乌江银盘水电站厂房混凝土施工温控和防裂.pdf

水利水电施工 2 0 1 4 第 6期 总第 1 4 7期 土早 期最 高温度 降低 o 4 C左 右 ，保 温时 间 以 1 2 d为 宜 ，过长会影 响混 凝 土表 面散热 ，而且夜 间气 温 较低 时 揭开散热 ，效果更好 。 2 2 4 仓面 喷雾 采用喷雾机喷雾，随着离喷头距离的不同，混凝土 仓面温度有不同程度 的降低，离喷头愈近 ，仓 面混凝土 温度 降低 幅度 愈大 ，仓 面喷雾 后混凝 土 温度较 环境 温 度 最大降温可达 1 2 2 C，在离喷头 9 1 2 m范围内可降温 6 1 O ，距离喷雾机 1 8 0 m，降温 1 3 。喷雾机有仰 角较无仰角时降温效果好，而且降低温度也较均匀。 2 3 优化配合 比，降低水化热温升和混凝 土最 高温度 2 3 1 原 材料 的优 选 主要选用华新 水 泥厂生 产 的 中热 5 2 5号 水 泥和一 级 粉煤灰 ，减水剂采用浙江龙游的Z B1 A为萘系缓凝高效 减水剂 ，引气剂为 DH9 ，单 掺减水 率达到 1 8 以上 ，与 引气剂 复合后减水 率可 达 2 2 以上 。 2 3 2 混凝土配合比优化 混凝土配合比优化的目的就是要在不降低混凝土基 本性能的前提下，减少水泥用量。经充分论证与试 验， 厂房混凝土粉煤灰掺量 由 2 O 提高到 2 5 ，减少水泥用 量 1 4 1 5 k g m。 ，降 低 单位 用 水 量 2 3 k g ，减 少 砂 率 2 ，可降低混凝土最高温度 0 6 O 。 8 C。 2 3 3混凝土级配 厂房属薄壁结构 ，仓面相对较小，钢筋多且密，含 量高 达 5 5 6 0 k g m。 ，混凝 土级 配一 般采 用 三级 配 ，钢 筋密 集部 位采用 二级 配 ，在基 础部 位 ，加 强管 理克服 人 仓 、振捣 困难 ，采用 了部 分 四级 配混 凝土 。四级 配混 凝 土比三级 配胶 凝材 料少 3 O 3 5 k g m。 ，相 应地 ，混凝 土 早期最高温度可降低 1 5 C左右。 2 4 施工管理 2 4 1 低温季节浇筑基础强约束 区混凝土 根据工程实际情况，厂房 3 4号机基础约束区混凝 土安排在高温季节浇筑，所以只能采取综合温控措施。 安装间及 l 2号机基础约束区混凝 土安排在低温季节 浇筑。 2 4 2 夜 间浇筑与入仓强度保证 夏季 白天太 阳辐 射热 高 ，对 混凝 土浇 筑温 度影 响很 大，研究表明，正午时段 由于太 阳辐射热温升影响，混 凝土浇筑温度升值达 5 6 ，所以混凝土安排在夜间浇 筑显然有利于降低混凝土最高温度。基础部位最大仓面 面积按 1 8 mX 3 2 m计 ；浇筑层厚按 1 1 5 m计 ，一仓混 凝土约 5 7 0 8 6 0 m。 ，从 1 8时至次 日 8时共 1 4 h ，平均 小 时人仓强度 4 0 6 0 m。 ，采用 6 m。罐，2台门机人仓完全 可以满足要求，所以应提高机械效率，加大入仓强度， 力争在一个夜间浇筑一个仓面。 2 4 3 合理 安排 ，短间歇 、均匀连续上升 低温季节浇 筑混凝 土 时 ，短 间歇均 匀连 续上 升有 利 2 8 于防裂 ，间 歇期 宜控 制 在 1 5 d之 内，最 长不 超 过 2 1 2 8 d ，否则遇气温骤 降时极易 出现裂缝 。但 由于结构上 的 原因，不可能完全做到，所以预计仓面将有较长停歇时， 应在混凝土仓面布置防裂钢筋。 2 5 冬季表面保温 工程实践与研究表 明，气温骤降是引起大体积混凝 土 表面裂缝 的主要客观原 因。