大體積混凝土的工程運用分析
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本文作者：王路 單位：新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局
一、引言
工程上現(xiàn)行的大體積砼一般認(rèn)為是一次澆筑量大于1000m3或者砼結(jié)構(gòu)實體最小尺寸等于或大于2m，而且混凝土澆筑需考慮溫度控制措施和由水化熱作用形成的混凝土內(nèi)外溫度差所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力而帶來的裂縫開展的混凝土結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等，其主要的特點就是體積大，表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快。很明顯如果混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，因而必須從根本上分析它，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展以來保證其施工質(zhì)量。隨著大體積混凝土的不斷應(yīng)用，我們必須加強(qiáng)對其工程特性分析及施工技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，使其更好的服務(wù)工程建設(shè)。
二、大體積混凝土的設(shè)計及施工要領(lǐng)
大體積砼基礎(chǔ)的工程設(shè)計首先是必須滿足一般混凝土設(shè)計規(guī)范及生產(chǎn)工藝的要求，其次大體積砼的設(shè)計還應(yīng)特別注意下面幾點：第一點就是大體積砼的設(shè)計強(qiáng)度等級最好是在C35附近，要配置一定合理的構(gòu)造鋼筋來承受溫度應(yīng)力及控制溫度裂縫開展；第二點如果巖石類地基上修建大體積砼時，于砼墊層上設(shè)計滑動層是要特別注意的，與此同時在工程的設(shè)計時要盡可能地減少大體積砼的外部約束，設(shè)置工程的水平施工縫，這主要是基于砼澆筑過程中對溫度裂縫控制的標(biāo)準(zhǔn)要求。在大體積砼工程正式施工前，應(yīng)提前計算澆筑砼體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力，準(zhǔn)確得出施工階段的升溫最大值，內(nèi)外的溫差及降溫速率的控制指標(biāo)，初步制定溫度控制的技術(shù)措施。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗砼的入模溫度絕熱溫升值最大值小于50℃，內(nèi)外的溫差小于35℃，降溫速率一般為2.5℃/d。最好提前了解近期的氣象情況，做好大體積混凝土施工工作。施工模板上的應(yīng)用要注意大體積砼的施工模板宜采用鋼質(zhì)、木質(zhì)或鋼木混合使用的模板。
三、工程應(yīng)用分析
1．工程基本概況
本文討論工程是常態(tài)混凝土雙曲中厚拱壩，該水庫為典型的峽谷型水庫，壩址位于布爾津河干流河段出山口以上4km的V型峽谷內(nèi)。壩頂高程649m，建基面高程555m，最大壩高94m，壩頂厚10m，壩底厚27m，厚高比為0.287。該拱壩為高壩，構(gòu)成上、下游壩面的曲線多變，體型復(fù)雜。兩岸基巖裸露，地形坡度50°~60°。由于壩址區(qū)兩岸岸坡陡峭，施工道路、臨建設(shè)施布置較為困難。兩岸壩肩和纜機(jī)平臺施工，特別是開挖高差和難度大，制約施工進(jìn)度，增加施工成本投入。工程所在地地理位置緯度高，太陽輻射量小，加之受準(zhǔn)噶爾盆地古爾班通古特沙漠的影響。氣溫年較差懸殊，日較差明顯。由于工程地處嚴(yán)寒地區(qū)，氣候條件嚴(yán)酷，為保證工程質(zhì)量防止危害性裂縫的產(chǎn)生，為實現(xiàn)對山口水利樞紐拱壩工程高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)要求，對大壩混凝土的溫控措施提出了嚴(yán)格要求：高溫季節(jié)澆筑溫度要求8℃~12℃，低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度不宜低于3℃，壩體封拱溫度為6℃~8℃。
2．工程施工重點和難點分析
