青兰渡槽工程混凝土温度裂缝控制技术.pdf

第 1 2 卷O 1期 2 0 1 4年 2 月 南水 北调与 水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Tr a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e 8 L Te c h n o l o g y Vo 1 1 2 No 0 1 F e b 2 0 1 4 青兰渡槽工程混凝土温度裂缝控制技术 李 宁 ， 薛振来 ( 1 南水北调中线干线工程建设管理局 河南分公司，郑州 4 5 0 0 1 8 ； 2 河北省水利工程局 ， 石家庄 0 5 0 0 2 1 ) 摘要： 结合南水北调中线总干渠青兰渡槽工程， 采取降低出机 口混凝土拌合物温度、 减少混凝土运输浇筑过程 中温 度回升、 控制混凝土水化热温升等技术措施 ， 实现了高温季节混凝土施工温度控制标准； 并通过掺加纤维素和改善 养护方法， 减少混凝土裂缝； 使用快易收口网模板， 保证大体积混凝土施工能够快速连续浇筑作业。为类似工程施 工提供参考。 关键词： 高温季节； 大体积混凝土； 温度裂缝 ； 控制技术 中图分类号： T V5 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 O 1 4 ) O O 1 0 1 3 9 0 3 C o n c r e t e T e mp e r a t u r e C r a c k C o n t r o l T e c h n o l o g y o f Qi n g l a n A q u e d u c t P r o j ect LI Ni n g ， XUE Zh e n - l a i ( 1 He n a n Br a n c h o f f i c e o f t h e C o n s t r u c t i o n a n d Ad mi n i s t r a t i o n Bu r e a u o f t h e S o u t h t o No ah Wa t e r Di v e r s i o n Mi d d l e Ro u t e Pr o j e c t ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 8 ， C h i n a； 2 He b e i Wa t e rC o n s e r v a n c yE n g i n e e r i n gBu r e a u ， He b e i S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ， C h i na ) A b s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e ma i n c a n a l o f t h e mi d d l e r o u t e o f t h e S o u t h - t c No r t h Wa t e r Di v e r s i o n P r o j e c t t o r e d u c e Qi n g l a n a q u e d u c t ， o u t l e t t e m p e r a t u r e o f c o nc r e t e mi x t u r e ， r e d u c i n g t h e c o n c r e t e p o u r i n g p r o c e s s ， c o n t r o l t h e t e mp e r a t u r e r i s e o f c o n c r e t e h y d r a t i o n h e a t t e mp e r a t u r e r i s e a n d o t h e r t e c h ni c a l me a s ur e s ， t o r e a l i z e t he t e mp e r a t ur e c o n t r o l s t a n d a r d o f c o nc r e t e c o ns t r u c t