大體積混凝土薄層澆筑技術(shù)----技術(shù)交底

薄層澆筑是大體積混凝土常用的施工方法之一，也是一項有效的溫度控制措施。其優(yōu)點是施工工藝簡單，適用性強(qiáng)，溫控費用低。但當(dāng)基巖（或老混凝土）剛度較大時，基礎(chǔ)混凝土薄塊的自由變形往往受到很大約束，在降溫期易發(fā)生貫穿裂縫；且由于其散熱面積大、降溫快，施工期間易產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差，如保護(hù)不當(dāng)，將會使表面裂縫增多，甚至成為貫穿裂縫的誘發(fā)因素。因此，探討薄層澆筑適宜的施工方法和溫控措施，特別是在使用常規(guī)材料、不采取加冰降溫等措施的條件下正常施工，仍是一項重要課題?，F(xiàn)通過合川水電站主廠房大體積混凝土基礎(chǔ)薄層澆筑的實踐，介紹其溫控技術(shù)和施工方法。

第1章 工程概況

主廠房凈寬17m，包括副廠房及進(jìn)出水口構(gòu)筑物，基坑開挖面積為70m×48m，最大挖深21.5m，基底為整體泥、頁巖互層，飽和抗壓強(qiáng)度6.6~37.8MPa，巖基開挖后用C15素混凝土封底，平均厚度35cm。基礎(chǔ)底板厚4~7m，混凝土量約2萬m3。當(dāng)?shù)匾话隳攴葑罡咴缕骄鶜鉁?/span>28.6℃，年平均氣溫18.1℃?；A(chǔ)混凝土于3月中旬開始澆筑，同年5月澆完并陸續(xù)施工上部結(jié)構(gòu)。澆筑時段平均氣溫約17.4℃。

混凝土施工技術(shù)要求：R60、C20混凝土，水泥用量不大于260kg/m3，強(qiáng)度保證率90%，極限拉伸值不低于0.85×10-4，施工時段混凝土最高溫度須控制在38~44℃之間。

第2章 溫度、應(yīng)力計算及抗裂分析

大體積混凝土薄層澆筑時，其分層厚度、分塊方法和允許間歇時間的確定，是施工和溫控方案的主要內(nèi)容。它既取決于澆筑時段氣溫、溫控手段及施工能力，又對工程造價、工期有很大影響。因此，須進(jìn)行必要的溫度、應(yīng)力計算和抗裂分析。

第1節(jié) 最高水化熱平均溫升T r計算

T ri =G iθ0                                                        （3-5-1）

式中G I——澆筑間歇為I（d）時，混凝土表面散熱系數(shù)，澆筑塊不同層厚、不同間歇時間的G值見表3-5-1；

    θ0——水泥水化熱絕熱溫升（℃） θ0=QW/CP，Q為單位水泥用量（kg/m3）取260；W為水泥最終水化熱（kJ/kg），取334.9（28d）；C為混凝土的比熱（kJ/kg·℃），取1.005；P為混凝土質(zhì)量密度（kg/m3），取2450；據(jù)此算得θ0 =35.36℃。

第2節(jié) 基礎(chǔ)允許溫差ΔT及抗裂計算

基礎(chǔ)允許溫差是指基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)混凝土最高溫度與穩(wěn)定溫度之差，也是實施薄層澆筑的重要參數(shù)。

    眾所周知，關(guān)于基礎(chǔ)約束范圍，薄層澆筑時明顯區(qū)別于具有多個自由表面的柱狀結(jié)構(gòu)。因為基礎(chǔ)工程屬于直接澆筑在基巖或老混凝土上的薄板，按照單獨澆筑塊溫度應(yīng)力理論，當(dāng)澆筑塊的高長比（H/L），小于0.125時，不僅底部基礎(chǔ)約束系數(shù)顯著增大，且整個截面都處于強(qiáng)約束狀態(tài)（圖3-5-1），尤其是降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力沿截面高度分布也比較均勻，發(fā)生貫穿裂縫的可能性較大。

可求得

ΔT =T p +T r-T f≤（1-μ）? p/（R p·R·α）

式中T p——混凝土澆筑溫度（℃），在骨料不采取預(yù)冷措施時，可取澆筑時段平均氣溫加5℃計算，T p =17.4十5=22.4℃；

     T f ——混凝土穩(wěn)定溫度，代表結(jié)構(gòu)所處環(huán)境相對穩(wěn)定的溫度變化平均值，本工程施工期較長，近似用年平均氣溫代替，T f =18.1℃；

     R p——混凝土松弛系數(shù)，取0.5；

     R ——基礎(chǔ)約束系數(shù)，取0.8；

     μ——混凝土泊松比，取1/6；

     α——混凝土線膨脹系數(shù)，取10-6；

     ? p——混凝土極限拉伸值0.85×10-4.

