水利工程中双曲拱坝大体积混凝土施工及优化_庞书起.pdf

江西建材工程技术与管理2032023年1 月作者简介：庞书起（1972-），男，山东东明人，本科，工程师，主要研究方向为水利工程。0 引言环境温度是影响大体积混凝土施工质量的重要因素。在施工期间若环境温度过高，混凝土内外部将会出现明显温差，形成温度应力，最终因为内外温差过大出现裂缝现象。为解决这一问题，本文着重分析了混凝土温度应力的影响因素并提出多种应对措施1。1 大体积混凝土结构病害因素分析1.1 混凝土水化热与绝热温升水泥和粉煤灰等胶凝材料水化期间会产生大量热量，使混凝土温度发生变化。随着时间的推移，水化热会随着胶凝材料的增多而增大。同时，水化热的变化还与温度有关，主要表现为温度与水泥水化反应成正比。混凝土绝热温升是指，在混凝土不与外界环境进行热交换的情况下，水泥发生完全水化，混凝土将释放的热量转化为温度。1.2 混凝土周围介质因素空气升温或降温都会使混凝土温度发生变化。混凝土的入模温度会受到气温变化的影响，过高或过低的入模温度会改变混凝土温度应力。如温度过高时，混凝土产生的热量不易挥发，当温度过低时又会导致混凝土内外产生较大温差，增加温度应力，导致混凝土出现开裂现象2。从实际施工角度看，混凝土内部湿度通常高于施工环境的湿度。混凝土内部湿度会随着混凝土硬化程度的不断增加而趋于稳定。较高的环境湿度能够有效减少混凝土的压应力，而较低的环境湿度会显著提升混凝土出现裂缝的几率。1.3 施工设计影响混凝土配合比是制备混凝土的先决条件，设计期间需要在满足抗压强度的前提下结合实际施工情况灵活调整。例如，倘若混凝土需要做防渗或抗冻处理，则需要选择其他原材料满足实际施工需求。配置混凝土时，水灰比以及混合材料的掺入量都会影响混凝土水化热。使用膨胀剂以及减水剂会改善混凝土和易性。混凝土配合比具有一定的安全系数，倘若超过安全系数，则会造成混凝土强度损失。搅拌以及运输也会影响混凝土的入模温度3。2 大体积混凝土施工优化2.1 工程概况某双曲拱坝工程，双曲拱坝高度105.3m，其中大坝轴线长度280m，设置16个坝段，坝顶厚度为4.4m，坝底厚度为20m。该混凝土大坝采用多卡悬臂模板进行施工作业，保证混凝土施工表面平整光滑，廊道拱顶采用混凝土预制模板，坝体廊道应用了组合钢模板。根据 GB 50496-2009大体积混凝土施工规范4规定，该大坝符合大体积混凝土施工要求。从应用角度看，该工程基础体量较大且截面形式较为复杂，各项施工环节因应力集中处较多，容易在后续施工以及养护阶段出现温度应力而造成混凝土开裂，导致工程整体出现安全隐患。因此，本工程采取多元化措施进行温度分析及裂缝防控。2.2 完善施工设计及支模控制施工人员需要从施工设计角度出发，通过数值模拟分析施工期间可能出现的混凝土裂缝情况，以此完善原有施工设计方案，形成系统性的施工操作流程。为进一步避免裂缝现象，还需要优化混凝土配筋并落实配筋加固措施。支撑模具是混凝土浇筑的重要组成部分，施工人员要选择散热效果较好的混凝土模板，才能够有效降低混凝土内外温差，避免出现开裂现象。水利工程中双曲拱坝大体积混凝土施工及优化庞书起东明县水务局，山东 菏泽 274500摘 要：文中以某大坝基础施工工程为例，介绍了影响大体积混凝土温度应力的因素，利用有限元软件分析了混凝土基础温度场变化情况，并制定了一系列裂缝防治措施。关键词：水利工程；大体积混凝土；优化措施中图分类号：TV41 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0203-03Construction and Optimization of Large-volume Concrete in Double-curved Arch Dams in Water Conservancy ProjectsPang ShuqiDongming County Water Bureau,Heze,Shandong 274500Abstract:Taking a dam foundation construction project as an example,this paper introduces the influencing factors of temperature stress of mass concrete,analyzes the temperature field variation of concrete foundation with finite element software,and formulates a series of crack prevention and control measures.Key words:Hydraulic engineering;Mass concrete;Measures of optimization江西建材工程技术与管理2042023年1 月2.3 优化混凝土配合比混凝土配合比能够影响混凝土水化热以及内外温差，在设计期间需要从以下几个方面进行质量控制：（1）施工人员需要在材料进场前，对混凝土进行强度和坍落度测试，确保获得性能最优的混凝土配合比。