大体积混凝土的工程运用分析

本文作者：王路 单位：新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局

一、引言

工程上现行的大体积砼一般认为是一次浇筑量大于1000m3或者砼结构实体最小尺寸等于或大于2m，而且混凝土浇筑需考虑温度控制措施和由水化热作用形成的混凝土内外温度差所产生的温度应力而带来的裂缝开展的混凝土结构。现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等，其主要的特点就是体积大，表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。很明显如果混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度应力裂缝，影响结构安全和正常使用，因而必须从根本上分析它，合理解决温度应力并控制裂缝开展以来保证其施工质量。随着大体积混凝土的不断应用，我们必须加强对其工程特性分析及施工技术创新和改进，使其更好的服务工程建设。

二、大体积混凝土的设计及施工要领

大体积砼基础的工程设计首先是必须满足一般混凝土设计规范及生产工艺的要求，其次大体积砼的设计还应特别注意下面几点：第一点就是大体积砼的设计强度等级最好是在C35附近，要配置一定合理的构造钢筋来承受温度应力及控制温度裂缝开展；第二点如果岩石类地基上修建大体积砼时，于砼垫层上设计滑动层是要特别注意的，与此同时在工程的设计时要尽可能地减少大体积砼的外部约束，设置工程的水平施工缝，这主要是基于砼浇筑过程中对温度裂缝控制的标准要求。在大体积砼工程正式施工前，应提前计算浇筑砼体的温度、温度应力及收缩应力，准确得出施工阶段的升温最大值，内外的温差及降温速率的控制指标，初步制定温度控制的技术措施。根据以往工程的经验砼的入模温度绝热温升值最大值小于50℃，内外的温差小于35℃，降温速率一般为2.5℃/d。最好提前了解近期的气象情况，做好大体积混凝土施工工作。施工模板上的应用要注意大体积砼的施工模板宜采用钢质、木质或钢木混合使用的模板。

三、工程应用分析

1．工程基本概况

本文讨论工程是常态混凝土双曲中厚拱坝，该水库为典型的峡谷型水库，坝址位于布尔津河干流河段出山口以上4km的V型峡谷内。坝顶高程649m，建基面高程555m，最大坝高94m，坝顶厚10m，坝底厚27m，厚高比为0.287。该拱坝为高坝，构成上、下游坝面的曲线多变，体型复杂。两岸基岩裸露，地形坡度50°~60°。由于坝址区两岸岸坡陡峭，施工道路、临建设施布置较为困难。两岸坝肩和缆机平台施工，特别是开挖高差和难度大，制约施工进度，增加施工成本投入。工程所在地地理位置纬度高，太阳辐射量小，加之受准噶尔盆地古尔班通古特沙漠的影响。气温年较差悬殊，日较差明显。由于工程地处严寒地区，气候条件严酷，为保证工程质量防止危害性裂缝的产生，为实现对山口水利枢纽拱坝工程高质量、高标准的建设要求，对大坝混凝土的温控措施提出了严格要求：高温季节浇筑温度要求8℃~12℃，低温季节混凝土浇筑温度不宜低于3℃，坝体封拱温度为6℃~8℃。