厂房 主要采用聚乙烯卷材进行 表面保温 ，保温被厚度根据招标文件要求的等效放热系数 和保温材料的保温特性换算，一般为 1 2 2 3 c m。 保证保温效果的关键在于确保保温被干燥。实测资 料表面 ，保温被干燥 ，仓面 无 积水 和流 水 时 ，保温 被 内 外温差可达 3 2 O ，平 均值为 1 1 3 5 ，效果 良好 。当 保温被下有积水时 ，内外温 差 一4 5 1 0 5 C，平 均值 为 3 5 C，有时被内温度甚至低于被外气温，与 自来水水温 相差一4 5 C，平均相差 1 9 1 ，说 明效果差。当仓面 有流水时保温 效果更 差 ，被 内温 度几 乎与 水温 一致 ，与 被外气温差一5 1 0 ，平均值为 2 7 6 ，与自来水水温 差一4 5 ，平均相差 2 6 7 。如果仓面有积水将保温 被浮起而没有 流水 ，则 保温 效果 最差 ，混 凝 土表 面温度 与气温基本上一致 ，几乎没有保温效果 ( 实测效 果见 表 1 ) 。所 以冬季保温 时必 须做到 仓面无 积水 ，并 尽量 采 用不吸水的保温材料。 表 1 裂缝仓号分 区统计袁 部位 I区 区 区 合计 数 目 比例 2 1 8 2 8 7 2 7 1 9 1 l l 其中类缝数 目 比例 o o 2 1 o o o o o 2 类裂缝 占本区比例 o X 2 5 O 1 8 2 3 混凝土温控与防裂效果及分析 3 1 温控效果 3 1 1 混凝土 出机 口温度 通过 二次 风冷 骨料 、加冰 拌和 等多种 温控 措施 ，混 凝土出机 口温度基本满足设计规定的要求，2 0 0 8 2 0 1 0 年 7 C混 凝土出机 口温度统计为 ：最高 1 2 5 ，最低 2 0 C，平均 6 7 7 ，合格率达到 8 5 4 。 3 1 2混凝土入仓温度与浇筑温度 4 1 O月份实测 值统计表明 ，混凝土入仓温度最低4 7 C，最 高 1 O 1 8 ，平均 7 5 9 6 C，温度 回升率 0 0 3 8 8 0 0 8 7 2 。浇筑温度最低 7 1 0 ，最高 1 2 2 0 ， 温度回升率 0 0 9 2 7 0 2 2 0 6 ，总回升率 0 1 2 7 4 0 2 6 6 0 。 混凝土运输过程 中的温 度 回升率 较低 ，说 明运 输 车 辆的保温防晒效果明显，而混凝土浇筑过程中温升较高， 主要原因是仓面 未能 及时 盖保 温被 ，人 仓 强度较 低 ，混 凝土坯层不能及时覆盖而受太阳辐射升温，但总的温度 回升率基本上控制在 0 2 5以内。 3 1 3 混凝土早期最高温度 根 据预 埋在 2号 和 4号 机 内 的温 度 计 实 测 混 凝 土 早期最高温度统计可知 ，混凝 土早期最高温度 9 O 以 上在设计允许范 围内，但 由于温度计埋设 数量不多 ， 而且初始条件变化大，所 以混凝土早 期最高温度规律 性不 强 。 3 2 混 凝 土防 裂效 果 厂房混凝 土总量 约 8 O万 ，共 发生I 类 及 以上裂 缝 1 1 条，其中8 0 以上属I 、 类裂缝 ，平均 0 1 3 8 条 万 r n 3 混凝土。裂缝分类标准如下 ： I类：无规则性龟裂缝 ，缝宽 艿 O 2 mm，缝深 h 3 0 c m。对结构应力 、耐久 性和安全性基本无影 响。 类 ：表面 ( 浅层 )裂缝 ，0 2 mm缝 宽 O 3 mm， 3 0 c m缝 深 h l O O c m，3 m 平 面缝 长 L 5 m，呈规 则 状。对结构应力、耐久性和安全运行有一定影响。 类 ：深层裂缝 ，0 3 n 1 m 缝宽 0 5 mm，缝深 h 5 O O c m。 