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运用QC方法提高大体积混凝土施工质量

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运用PDCA循环法
解决承台大致积混凝土温度裂缝

单 位: 禹阎项目部

发 表 人: 张 杰

发表时间: 1月

一、 工程概况
禹阎高速公路位于GZ40国道干线陕西境内禹门口～阎良段, 我公司承担C11合同段的施工任务。本合同段的金水沟特大桥是全线的控制性工程和重难点工程之一。
金水沟特大桥全长855米, 属于预应力混凝土刚构变截面连续箱梁桥, 跨径组合为: 88m+5×136m+78m。该桥具有长桩、 高墩、 大跨度等特点。
本桥1、 2、 3、 4、 5＃墩承台结构尺寸为16.5×12×3.8m, 6＃墩承台结构尺寸为12×12×3.8m。混凝土设计强度为C30, 数量分别为752.4 m3和547.2m3, 属于大致积混凝土施工。
二、 QC小组概况
1、 小组概况表:
小组名称
大致积混凝土温控小组
小组类型
攻关型
课题名称
运用PDCA循环法, 提高承台大致积混凝土施工质量
成立时间
5月10日
活动时间
.5.1— .11.20
活动次数
12次
2、 小组成员简介:
小组分工
姓 名
文化程度
职务职称
任务划分
接受QC 教育时间
组长
陈林生
大学
项目总工
方案制定
96小时
副组长
刘国建
大学
项目副经理
方案制定
96小时
组员
张 杰
大学
安质部长
检查、 反馈
90小时
组员
毕宝山
大学
试验室主任
监测、 反馈
90小时
组员
宁煜泽
大学
三队技术主任
方案实施
86小时
组员
姚向阳
高中
现场施工负责人
方案实施
86小时
三、 选题理由和活动目标
大致积混凝土在水化过程中会产生大量的水化热, 且热量不易散发, 当内外温差过大时, 容易使混凝土产生温度应力裂缝, 破坏混凝土结构。
传统的大致积混凝土分层、 分块施工方法虽可取得较好的防止温度应力裂缝的效果, 但其工序繁杂、 工期延长。因此, 我们制定了承台大致积混凝土一次性浇筑完成的方案。
由于这是我单位第一次采用一次性浇筑的方法施工大致积混凝土, 为快速、 高质地完成大致积混凝土施工, 同时为今后的同类工程施工积累经验, 我们成立了本QC活动小组。
四、 活动过程
第一阶段, P: 计划阶段
第一步: 分析现状
我们于5月初在承台施工之前就开始了QC活动, 对影响大致积混凝土质量的理论原理和各个施工环节进行了详细的分析, 认为从混凝土配合比的选定到混凝土现场浇筑施工存在诸多影响混凝土质量的不利因素, 须提前逐一解决。
第二步: 分析产生问题的原因
1、 承台C30混凝土为高标号混凝土, 体积较大, 产生的水化热较大且热量不易散发;
2、 夏季施工期间环境温度较高, 砂、 石和水泥的温度较高, 致使混凝土出料温度较高, 且混凝土在运输的过程中, 升温较快, 致使混凝土入模温度较高;
3、 冬季施工期间环境温度较低, 混凝土内外温差加大, 不利于温控;
4、 混凝土数量大, 施工时间长, 工人易产生疲劳, 责任心下降。
第三步: 拟定措施、 对策
1、 针对第1个原因, 我们首先优化了C30混凝土配合比 遵循了以下几个原则: 选用水化热低、 凝结时间长的水泥, 以降低混凝土的温度; 掺加粉煤灰取代一部分水泥以降低水化热产生的高温峰值; 掺加高效减水剂, 以减少水和水泥的用量, 延长混凝土达到最高温度的时间; 在保证可泵性的前提下, 尽量减少单位体积混凝土的用水量, 严格控制水灰比。
经过理论计算, 在混凝土内部埋设适量的冷却水管, 通循环冷水以带走混凝土内部的水化热, 达到降温的目的。
在混凝土养护期间, 在混凝土内部预埋温度传感器, 以加强对承台混凝土内部温度场的分布和内外温度差的监控, 如发现温度有异常立即采取措施。
2、 针对第2个原因, 我们采取以下措施: 降低砂石料和水泥等材料温度, 砂石料仓和水泥罐上搭设凉棚, 避免太阳光直接照射, 碎石用冷水喷淋; 拌和用水在距离开盘前1小时从水井内抽出来; 混凝土输送罐车外包裹塑料保温膜, 防止太阳照射后升温过快。
3、 针对第3个原因, 我们采取搭设保温棚的方法, 在棚内采取适当的加温措施, 以防止混凝土表面温度过低。
4、 针对第4个原因, 我们首先对工人采取动员教育, 提高大家的责任感。同时, 增加工人数量, 混凝土施工期间采用三班倒作业。
第二阶段, D: 实施阶段

大致积混凝土施工工艺流程图
施工准备( 方案、 物资、 设备、 劳力)