i o n i n h o t s e a s o n； a n d a d d i n g t h e ma i n t e n a n c e me t h o d o f c e l l u l o s e a n d i mpr ov e， r e du c e t h e c o nc r e t e c r a c k； t h e u s e o f q u i c k c l o s i n g n e t wo r k t e mp l a t e ， e n s u r e t he c o n s t r u c t i o n o f l a ne v o l u me c o n c r e t e t o r a p i d a n d c o n t i n u o u s c a s t i n g o p e r a t i o n Pr o v i d e a r e f e r e n c e f o r s i mi l a r e n g i ne e r i n g c o n s t r u c t io n Ke y wo r ds ： h i g h t e mp e r a t u r e s e a s o n； l a r g e v o l u me c o n c r e t e ； t e mp e r a t u r e c r a c k； c o nt r ol t e c h n o l o g y 1 工程概况与气候条件 1 1工 程概 况 南水北调中线总干渠青兰渡槽工程， 位于河北省邯郸市 南环路与西环路交接处， 其桩号： 4 2 +9 1 2 4 2 +9 8 6 ， 总干渠 采用分离式扶壁梯形渡槽跨越高速公路， 渡槽由灌注桩工 程、 承台及墩柱工程、 平板支撑结构、 槽身挡水结构组成。是 南水北调中线总干渠上的大型交叉工程。 渡槽槽身段、 连接段等主要建筑物级别 均为 1级建筑 物。该渡槽设计流量为 2 3 5 r n a s ， 加大流量为 2 6 5 r n 3 s 。 平板支撑结构为三跨变截面 C 4 0 F 1 5 0纤维素预应力钢 筋混凝土结构， 宽度 5 8 7 9 2 m、 长度 6 2 9 m、 厚度 1 5 3 m， 混凝土工程量总计 7 2 4 2 7 9 r n a 。其具有结构断面尺寸大、 施工技术和质量标准要求高等特点， 属于大体积混凝土工 程 ， 且在八月份高温季节施工。混凝土采取分块跳仓浇筑方 案， 纵向设 4道施工缝 ， 平均分成 5条， 横向在中跨跨中设 1 道施工缝 ， 平均分成 2 段 ， 共分 l O块。采用分层平铺法跳仓 浇筑 施工 。 1 2气候 条件 邯郸市属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候， 四季分 明。春季风多干旱 ， 夏季炎热多雨， 秋季温和凉爽， 冬季寒冷 干燥， 年平均气温 1 3 5， 最热月份平均气温 2 6 9， 极端 最高气温 4 2 5。 C， 全年无霜期 2 0 0 d ， 年 日照 2 6 0 0 h 。邯郸 市 2 0 1 2年 8月份定时最高、 最低和平均气温见表 1 。 表 1 邯郸市 2 0 1 2年 8月份定时最高、 最低和平均气温 2 混凝土施工温控 的重要性 2 1 混凝土的特点 ( 1 ) 混凝土是刚性材料， 抗拉强度小， 拉伸变形能力也小。 ( 2 ) 混凝土在浇筑后， 由于水泥水化热作用， 内部温度急 剧上升， 但随着龄期增长温度下降， 混凝土表面下降更为明 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 0 8 修 回日期 ： 2 0 1 4 0 1 1 3 作者简介： 李宁( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 河南禹州人， 高级工程师， 主要从事工程建设与管理工作。E - ma il ： 2 5 6 8 9 0 9 5 5 0 q q c o rn 通讯作者： 薛振来( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 河北石家庄人， 高级工程师， 主要从事工程建设与管理工作。