2．工程施工重点和难点分析

（1）前期缆机平台和坝肩开挖工期紧、难度大根据招标文件要求，左右岸坝肩、缆机平台的开挖必须在截流前完成。根据施工进度计划，截流时间为2009年9月21日，在开工二个月内需完成29.7万m3开挖工程量，开挖强度较高，同时工作面峡窄，上、下层交叉影响大，安全隐患大。（2）左右坝坡山势陡峭，施工道路布置难度极大目前现场未有上左右岸坝头和缆机平台的施工道路，工程开工后必须立即修筑，由于左右坝肩山势陡俏，施工道路布置难度极大。（3）高纬度、高温差条件下的混凝土施工鉴于本工程所处地理位置的环境，拱坝坝体结构的特殊性，以及招标文件对坝体温度控制的高要求，这些都对我们提出了严峻的挑战，如何采取有效措施解决坝体混凝土温升控制，确保温差有效受控，预防和减少裂缝产生是本工程施工必须面对和解决的重大技术问题。除了高温外，低温季节成品及半成品混凝土保护问题直接影响到混凝土的品质，也是本工程施工需重点关注的问题和难点之一。（4）如何保证缆机的运行效率由于坝体混凝土大部分采用缆机吊运入仓方式，且混凝土持续高强度施工，因此如何保证缆机的运行效率将关系到坝体混凝土的浇筑强度，从而影响施工总进度计划。最后，混凝土浇筑不仅持续高强度施工，而且在浇筑过程中需要进行盖重固灌、钢衬安装、表深孔施工等，对混凝土的浇筑影响较大，同时因深孔、坝顶等混凝土及相关深孔钢衬制作安装、闸门和启闭设备等金结安装要跟上，造成了本工程工期紧、强度高、干扰大的特点，必须选择先进的施工工艺、仓块的合理安排和采取一些必要的措施予以解决。

3．工程施工技术方案简述

原材料选用低水化热水泥，施工的石子采用含泥量不大于1%的直径为5~31.5mm碎石，砂子采用含泥量不大于3%的中砂，采用优质粉煤灰，取用HF-53抗裂的泵送剂，泵送剂的掺量约为水泥总用量的8.5%。混凝土的拌制、运送和相关的准备工作限于篇幅在此不做详细叙述。工程的混凝土浇筑采用大体积砼施工中常用的拖式泵，施工过程中不应留有工程施工缝，由西向东分层进行砼浇筑。但是注意分层的厚度要小于500mm，泵管输送方向要依据砼浇筑的速度及间隔时间进行即时调整。根据施工经验最好于基础内德固定架上设置砼浇筑厚度的标识，以便控制其浇筑厚度。根据本工程的现场搅拌站情况，基础底座工程浇筑共分三层，每层时间约为8h。在砼浇筑的整个过程中必须安排工程专业人员进行看筋、看模工作，要是发现问题及时进行检修和调整。作者在本工程施工过程中发现，大体积砼的浇筑过程的砼表面泌水现象非常严重。发现这一问题时采取的措施是引导水流向较底处进行排除，用人工集中排出积水。由于基础得浇筑高度大，导致产生相应的较大沉降量，因此浇筑后沿基础钢筋网片出现了裂缝。所以工程施工时对浇筑的混凝土进行二次振捣和抹压来减少裂缝的出现，即浇筑完混凝土后在初凝前在表面再进行细致的振捣，用木抹子压一遍，稍许时间后再进行一次抹压，并做好养护工作。大体积砼在浇筑时在表面及模板内侧1m范围内均匀撒掺量为5kg/m3钢纤维，振捣抹压密实，这一施工做法可以防止混凝土表面产生裂缝。

混凝土振捣时插入点应均匀布置，要做到快插慢拔。混凝土浇筑完，混凝土接近初凝之前进行二次振捣，在最后凝结之前的一段时间内，使用工具对混凝土的表面进行二次的压光，这样可以避免混凝土的表面形成干裂缝混凝土应连续进行浇筑，保证基础混凝土连续一次浇筑完。为了消除所有施工的安全隐患，安排工程人员对混凝土的施工机械要提前进行检查。施工管理人员注意分二班一倒实施混凝土施工，使得白、夜班的人员充足，绝对不应出现一班连续施工。

四、结论

大体积混凝土工程的施工阶段所产生的温度裂缝，第一方面是由于混凝土得内部因素，即其所产生的内外温差所造成的；第二方面是混凝土的外部因素，即砼结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止了混凝土的收缩变形，这样一来混凝土抗压强度较大，而这时的受拉应力却很小，所以形成的温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，就会出现裂缝。总之混凝土施工、设计方面和其本身的影响以及环境都会造成，施工方面的因素约占80%。因此广大的工程人员应着重加强施工技术方面的研究和管理。