使结构应力、耐久性 和稳定安全 系数降到临界值或其 以 下 。 厂房混凝土虽然进行严格的温度控制 ，采取 了综合的 温控与防裂措 施 ，但仍发 生 了不少裂缝 ，特别 是 2 0 0 9年 冬季 ， 3号机发生了较多 的裂缝 。研 究分析认 为 ，产 生裂 缝的主要原因是气温骤降频繁，外来水流入使表面保温 失效以及混凝土间歇期过长等。裂缝分类统计详见表 2 。 表 2 裂缝分类统计表 裂 缝分 类 I类 类 类 合 计 数 目 5 4 2 1 1 比例( ) 4 5 5 3 6 4 1 8 2 3 3 裂缝成 因分析 3 3 1 外 界气 温骤降是 引起混凝 土表面 裂缝 的最主 要的 客观原 因 通过对表面浇筑层的温度应力进行计算表明，混凝土的 水化热温升很大，即使在 l 1 月份，内部最高温度也将达到 3 4 7 4 浇筑层 二分 之一厚度 处，口 一3 o w ( ms ) ， 在气温骤降时 ，混凝土表面温度应力增幅达 1 0 5 41 9 4 MP a ，而厂房混凝土实测抗拉强度最小为 2 1 2 MP a，平均为 2 5 1 MP a。尽管 2 0 0 9 年冬季实测平均气温与多年平均气 温相差不大 ，但 寒 潮频 繁 ，多达 6次 ，比多年 平均 3 3 4 次多了约一倍，而且降幅也很大，连续不断的寒潮使混 凝土表面 温 度应 力 叠 加 ，对 混 凝 土表 面 防裂 极 为 不利 ， 所以频繁的寒潮冲击是裂缝的主要原因。 3 3 2 表面保温失效是发生裂缝的重要原因 3 4号机 区由于受 I区施工弃水的影响，混凝土 表面长期被水浸泡，保温被的保温效果大大降低 ，在长 流水作 用 下 几 乎 失 效 ，所 以 区 裂 缝 最 多 ，占 总数 的 7 2 7 ， 其 中类裂 缝相 应 占 2 5 。区 由于施 工单 位 采取了堵排相结合的方式，外来水很少进入 ，所以区 混 凝 土 工 程 I I I 一 裂缝相对较少 ，只占总数的 9 1 ，而且无 类裂缝。相 比之下 1 、2号机由于没有外来水影响，所以基本上没有 发生裂缝 。 3 3 3 长间歇也是发生裂缝的重要原 因 由于施工设备不够，固结灌浆以及肘管安装进度缓 慢等原因，使浇筑块长期间歇，是混凝土产生裂缝的重 要原因。浇筑块间歇时间越长 ，越容易遭遇寒潮，使混 凝土产生裂缝。加上 由于混凝土表面温度不断降低，而 强度 和变形模 量不 断增 大 ，对上 层混 凝土 的 约束不 断加 大 ，使上层混凝 土 的温度变 形受 下层 老混 凝 土的 约束而 引起 的温度应力 加大 ，产生裂缝的几率加大 。 根据统计分析，混凝土产生裂缝的几率随间歇时间的 加大迅速上升。间歇时间小于 1 4 d产生的裂缝只有 2条， 占 1 8 2 ，1 4 2 8 d以及大于 2 8 d产生的裂缝各有 5 条和 4条 ，占 4 5 5 和 3 6 4 。 根 据温控计 算与 分析 ，当间 歇期超 过 1 4 d时 ，由于 水化热 的散 失 ，混凝 土 内部 降温 产生 的拉 应力 已抵 消 了 升温阶段产生的压应力，距混凝土表面 0 8 m范围内处于 受拉状态 。若 间歇期 再延 长 ，混 凝土 表 面拉应 力将 继续 增大，有可能引起混凝土裂缝。如遇寒潮保温又不好时， 混凝土表面温度骤降，拉应力陡增 ，产生裂缝难以避免， 所 以短 间歇均匀 连续浇 筑混 凝土 ，对 混凝 土 表面 防裂是 非常有利的。但厂房混凝土由于结构复杂，受金属结构、 机电设备安装以及钢筋安装等影响，很难做到均匀上升， 平均 间歇期 往往 超过一 个月 ，而在 长间歇 混凝 土 面上也 未加设 防裂 钢筋 ，对 混凝 土防裂不利 。 