E - ma i l ： 1 8 2 6 7 2 7 3 6 6 q q C O N | 警 1 3 9 瓣 瓣 虢 赫 赫 辎 躺 础 虢 端 # #* 蕊 踟 第 1 2卷 O 1期 南水北调与水利科技 2 0 1 4年 2月 显口 。在升温过程中混凝土体积膨胀， 受相邻部位或基础的 约束产生预压应力； 降温过程中体积收缩， 受相邻部位或基 础的约束产生拉应力。但 由于早期混凝土弹性模量较小 ， 受 到约束后产生的预压应力也较小 ， 后期混凝土弹性模量大， 受到约束后产生的拉应力也较大， 并且远大于早期的预压应 力， 致使混凝土开裂_ 2 。 2 2环境温度对混凝土质量的影响 8月份施工期间， 昼夜温差大， 中午在太阳照射下室外地 面温度可达 4 O5 O， 夜间温度在 1 92 9。混凝 土浇筑后水泥水化热促使混凝土内部温度急剧上升， 混凝土 内部温度可达 6 O以上， 乃至更高。混凝土内表和表外温 差梯度大， 极易诱发混凝土产生裂缝 ， 特别是贯穿性裂缝， 将 破坏建筑物整体性和稳定性， 危机建筑物的安全， 因此， 做好 大体积混凝土施工温控防裂工作是保证工程质量的关键。 3 温 度控 制标 准 平板支撑结构施工期温度控制标准是： 混凝土浇筑温 度不大于2 6。 C； 混凝土内外温差不超过2 0。 C。其目的就 是通过一定的工程措施， 减小混凝土的降温幅度及内外温差 梯度， 减小温度应力， 防止混凝土温度变化引起裂缝 ， 确保混 凝土的完整性 ， 从而保证工程质量。 4 温度控制措施 温控措施选择的原则是： 在允许条件下， 优先采用费用 低、 实施简单、 进度快、 可能出现裂缝少的温控措施及浇筑施 工布置_ 2 。它的工作内容由两部分组成， 一部分是控制混凝 土浇筑温度， 包括混凝土的出机 口温度和混凝土运输、 浇筑 过程中温度回升等； 另一部分是控制混凝土水化热。 4 1控 制混凝 土 浇筑 温度 4 1 1 降低 出机 口混凝土温度 混凝土出机口温度主要取决于拌和前各种原材料、 中间 产品的温度， 拌和时机械作业产生的温度甚微 ， 不予考虑。 在各种原材料、 中问产 品当中， 对混凝土出机 口温度影响最 大的是石子温度， 砂及水的温度次之， 水泥的温度影响较小。 ( 1 ) 降低骨料温度 骨料仓( 石子、 砂子) 采取搭设遮阳篷、 堆高骨料等措 施以降低混凝土骨料温度。 提前 6 h对骨料进行预冷， 冷水采用 B F S 1 5 1型半封 闭制冷压缩机制备， 冷水温度不大于 1 5。 C， 预冷后的骨料温 度不超过 2 3。 对拌和站的配料斗、 升料斗采取遮阳措施 ， 防止骨料 温度升高。 ( 2 ) 降低拌和水温度。 拌和水采用深井水 ， 对拌和用水箱、 水管进行岩棉保温 或深埋处理， 防止拌和用水的温度升高， 拌和前放空水箱内 原来存水。 使用碎冰机破碎冰块， 水箱内加冰量 1 1 1 1 k g r n 3 ， 保证 拌和水温度不大于 1 O。加冰量按下式计算 ： X一1 0 0 0( L ) ( 8 0 + ) 式中： x为加冰量( k g m3 ) ； 为加冰前水的温度( 。C) ； T w 1 4 0 | l蠢 罐 l建笈粪 |越 l l 0 * 自 蕊 t 话 l l 稚 溉 l 为加冰后水的温度( ) 。 ( 3 ) 水泥、 粉煤灰。 水泥品种的选择 ： 混凝土内部升温的主要热源是水泥水 化反应产生的水化热， 因此选择发热量低的水泥品种是控制 混凝土温升的根本方法。 根据设计要求合理选用粉煤灰 ， 粉煤灰取代了部分水 泥， 可保持混凝土拌和物的流动性、 减少单位用水量， 降低混 凝土的水化热， 有效地防止温度裂缝。 对水泥和粉煤灰采取增加静置时间， 在水泥厂、 粉煤灰 厂贮藏降温后进场( 合同约定) ， 并在储存罐周围圈盘绕冷却 水管等降温措施 ， 控制水泥人机温度不超过 4 O、 粉煤灰入 机温度不超过 3 O。 C。 ( 4 ) 外加齐 0 。 对外加剂容器及管道进行岩棉隔热保温和深埋处理， 减 少环境温度影响| 夕 加剂随用随配， 严禁长时间存放罐中。 ( 5 ) 混凝土的拌制过程控制。 混凝土搅拌站的料斗、 皮带运输机、 搅拌机采取遮阳措 施， 避免阳光直射， 使用前对有关设备进行洒水降温。 在进行混凝土拌制前， 除对骨料含水率进行检测外， 还 要对环境温度以及水泥、 粉煤灰、 水等材料的温度进行检测， 根据测量结果， 对混凝土的出机 口温度进行推算， 并与混凝 土的实际温度进行比较， 及时调整降温措施。 