（2）在骨料中增加粉煤灰等减水剂。（3）需要确定水与粘合剂之间的比例。（4）需要结合实际情况，适当降低水灰比，确保水灰比小于0.6。如果施工材料中的粗骨料为二级，粒径需在150mm以下，泥浆含量1%，具体如表1 所示。表1 混凝土配合比水水泥砂石矿渣粉 粉煤灰 外加剂总计用量/（kg/m3）1582547581020424035.72307.7重量配比0.060.130.310.450.020.020.0112.4 温度分析及温度应力控制为科学合理地控制温度应力，施工人员需要开展温度分析，利用有限元软件对水化热进行分析计算。但从实际应用角度来看，依托软件计算得出的混凝土温度变化和温控措施是在理想状态下进行的，而混凝土会受到施工环境的影响，致使温度场变化过程与理想状态有所偏差，因此，需要制定温度监测方案，实时监控混凝土温度变化的全过程。大体积混凝土温度测控技术规范文件要求提出，施工人员需要对混凝土入模温度、气温温度场以及降温速率进行实时监控。实际应用期间需要做好准备工作，大体积混凝土温度检测仪器通常为数据采集器、温度传感器等基于物联网技术的精密仪器，要遵循经济性原则，在满足监控需求下选择价格更低的仪器。施工人员需要将温度传感器与导线连接到检测仪器中，测温精度为0.1，量程为-50135。结合施工现场布置57个测温点，合理安排导线长度和测温记录仪安装位置5。混凝土浇筑不同时期，需要落实不同的温度监测策略。混凝土浇筑初期，因水化反应较为剧烈，温度变化较大，因此，需要每隔2h采集一次数据。当混凝土浇筑一周后，则需要每24h采集一次数据。采集数据期间，要同步监测施工环境温湿度以及风速变化等情况。当施工现场出现大风或气温骤降等天气条件时，需要采取保温措施，确保混凝土浇筑完毕后抗压强度不低于标准值的30%，保温措施主要包括加热法、暖棚法等等。本工程应用的保温措施以暖棚保温和暖风机供热为主，暖棚结构参数如表2所示。表2 暖棚结构参数结构项目数值暖棚表面积/m22658暖棚外温度/-10散热系数1.8暖棚体积/m37600暖棚内温度/15暖棚耗热量/W1250平均传热系数/（W/m2 K）0.591混凝土入模温度需要在浇筑期间每隔2h进行测量，观察混凝土实际温度变化是否处于规定范围内。当外界环境温度较高时，施工人员需要对其进行遮阳或密封处理，也可以在混凝土搅拌前利用冷水冲刷碎石，降低搅拌过程中产生的热量。为进一步避免因混凝土内外温差较大产生较强的温度应力，还需采取水冷技术降低混凝土的温度。2.5 混凝土施工技术混凝土浇筑是影响工程质量的重要环节。水利工程中大体积混凝土浇筑方法众多，本工程主要应用分层混凝土浇筑法，要点在于每浇筑一层混凝土后，需要施工人员提前判断下一层的厚度并观察浇筑后混凝土的干燥情况6-8。振捣过程中，由于混凝土体积较大，需要采取机械振捣方式。为确保预期效果，施工人员需要通过泵送方式控制混凝土质量。振捣完毕后，应当观察混凝土表面是否存在气泡，如发现问题，必须及时处理。水利工程大体积混凝土施工对找平技术应用要求较高，实际施工期间，施工人员需要对混凝土当前状况进行观察，可将木条与混凝土进行连接，如果存在缝隙，需及时进行人工清理。大体积混凝土部件养护期间，施工人员需要设置温度传感器，实时监测混凝土内外温度。大体积混凝土浇筑后，施工人员应及时开展养护工作，可利用阻燃保温被或防水岩棉覆盖表面，为混凝土创造良好的温湿度条件。防水岩棉保温平面布置见图1。图1 防水岩棉保温平面布置情况2.6 大体积混凝土施工安全监测为提高大体积混凝土施工质量，施工单位可以依托 BIM技术构建建筑信息三维立体模型，加强对施工方案的审核，避免各类负面因素对混凝土施工质量造成影响。在设计混凝土施工方案期间，相关工作人员应当共同参与施工方案的全面审核，如果审核期间发现问题，需要及时沟通、协商，明确大体积混凝土的各项施工流程。管理人员需要加大对各项施工行为的监督管理力度，例如，施工人员需要在混凝土振捣期间检查表面气泡，并在混凝土浇筑后的养护期间做好养护工作等等，杜绝不符合施工规范的施工行为9-11。水泥是导致混凝土结构产生裂缝的重要因素，因此，施工人员需要合理控制水泥的标号和用量，以此降低水化热。可通过在混凝土中预埋水管的方式交换混凝土产生的热量，也可在混凝土中加入添加剂，增强混凝土结构的抗裂性和抗拉强度，还可通过增设钢筋的方式提高结构抗裂性7。（下转第207 页）江西建材工程技术与管理2072023年1 月仓为一槽段，槽段内采用跳仓开挖，即两侧1 序槽段先开挖，接着开挖中间2 序槽段，最后施工3 序槽段；“先中间、后两边”指开挖时从大基坑中间先开挖并进行底板施工，再往基坑两边施工。