    將以上數(shù)據(jù)代入（3-5-2）式：ΔT =T p +T r-T f≤17.7~18℃                 （3-5-3）

    利用（3-5-3）式及表3-5-l數(shù)據(jù)，可求得不同層厚、不同間歇的澆筑溫度T p，或在澆筑溫度己定時求得混凝土最高允許平均溫度。如按間歇5d，層厚1.0m時，T p =ΔT- T r + T f =l8-l5.9+l8.1=20.2℃；或當(dāng)澆筑溫度為25℃、分層厚1.0m，T p =ΔT- T r + T f =18-25+l8.1=11.1℃，再由表3-5-1查得間歇時間應(yīng)為7d等。

    如澆筑時段氣溫較高，不能滿足基礎(chǔ)溫差要求及進(jìn)度要求時，必須對骨料進(jìn)行預(yù)冷或采取其他降溫減熱措施。

第3節(jié) 混凝土表面保護(hù)及應(yīng)力計算

根據(jù)施工經(jīng)驗，在炎熱季節(jié)進(jìn)行混凝土表面保護(hù)，可有效地防止熱量倒灌和減少表面早期脫水產(chǎn)生的干裂，這在一般情況下較易做到，而氣溫驟降引起的內(nèi)外溫差，必然引起薄層澆筑塊表面拉應(yīng)力復(fù)雜的疊加現(xiàn)象，是造成混凝土表面裂縫的重要原因。重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定，當(dāng)日平均氣溫在2~4d內(nèi)連續(xù)下降6~9℃時，基礎(chǔ)及其他重要部位，齡期未滿28d的混凝土裸露表面，應(yīng)進(jìn)行表面保護(hù)，但對保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)未作統(tǒng)一規(guī)定。據(jù)氣象資料，工程地點3月份平均氣溫為14℃，4月份為l8.5℃，均可能出現(xiàn)每月2~3次連續(xù)降溫天氣，最大降溫幅度可達(dá)6~9℃。經(jīng)計算，混凝土表面裸露時，齡期3d開始降溫，歷時2~3d，表面拉應(yīng)力為l.09MPa，大于該齡期時混凝土抗拉強(qiáng)度0.83MPa，當(dāng)采用草袋（l~2層）覆蓋時，表面拉應(yīng)力可降至0.71MPa；齡期14d、表面裸露的混凝土、表面拉應(yīng)力為1.44MPa，即小于該齡期的抗拉強(qiáng)度1.49MPa?？紤]到薄層澆筑塊件對溫度變化較敏感的特點和施工時段氣溫，宜將表面保護(hù)齡期定為20d。

第3章 施工情況

第1節(jié) 混凝土原材料及配合比

每立方米混凝土配合比為：425號普通硅酸鹽水泥256~260kg，特細(xì)砂（細(xì)度模量0.9~1.5）404kg，三級配卵石（粒徑0~20、20~40、40~80mm）1700kg，附加劑溶液6.4kg，水灰比小于0.4，坍落度1~3cm，混凝土質(zhì)量密度約2468kg/m3。

第2節(jié) 分層分塊及澆筑間歇

在施工設(shè)計中，按溫控要求及結(jié)構(gòu)的整體性，沿基礎(chǔ)高度劃分為4~7個澆筑層，每層分若干澆筑塊。上下層采用錯縫搭接，塊間豎縫互不貫通，搭接長度不小于塊件厚度。分塊長度10~15m，個別最大為20m，長寬比約為2.5：1?；A(chǔ)最底層厚度為1.0m，局部按結(jié)構(gòu)尺寸需要為1.3m；二層以上為1.5~1.7m。澆筑塊高長比一般不小于0.08。底層澆筑間歇對水平施工縫為5d，豎縫4d；上部均為7d。為保證塊間混凝土結(jié)合良好，所有施工縫均用人工鑿成毛面，鑿入深度為粗骨料露出1/3左右。

第3節(jié) 施工中的幾項具體溫控措施

優(yōu)化配比。在混凝土中摻加術(shù)鈣系復(fù)合減水劑。據(jù)試驗，當(dāng)摻量為0.25%時，每立方米混凝土節(jié)約水泥20kg以上，可降低水化熱絕熱溫升2~3℃。

降低混凝土澆筑溫度。在成品砂石料進(jìn)入拌合樓前通過地垅取料，并在外露皮帶機(jī)頂部設(shè)遮陽罩；高溫天氣澆筑時在倉面搭建簡易涼棚，在其周圍噴水霧降溫；盡量避開高溫時段，充分利用夜間、早、晚氣溫較低時澆筑；必要時適當(dāng)延長澆筑間歇，使下部混凝土充分散熱；對因安裝設(shè)備、預(yù)埋管道等不能及時澆筑的塊件，延長時間超過10d時，按基礎(chǔ)允許溫差嚴(yán)格控制。

加強(qiáng)溫度監(jiān)測。主要控制澆筑溫度，并在不同施工時段對澆筑塊最高溫度進(jìn)行抽查，為實施溫控方案提供依據(jù)。

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施工過程中的檢查表明，混凝土表面的裂縫少而分散，多發(fā)生在水平孔道頂部塊件的上表面及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角部位。電站投入使用前由工程監(jiān)理單位組織檢查驗收，經(jīng)超聲波儀全面探測，未發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)存在有害裂縫。電站投入使用以來安全運行，證明施工期間控溫防裂工作取得了較好的效果。

實踐證明，在摻合料源、低熱水泥供應(yīng)受到限制時，用普通水泥混凝土實行薄層澆筑大體積結(jié)構(gòu)是可行的。關(guān)鍵是要把溫控理論、已有經(jīng)驗和實際情況相結(jié)合，才能制定出有效的施工和溫控方案；同時應(yīng)切實抓好施工組織協(xié)調(diào)，盡量做到短間歇快速澆筑。在工程試驗方面，還須保證混凝土的強(qiáng)度、彈性模量及極限拉伸值同時滿足設(shè)計要求，以增強(qiáng)混凝土的抗裂性能，為溫控防裂打下良好基礎(chǔ)。