30cm 左右进行控制, 以保证混凝土初凝前下一层混凝土能及时覆盖。 在浇筑过程中安排木工、 钢筋工值班, 检查钢筋、 模板、 预埋件等是否出现异常现象, 以便及时处理。

按照施工总进度计划安排, 底板的浇筑将在秋冬季节进行。 因此, 在混凝土终凝后及时对其进行养护毯覆盖, 并安排专人洒水保湿养护。

3.2.2 .2 船闸闸室底板施工

a. 闸室底板的施工划分。 闸室底板, 由上游至下游依次编号为1 ~12 号闸室段, 每一闸室段根据两条后浇带的设置分3 块浇筑, 先浇筑中间块, 再浇筑两边两块, 预留出后浇带。

b. 混凝土运输及浇筑。 混凝土水平运输采用混凝土搅拌运输车, 利用从下游通往基坑的施工便道进入闸室施工区域。

混凝土浇筑采用皮带机入仓, 闸室底板中间块混凝土采用单台皮带机顺水流向台阶法浇筑, 控制台阶宽度不小于2m, 层厚约50cm。

3.2.2 .3 船闸输水廊道模板装设

闸首输水廊道采用木模。 模板装设前先将轮廓线弹出, 根据结构轮廓线装设模板, 搭设满堂支架作为侧模及顶板底模支撑。 支撑架立杆采用φ48 ×3.5mm的脚手架钢管(顶部架设专用顶托)。 闸室输水廊道采用移动模架配合钢模施工。

3.2.2 .4 节制闸闸室底板施工

a. 闸室底板的施工划分。 根据施工图纸, 节制闸闸室段2 孔为一联, 共8 联, 底板混凝土分8 块浇筑。 闸室底板, 由右岸至左岸依次编号为1 ~8 号闸室段, 每一闸室段底板一次性浇筑成型。

b. 混凝土运输及浇筑。 混凝土水平运输采用混凝土搅拌运输车, 利用从下游通往基坑的施工便道进入闸室施工区域。

节制闸闸室底板厚度1.8m, 混凝土一次性浇筑方量小于船闸上、 下闸首单次最大的浇筑方量, 船闸闸首底板施工时的机械配置和混凝土浇筑方量完全可以满足节制闸闸室底板的施工强度要求。 节制闸闸室底板混凝土具体浇筑及养护施工工艺同船闸。

3.2.2 .5 船闸闸墙和节制闸闸墩混凝土浇筑

船闸闸墙采用整体式大模板配合移动模架施工,节制闸闸墩浇筑采用组合式钢模板。

船闸闸墙混凝土浇筑采用泵送入仓方式, 节制闸闸墩混凝土浇筑采用门机配合吊罐入仓方式, 由于浇筑高度较大, 为避免混凝土离析现象发生, 考虑使用串筒。 按照30cm 一层严格控制分层厚度, 混凝土浇筑连续不间断, 确保在下层混凝土初凝前, 上层混凝土能够及时覆盖、 及时振捣。 混凝土入仓速度不宜过快, 以免对模板造成较大冲击。 混凝土浇筑过程中安排3 ~5 名木工和钢筋工值班, 随时监测模板有无跑偏和钢筋骨架有无移动现象, 发现异常及时调整, 以保证闸墙尺寸正确无误。 混凝土浇筑完成及时进行养护。

3.2.3 混凝土温控监测

3.2.3 .1 温控监测内容

温度监测主要内容包括环境体系温度测量和混凝土温度场监测。

a. 环境体系温度测量。 环境体系温度监测包括大气温度、 冷却水进出水温度测量。

大气温度监测包括当地季节温差、 日气温、 寒潮等变化规律的测量。 选取代表性的冷却水管, 在水管进水口、 出水口监测冷却水的温度。

b. 混凝土温度场监测。 混凝土温度场监测是大体积混凝土温控工作最为重要的内容之一。 需要结合温度场的分布特征, 通过合理布置一定数量的测温点, 监测大体积混凝土内部的温度场变化情况, 以指导温控措施的实施或调整, 使温控指标满足要求[4]。

3.2.3 .2 温度监测频率及要求

温度监测频率和要求如下:

a. 混凝土浇筑温度监测每台班24 次。

b. 大体积混凝土的温度监测持续7 天。 升温期间, 环境温度、 冷却水温度和内部温度每15min 监测一次, 降温期间每天监测24 次。 根据混凝土里表温度监测结果分析, 确定终止监测的时间。 监测的内容包括: 进、 出水管的温度; 混凝土内部温度; 大气温度; 混凝土表面温度。

c. 同步监测混凝土温度、 环境大气和冷却水的进出水温度。

d. 特殊情况下, 如寒潮期间, 适当加密监测次数。

3.2.3 .3 温度监控测点布置

选取1/4 结构作为主要测试区域, 在该区域布置关键测点, 测点的布置考虑混凝土内部冷却水管位置、 进出水口位置和温度场的分布规律等。

4 质量控制

4.1 施工安排

a. 拌和站骨料仓设置钢结构遮阳棚和自动喷淋系统, 有效降低骨料表面温度。

b. 做好地下水源和制冷设备的采备工作, 以便在持续高温的天气随时可以投入使用。

4.2 内部最高温度控制

a. 降低浇筑温度。 通过增加运输和入仓设备,提高混凝土浇筑能力, 缩短暴露时间; 缩短混凝土运输时间, 减少转运次数; 高温天气对模板进行洒水降温。

b. 经过分析论证认为有必要时, 掺入缓凝剂,延长混凝土凝结时间。

c. 按照施工方案进行分层施工, 并控制好分层厚度。

4.3 冷却水管的质量控制

a. 冷却水管使用前, 先进行压水试验, 避免冷却水管后续出现阻水或漏水现象。

b. 升温时段为形成紊流, 将通水流量的流速控制在0.65m/s 以上; 降温时段, 控制水阀将流速减半, 用层流冷却混凝土。

c. 冷却管采用φ32 的黑铁管, 管路采用回形方式, 水平铺设且各层间水管独立布置, 可在循环过程中根据测温数据自动调节温度。

d. 浇筑后12 天即可进行通水冷却, 冷却的前7天连续不断通水, 当混凝土温度下降超1.5℃/d 时停止通水。

e. 为保证混凝土水管中的水化热和冷却水温最高温度差小于25℃, 控制通水流量为20 ~25L/min,且每天4 次更换进出水流方向。

f. 控制冷却水管进水及出水温度差在10℃内,控制冷却速度在0.6℃/d, 防止混凝土产生温度裂缝。

g. 冷却管停止通水后, 每隔12h 测量一次混凝土温度, 直到新的浇筑层混凝土用细石混凝土将测温孔填实封孔为止, 冷却管应灌浆封孔, 并裁除伸出底板部分的冷却管。

5 结 语

通过采取优化混凝土配合比、 保温降温措施仿真分析和温度场监测控制等措施, 最大限度减小了大体积混凝土温差影响, 减少了温度裂缝, 确保了混凝土浇筑质量。 ■