在基坑角部位置（东南角和西北角），待大基坑底板以及每分仓底板均封闭后，进行角部分仓开挖施工，确保大基坑安全。3.7 分仓方案分仓方案如图1 所示，分仓具体开挖次序如下。（1）基坑中部左线分仓先施工，将压载板两端锚固在桩上；右线分仓后施工，并应与已施工的压载板相连。具体施工顺序如下：先施工左1-1、左1-2、左1-3、左1-4，再进行左2-1、左2-2、左2-3、左2-4 及右1-1、右1-2 施工，之后施工左3-1左3-6 及 右2-1、右2-2、右2-3，最 后 施 工 右3-1右3-5。待上一次序分仓底板强度达到80%以上后，方可施工下一次序分仓。（2）除西北角右5-2、左5-2、左4-3-1、左4-3-2 及东南角右5-1、左5-1、左4-2-1、左4-2-2 外，其余仓室压载板施工完毕后，即可开挖基坑非盾构影响区剩余土体并施作底板，待完成后再施工剩余分仓。（3）对于西北角，先施工右4-2，再依次施工左4-3-1、右5-2、左4-3-2，最后施工左5-2；对于东南角，先施工右4-1，再依次施工左4-1、右5-1、左4-2-1、左4-2-2，最后施工左5-1。（4）单仓开挖方案。为减少土方开挖对隧道的影响，单仓开挖时，需分层开挖，每层开挖2m，待监测数据无异常后再继续开挖。单仓分层开挖深度也可通过设置实验仓结合监测数据确定。3.8 监测方案（1）基坑施工过程中，除需按规范对周边建筑物、管线、基坑自身进行监测外，还需重点对隧道内进行布点监测。（2）对已完成结构施工的3 号线隧道进行监测，布置测点前应与隧道相关单位对接，先详细调查施工情况、隧道现状以及现状标高等，做好调查记录，并经双方签字认可。对既有隧道采取自动化监测，基坑范围内左、右线隧道每5m布置1 个监测断面；在基坑两侧各50m范围内，左、右线应各再布置2个监测断面。（3）在每个分仓开挖时，也需对分仓基坑进行监测，防止分仓自身基坑变形过大以及基底隆起超标。3.9 降水方案鉴于基坑范围内淤泥地层软厚，本工程采用疏干降水井的方法进行降水。降水井孔径为 700mm，内设 273mm钢质管，沿管长方向设1050mm50mm圆孔，外包二层60目尼龙网布，用18#铁丝以间距100mm螺旋缠绕。降水井间距约1520m，并错开立柱桩、工程桩位置设置。降水井深度至基坑底5m。开挖前先降水至开挖面以下1m，降水井保留至底板施工完成。4 结语综上所述，经本文研究，对位于隧道上方且距离较近、自身存在深厚不良地层的基坑施工，重点需采取以下几项措施。（1）基底加固，用于改良基底和隧道之间的土体，尽量减少基坑卸载过程中土体的变形。（2）隧道上方基坑分仓、跳仓开挖，每开挖一仓土体，底板及时施作，与两侧工程桩相连，尽早形成“门”式结构。（3）施工期间加强隧道自动化监测，并经常进行人工巡视，制定地上、地下联动方案。参考文献 1 曹前.既有地铁隧道上方基坑开挖特性研究J.铁道标准设计，2018，62（5）：110-115.2 何国建，丁铁华，周峰.在运营地铁隧道正上方的深基坑土方开挖施工技术J.建筑施工，2008，30（7）：515-519.3 张启斌，霍知亮.基坑开挖对下方既有地铁隧道的影响分析和监测J.城市轨道交通研究，2014，17（12）：39-44.4 林湘.纵向倒边盖挖逆作法地铁车站设计探讨J.铁道标准设计，2014（8）：123-127.5 唐卫平.盖挖逆作大跨度、大截面型钢混凝土组合结构施工技术J.铁道标准设计，2012（6）：121-127.6 田野，宋志，张涛，等.“前斜后直”倾斜桩基坑支护在武汉深厚淤泥质层中的设计与应用J.建筑技术，2021，52（11）：1288-1291.3 结语综上所述，为确保大体积混凝土施工质量达到预期目标，施工人员不仅需要严格落实各项施工工序，还需要结合混凝土浇筑后温度应力变化情况，有力落实温控措施，以避免混凝土出现裂缝，全面提高水利工程建设质量。参考文献 1 卓文越.水利工程技术大体积混凝土施工与优化管理J.四川水泥，2019（4）：188.2 罗襄宏.建筑工程大体积混凝土施工技术研究评大体积混凝土施工技术 J.工业建筑，2021，51（7）：19.3 刘注，刘计东，龚鹏鑫.钢板桩围堰法承台大体积混凝土冬期施工技术J.施工技术，2021，50（8）：70-72.4 彭金明，刘江，杨云，等.混凝土抛物线双曲拱坝的施工放样J.云南水力发电，2014（z1）：36-40.5 胡平，杨萍，张国新，等.拉西瓦水电站混凝土双曲拱坝温控防裂研究J.水力发电，2007，33（11）：51-54.6 秦会来，周予启，陈青，等.工程实录干热沙漠地区大体积混凝土底板施工温控分析J.工业建筑，2020，50（11）：5.7 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