3 3 4 混凝土 内部温度较高是发生裂缝 的次要原 因 2 0 0 9年是厂房混凝土浇筑的高峰年，高温季节浇筑 混凝土量大，虽然采取了有效的温控措施，混凝土浇筑 温度在设计要求的范围之内，但由于内部热量散失较慢， 内部 温度仍 然较高 ，比如 3号机 比 1号机 同部 位 混凝 土 内部最高温度的平均值高 5 。进入冬季后，外界气温 低 ，表 面浇筑块 内外 温差 较 大 ，温度 的非 线性 分 布引起 混凝土表面较大的温度应力，从而引起裂缝，相比之下， 1 号机就很少 出现裂缝 。 3 3 5 混凝土 自生体积变形 从 2 号 机 、4 号机无应力计 的监测结果 可看 出，厂房 混凝 土在初 期 的 自生体 积变 形均 表现 为较 大 的收缩 。而 厂房混凝土间歇期较长，且有些部位 尚未脱离约束区， 这种收缩 的 自生体 积变 形受 到下 层混凝 土 的约束 ，从而 引起混凝土 内部 拉应 力 ，有可能导致裂缝的产生 。 3 3 6 厂房混凝土结构型式与分缝分块 厂房混凝土结构复杂，孑 L 洞较多，特别是在区形 成空间闭合框架，尾水管顶板混凝土受边墩及 中墩 的强 烈约束 ，加之厂房混凝土的结构特点决定了 区混凝土 对温度应力更敏感 ，所以 2号机 区混凝土也 出现 了 裂缝 。 厂房混凝土 目前施工阶段采用错缝分缝 ，希望在块体 降温过程中在交错处发生水平滑动以解除对温度变形的约 ( 下转第 3 2页) 2 9 豳 豳 _ 麓 水 利 水 电 施 工 2 0 1 4 第6 期 总 第1 4 7 期 3 3 混凝 土浇筑 施工 本 工程上 平洞衬 砌混凝 土均 采用 9 0 m。 混凝 土搅拌 车运输 ，HB T6 0混凝 土泵 泵送人 仓 ， 5 0 mm 及 7 0 mm 插入式振捣器振捣 。 3 3 1 底拱混凝土浇筑 上平洞底拱 自上 游 向下 游跳 仓浇 筑 ，便 于底拱 钢筋 绑扎、立模及浇筑等各流水作业工序相互错块施工，减 少 干扰 。每个底拱浇筑块均先 浇底 拱 中心线 2 4 。 范 围内无 模部位 ，宽约 2 5 m，并采 用 退管 法浇 筑 。无 模 部 位 混 凝土振捣完成后 ，首先用铁锹进行初平 ，再用刮尺贴 紧弧形 样架 左右 滑 动 ，刮 平 表 面 混凝 土 ，形 成 标 准 底 拱 过流 弧 面 ，在 混凝 土 初 凝 前 ，人 工 抹 面 收 光 。底 拱 1 2 0 。 范围内其他有模部位采取翻模施工 ，在混凝土初 凝前 ，先将底拱无模样架拆除，再松开模板拉条蝴蝶 扣及围檩两端节点板螺栓，即可将模板拆除 ，人工抹 面收光 。翻模 施 工前 ，应 对 底 拱 无 模 部 位混 凝 土 覆 盖 养护毯或泡沫板进行表面保护，严禁直接踩踏 ，并及 时洒水 养护 。 3 3 2边顶拱混凝土浇筑 上平洞边顶拱衬砌混凝土 自下游向上游依次逐块浇 筑 ，先利用排架 台车进 行钢 筋绑 扎 ，可 根据 实际情 况一 次性连续 绑 多个 浇 筑块 ，再将 台车返 回逐 块 立 模浇 筑 。 在边顶拱浇筑时 ，先 自两侧模板 预 留的下料 孔下料 浇筑 ， 并确保下料 自由落差不超过 1 5 m，以减少骨料分离现 象。同时左右两侧应均衡下料，浇筑高差控 制不 大于 3 0 c m，待两侧浇至最上一排下料孔底部时，及时封闭下 料孑 L ，并采取垂 直法 自浇筑块 的下 游端 向上 游端依 次 向 “ 冲天孑 L ”送料，直至整个顶拱全部浇筑完成。封顶时， 混凝土输送泵 必须使 用低 速挡进 行灌 注 ，并 随时 注意 灌 注口的压力变化，避免因混凝土注满后仍强行灌注而导 致压力过大使模板变形或爆模。 