4 1 2 减少混凝土运输、 浇筑过程中的温度 回升 ( 1 ) 采用混凝土运输搅拌车包裹湿布保温降温措施， 进 料时提前对运输车罐体洒冷水， 降低罐体温度， 运输过程中 慢速搅拌混凝土 。 ( 2 ) 对钢模板、 钢筋采取遮阳措施， 避免其在阳光下长时 间曝晒， 并在浇筑混凝土之前， 使用冷水喷洒模板、 钢筋， 以 降低物体温度。 ( 3 ) 加强施工现场各工作部 门之间的信息沟通， 对混凝 土浇筑进度科学控制 、 合理安排 ， 缩小混凝土拌合物等待入 仓浇筑的时间， 以降低混凝土在运输过程中受大气环境温度 的影响。 ( 4 ) 混凝土浇筑时间安排在下午 1 8 ： 0 0至次 日上午 8 ： 0 0 进行， 避开 白天炎热时段 ， 在进行混凝土浇筑时， 及时对混凝 土拌和物的入仓温度进行检测控制。 ( 5 ) 为了减少大体积混凝土施工过程中水化热传递， 采 取薄层( 3 0 c m) 连续浇筑方法， 在施工缝面安装快易收 口网 模板， 快易收口网是与混凝土结合的永久性模板 ， 浇筑混凝 土后， 其孑 L 网的角形键 自动镶入混凝土， 这样对相邻施工仓 位预留了多条机械键， 在施工缝部位形成粗糙表面， 无须人 工凿除、 打毛、 清洗处理 ， 使新旧混凝土结合成牢固的整体。 既利于快速连续浇筑作业 ， 又利于混凝土内部温度散失。 快易收口网施工工艺流程 ： 施工准备一绑扎钢筋一裁剪 收口网一安装固定收口网一浇筑混凝土 ， 其构造见图 1 。 ( 6 ) 在混凝土浇筑完毕后， 对混凝土裸露面及模板外侧 适时覆盖毛毡布等遮阳防风设施 ， 并在仓面设置 2台 C 2 5型 喷雾机， 以降低仓面温度， 营造湿润环境。 C 2 5型仓面喷雾机主要技术性能参数： 供水压力 0 3 0 6 MP a ， 雾滴直径 4 0 1 0 0 t t m， 喷量 6 0 0 1 5 0 0 L h ， 喷幅 2 5 m( 在静风状态下) ， 摆动范围O 。 1 O 0 。 。 李 宁等 青兰渡槽工程混凝土温度裂缝控制技术 图 1 快易收口网构造图 4 2 控制混凝土水化热温升 4 2 1 优化混凝土配合比设计 选择发热量低的 P O 4 2 5 普通硅酸盐水泥， 通过掺加 粉煤灰、 减水剂 ， 减少水泥用量， 降低混凝土水化热 ， 按照夏 季混凝土施工环境进行配合比设计。 在不改变原混凝土配合 比条件下， 掺加 UF 5 0 0纤维素 o 9 k g ma ， 经过混凝土拌合试验， 将纤维素提前浸泡水中3 O mi n ， 然后与骨料一起加入拌和仓 ， 再加入其它原材料进行拌 合 ， 搅拌时间 9 0 S ， 混凝土的和易性、 均匀性、 可泵性及纤维 素分散性等指标满足施工要求。 在混凝土中掺人纤维素， 可有效抑制混凝土塑性收缩 、 干缩 、 温降收缩及其引起的裂缝， 提高混凝土的抗裂 、 抗渗、 抗冻等耐久性能。 4 2 2 设置混凝土冷却系统 冷却系统由制冷机、 冷却管道、 排水管道及排气和测温 装置组成。施工现场配备两台 2 0 0 0 一 A R - 1 4 0制冷机， 通过制 冷机使 2 O的井水降至 1 5， 供预埋在混凝土内的冷却管 道使用。以降低混凝土最高温度并削减内外温差， 使混凝土 内外温差符合标准要求。 ( 1 )冷却管道采用 3 2 mm( 内径 2 8 mm) 高密度聚氯 乙烯塑料管， 布置成蛇形管圈， 管道水平间距及竖直间距均 不大于 1 m， 纵向设计两排 、 横向只在中墩附近布置， 两排冷 却管道上下对应。 ( 2 ) 冷却管道在浇筑混凝土之前应进行通水试验， 如发 现管道堵塞或漏水， 应进行更换。 ( 3 )当混凝土浇筑到冷却管道标高后， 开始通水， 前两 天采用机制冷水， 冷却水温度控制在 1 5， 以后采用井水， 水温 2 O， 通水流量为 3 5 L mi n ， 总通水时间 1 5 d ， 隔 1 d 换一次进水方向， 控制混凝土降温速率 1 5。C d 。目的是有 效降低混凝土水化热最高温升值 ， 并在温度达到峰值后加快 混凝土内部散热降温。 ( 4 ) 确定制冷机数量。施工现场配备 2 0 0 0 一 A R- 1 4 0制冷 机， 其电机功率 1 4 8 k W， 制冷量 5 6 5 k W。