（1）前期纜機(jī)平臺和壩肩開挖工期緊、難度大根據(jù)招標(biāo)文件要求，左右岸壩肩、纜機(jī)平臺的開挖必須在截流前完成。根據(jù)施工進(jìn)度計劃，截流時間為2009年9月21日，在開工二個月內(nèi)需完成29.7萬m3開挖工程量，開挖強(qiáng)度較高，同時工作面峽窄，上、下層交叉影響大，安全隱患大。（2）左右壩坡山勢陡峭，施工道路布置難度極大目前現(xiàn)場未有上左右岸壩頭和纜機(jī)平臺的施工道路，工程開工后必須立即修筑，由于左右壩肩山勢陡俏，施工道路布置難度極大。（3）高緯度、高溫差條件下的混凝土施工鑒于本工程所處地理位置的環(huán)境，拱壩壩體結(jié)構(gòu)的特殊性，以及招標(biāo)文件對壩體溫度控制的高要求，這些都對我們提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如何采取有效措施解決壩體混凝土溫升控制，確保溫差有效受控，預(yù)防和減少裂縫產(chǎn)生是本工程施工必須面對和解決的重大技術(shù)問題。除了高溫外，低溫季節(jié)成品及半成品混凝土保護(hù)問題直接影響到混凝土的品質(zhì)，也是本工程施工需重點關(guān)注的問題和難點之一。（4）如何保證纜機(jī)的運行效率由于壩體混凝土大部分采用纜機(jī)吊運入倉方式，且混凝土持續(xù)高強(qiáng)度施工，因此如何保證纜機(jī)的運行效率將關(guān)系到壩體混凝土的澆筑強(qiáng)度，從而影響施工總進(jìn)度計劃。最后，混凝土澆筑不僅持續(xù)高強(qiáng)度施工，而且在澆筑過程中需要進(jìn)行蓋重固灌、鋼襯安裝、表深孔施工等，對混凝土的澆筑影響較大，同時因深孔、壩頂?shù)然炷良跋嚓P(guān)深孔鋼襯制作安裝、閘門和啟閉設(shè)備等金結(jié)安裝要跟上，造成了本工程工期緊、強(qiáng)度高、干擾大的特點，必須選擇先進(jìn)的施工工藝、倉塊的合理安排和采取一些必要的措施予以解決。
3．工程施工技術(shù)方案簡述
原材料選用低水化熱水泥，施工的石子采用含泥量不大于1%的直徑為5~31.5mm碎石，砂子采用含泥量不大于3%的中砂，采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，取用HF-53抗裂的泵送劑，泵送劑的摻量約為水泥總用量的8.5%。混凝土的拌制、運送和相關(guān)的準(zhǔn)備工作限于篇幅在此不做詳細(xì)敘述。工程的混凝土澆筑采用大體積砼施工中常用的拖式泵，施工過程中不應(yīng)留有工程施工縫，由西向東分層進(jìn)行砼澆筑。但是注意分層的厚度要小于500mm，泵管輸送方向要依據(jù)砼澆筑的速度及間隔時間進(jìn)行即時調(diào)整。根據(jù)施工經(jīng)驗最好于基礎(chǔ)內(nèi)德固定架上設(shè)置砼澆筑厚度的標(biāo)識，以便控制其澆筑厚度。根據(jù)本工程的現(xiàn)場攪拌站情況，基礎(chǔ)底座工程澆筑共分三層，每層時間約為8h。在砼澆筑的整個過程中必須安排工程專業(yè)人員進(jìn)行看筋、看模工作，要是發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行檢修和調(diào)整。作者在本工程施工過程中發(fā)現(xiàn)，大體積砼的澆筑過程的砼表面泌水現(xiàn)象非常嚴(yán)重。發(fā)現(xiàn)這一問題時采取的措施是引導(dǎo)水流向較底處進(jìn)行排除，用人工集中排出積水。由于基礎(chǔ)得澆筑高度大，導(dǎo)致產(chǎn)生相應(yīng)的較大沉降量，因此澆筑后沿基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)片出現(xiàn)了裂縫。所以工程施工時對澆筑的混凝土進(jìn)行二次振搗和抹壓來減少裂縫的出現(xiàn)，即澆筑完混凝土后在初凝前在表面再進(jìn)行細(xì)致的振搗，用木抹子壓一遍，稍許時間后再進(jìn)行一次抹壓，并做好養(yǎng)護(hù)工作。大體積砼在澆筑時在表面及模板內(nèi)側(cè)1m范圍內(nèi)均勻撒摻量為5kg/m3鋼纖維，振搗抹壓密實，這一施工做法可以防止混凝土表面產(chǎn)生裂縫。
混凝土振搗時插入點應(yīng)均勻布置，要做到快插慢拔?；炷翝仓辏炷两咏跄斑M(jìn)行二次振搗，在最后凝結(jié)之前的一段時間內(nèi)，使用工具對混凝土的表面進(jìn)行二次的壓光，這樣可以避免混凝土的表面形成干裂縫混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行澆筑，保證基礎(chǔ)混凝土連續(xù)一次澆筑完。為了消除所有施工的安全隱患，安排工程人員對混凝土的施工機(jī)械要提前進(jìn)行檢查。施工管理人員注意分二班一倒實施混凝土施工，使得白、夜班的人員充足，絕對不應(yīng)出現(xiàn)一班連續(xù)施工。
四、結(jié)論
大體積混凝土工程的施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，第一方面是由于混凝土得內(nèi)部因素，即其所產(chǎn)生的內(nèi)外溫差所造成的；第二方面是混凝土的外部因素，即砼結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點間的約束，阻止了混凝土的收縮變形，這樣一來混凝土抗壓強(qiáng)度較大，而這時的受拉應(yīng)力卻很小，所以形成的溫度應(yīng)力一旦超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)裂縫?？傊炷潦┕?、設(shè)計方面和其本身的影響以及環(huán)境都會造成，施工方面的因素約占80%。因此廣大的工程人員應(yīng)著重加強(qiáng)施工技術(shù)方面的研究和管理。