3 4 底拱混凝土表面修复 本 工程 上平 洞底 拱拆模 后 ，需 对定 位锥 孑 L 及 拉条 孑 L 进行填充修复，确保外观质量。定位锥孑 L 及拉条孑 L 均先 采用 M2 5( 不低于 C 2 5混凝 土强度 )预缩砂 浆填 补 ，填 补预缩砂 浆后对 孔 口表面用 磨板 搓平 ，并与 原结构 面预 留 l 2 mm。待预缩砂浆终凝后 ，用 4 2 5 R普通硅酸盐水 泥与 4 2 5 R 白水泥按 1 ： 1 1： L 5( 视周边结构混凝土外 观颜色而定)比例拌制均匀，再加入水与水玻璃按 1：1 比例拌制的混合液 ，拌成糊状水泥素浆，抹于预缩砂浆 表面，反复压平 、刮净。自然风干约 1 2 h后，用砂纸手 工精磨或用电动角磨机配金刚石磨光片 ( 或 2 2 0目大理 石抛光 片)进行 打磨 即可 。 4 施工工期及 效果 本工程 1 4号引水上平洞底 拱与边顶 拱各分 3 4仓 ， 共 6 8仓 ( 未含渐变段 3 6 仓) ，仅用 4个月的绝对工期全 部浇筑完成 ，最高峰单洞底板平均每两天浇一仓，单洞 边顶拱平均每三天浇一仓 ，平均浇筑强度为 1 7 5 m。 a 。 5 结束语 官地水电站引水上平洞采用底拱 翻模 、边顶拱简易 排架台车快速就位施工技术，不同于其他类似工程大断 面隧洞衬砌常采用钢模台车、针梁台车或满堂架的施工 方 案 ，不仅 克服 了钢 模 台车 因铺 设 轨道需 要 ，须 先在 圆 洞段底 拱回填石 渣、底板 需二 次清 理 的缺陷 ，而且克 服 了钢模台车安装繁琐、转移不方便的缺点，同时又克服 了直接搭设满堂架无法整体移位 ，需反复拆除、转移再 搭设 ，需耗 费大量人 力物 力 的缺点 。本底拱 翻模 跳仓 浇 筑法使钢筋绑扎、立模、浇筑各工序错块流水作业，效 率高。边顶拱简易排架台车，其底座纵横梁通过连接板 螺栓连接 ，轨道 可逐 块铺 设 ，也 可全 洞一 次性 铺设 ，具 有重量轻、安拆灵活简便、移动快速，排架无需每仓拆 除及经济节约等诸 多优 点 ，且可 确保 边顶拱 施工 时不 中 断隧洞交通 ，减 少对 其上 下游 其他 部位 施工 的干 扰 。由 于单洞投人少，可确保 4条引水上平洞同时施工，达到 了经济、快速、安全的良好效果。 ( 上 接 第 2 9页 ) 束 。以往工程实践 表 明，错缝 并不 能完 全 防止 裂缝 ，反 而在错缝上 下两端存 在应 力集 中 ，往往 在错 缝处 上下 互 相 拉裂 。如果错 缝黏 结牢 固 ，则温 度变 形 的约束 必然 引 起温度应力 ，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，则势 必 引起 裂缝 以释放温度应 力。 4 结束语 乌江银 盘 水 电站 厂 房 混凝 土 施 工 采 取 了综 合 的 温 3 2 控 与防裂 措 施 ，混 凝 土 出机 口温 度 达 到 了 7 ；浇 筑 温度 基本 控制 在设 计 允许 值之 内 ；但 由于 浇 筑 时 段 的 差异 ，3 号 机混 凝土 最高 温度 比 1号机平 均要 高 5 左 右 ，总的来说银盘水电站厂房混凝土温控与 防裂是成 功的。但 由于受机械设备的限制 ，部分机组段混凝土 间 歇时 间较长 ，加 之相 邻 块 施 工 弃 水 不 断流 入 使 混 凝 土保 温 失效 ，所 以在 2 0 0 9年 冬 季 频 繁寒 潮 的 冲击 下 ， 出现了较多的裂缝 ，这从反面印证了 昆凝土温度控制 对 防裂 的重要 性 。