水温初始温度 2 O， 需要降至 1 5， 其冷却水流量按下式计算： GQ ( S C P T 3 6 0 0 ) 式中： G为冷却水流量( m3 h ) ； Q为制冷设备制冷量( k W) ； S 为安全余量； C为冷却水比热( k J ( k g) ) ； P为水的密度 ( k g ma ) ； T为冷却水进出口温度差( ) 。 每仓块布置 7 道冷却水管 ， 每道冷却水管流量 3 5 L ra i n ， 现场配置两台 2 0 0 O - A R - 1 4 O 制冷机满足施工需要。 ( 5 ) 测温点布置： 纵向布置 3 个测温断面， 每个断面设计 3个测温点( 2 E、 中、 右) ， 每个测温点分别按高程埋设 3个温 度传感器。 ( 6 ) 养护期间对混凝土温度进行监控， 初期每小时观测 一 次， 一天后两小时观测一次， 当气温和混凝土温度变化较 大时， 增加观测频次； 定时检测混凝土内部温度、 表层温度以 及环境气温、 相对湿度等， 并根据混凝土温度和环境气温变 化情况， 及时调整养护制度， 严格控制混凝土的内外温差， 使 其满足温控标准要求。 ( 7 ) 在混凝土内部温度最高时和混凝土内部开始降温以 前， 以及气候骤然变化时， 禁止拆除模板， 以防止混凝土产生 过 大的温差 应力。 ( 8 ) 通水结束后， 采用灌浆材料对冷却管道进行充填封 堵， 严禁管道存水越冬 ， 防止冻胀。 5 结语 大体积混凝土很难完全防止裂缝， 但青兰渡槽工程平板 支撑结构混凝土温度裂缝控制工作实践证明： 如果重视温控 方案设计及实施 ， 并注意改善影响的各种因素， 最大限度地 减少裂缝及避免严重裂缝是可以做到的。 温控措施是在混凝土达到规定质量要求的基础上制定 的， 混凝土质量控制及温控措施的落实是温控成功的前提， 没有质量就谈不上温控的效用。据统计 ， 为防止裂缝的温控 费用约为工程造价的 3 ， 而处理裂缝费用却达 5 1 O ， 还可能延迟合同工期， 因此要特别重视温控措施的落实。 参考文献： 1 贾应春， 程宝辉 大体积混凝土施工温度控制基本思路 J 世 界桥梁 ， 2 0 0 5 ， ( 1 ) ： 7 5 7 7 2 彭立海， 阎士勤， 张春生， 等 大体积混凝土温控与防裂 M 郑 州 ： 黄河水利 出版社 ， 2 0 0 5 ( 上接 第 1 1 6页) 7 刘善煜 南水北调工程的巨大综合效益E J 南水北调与水利科 技 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 3 3 3 7 8 张力威， 范治晖， 朱东恺 南水北调工程丹江口库区生态移民战 略思考 I- J 环境经济 杂志， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 3 7 4 1 9 李瑞， 李永文 南水北调中线工程与南阳旅游业发展前瞻E J 地域研究与开发 ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 6 5 6 8 1 O 廖重斌 环境与经济 协调发展 的定量 评判及 其分类体 系一 以 珠江三角洲城市群为例 J 热带地理 ， 1 9 9 9 ( 8 ) ： 4 6 5 0 n 张建全 论南水北调 中线工程 对源头丹 江 口县 域经济结构 的 影响 J 南水北调与水利科技， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 1 4 1 6 1 2 何晓光 南水北调工程调水期的社会发展影响_ J 水利发展 研究 ， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 1 5 1 9 1 3 冉笃奎， 李敏， 肖博 跨流域调水经济补偿机制初探 J 人民 长江 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 2 8 3 0 1 4 贾永飞 南水北调丹江口库区建立生态补偿机制的问题研究 J 水利发展研究， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 4 2 4 9 ； |蠢 1；蠢奄薤友羹 1 4 1 晡 自 *l | 自酾 酾 瓴 蕊礴 #自 虢 |