如发现漏水

修理或更换

冷水管通水检查

更换
如发现失灵
测温元件检查

派专人检查水管和测温元件, 防止意外损坏

修理或更换
混凝土浇筑

如发现温度异常, 需及时改进通水措施
混凝土通水养护
施工结束
温度监测

第一个施工的6＃左幅承台于 5月31日20: 00开始, 至6月1日22: 00结束, 历时26个小时。
混凝土温度监控观测时间为6月1日～6日。在混凝土的升温和峰值阶段, 即6月1日～3日, 每隔1小时测温1次; 在持温和降温阶段, 每2～4小时测温1次。在测量混凝土内部温度的同时, 抽测外界的环境温度和进出口水温以进行对比。根据测点编号顺序 记录所测温度数据。
混凝土通冷却水散热养护时间为6月1日～8日, 持续时间为8天。在通冷却水散热养护的过程中, 需随时结合温度监控的结果, 如发现调节循环水流的速度、 局部通高温水升温或停止通循环水等, 以使混凝土内部温度呈连续、 均匀的变化, 尽量减小温度应力。
在混凝土养护期间, 经过对温度监测, 发现存在以下问题:
1、 第二层水管水流速度较慢, 致使降温效率降低, 出水口水温较高;
2、 夜间环境温度较低, 致使混凝土内外温差加大;
3、 因线路故障中途停电, 致使中断循环冷却水达2小时, 混凝土内外温差加大。
针对以上问题, 立即实施了如下措施:
实施1、 对第二层水管单独采用水泵供水, 以增大水压力, 加快水流循环速度。规定在后续的施工前和施工过程中加强管路检查, 防止堵管; 同时, 经过大会、 讲座和谈话等形式, 对职工进行了深入的思想教育, 加强了全员的责任心, 强化质量意思。
实施2、 夜间温度较低时, 混凝土表面采用蓄水养护, 将温度较高循环出水直接放在承台基坑内, 以减小混凝土内外温差;
实施3、 在承台现场备用一台小型发电机和一台水泵, 以防止意外停电和水泵损坏, 保证循环冷水供应的连续性。
第三阶段, C: 检查阶段
数据检查对比分析及研究结论:
第二个施工的5＃左幅承台于 7月5日10: 00开始, 至7月6日16: 00结束, 历时30个小时。
下图为具有代表性的1＃－8、 4＃－8和7＃－8三个测温点在垂直方向的温度变化曲线。其纵坐标为监测点温度、 横坐标为监测时间, 从首批混凝土浇筑10小时后开始。其中系列1为7＃－8点曲线、 系列2为4＃－8点曲线、 系列3为1＃－8点曲线。从监测数据分析结果发现, 上层1＃－8点平均温度最低、 下层7＃－8点平均气温次之、 中部4＃－8点平均温度最高, 这种情况与理论分析情况是相符的: 因为下层虽然先施工, 其水化热释放较早, 但其由于靠近地面, 热量不易自然散发, 因此其温度较之上层的温度要高。持温阶段, 上、 中、 下三层温差梯度为2～11℃, 符合《混凝土结构工程施工与验收规范》的相关要求( 内表温差不宜超过25℃) 。

2、 水平方向温度分布情况
水平方向温度分布主要反映出温度在水平面内的传导情况。下图为具有代表性的4＃－1、 4＃－7和4＃－8三点在水平方向的温度变化曲线。其纵横坐标意义同上图。其中系列1为4＃－1点曲线、 系列2为4＃－7点曲线、 系列3为4＃－8点曲线。从监测数据分析结果发现: 在持温阶段, 承台边角位置的4＃－1点温度最低、 承台正中心位置的4＃－8点温度次之、 两者之间的4＃－7点温度最高。从数据上看, 本监测结果似乎不符合实际情况: 一般认为, 承台正中心的4＃－8点温度会最高、 4＃－7点次之、 边角位置的4＃－1点温度最低。但从冷却系统的进出水管的布置位置能够看出, 循环冷水是从承台正中心的4＃－8点进入的, 因此正中心位置的混凝土降温幅度较大, 造成其温度比4＃－7点温度低。但从图中数据能够看出, 此二点温度相差较小, 为0～3℃。因此在实际施工养护过程中此二点的温度极为接近, 随着进水温度和水流速度的变化, 可能会出现温度曲线相互交叉的情况。

第四阶段, A: 处理阶段
各个承台施工完毕后经监理检查验收, 大致积混凝土的施工质量均符合设计和规范要求。我们QC小组总结出了大致积混凝土在水化养生期间水平方向和垂直方向温度场分布的曲线图, 掌握了冷却水进口温度、 循环速度和混凝土温度场变化之间的内在关系。同时, 我们在施工过程中不断对施工方案进行优化, 并完成了大致积混凝土施工论文一篇, 为我单位以后施工同类工程提供了参考。
五、 活动后感想及下一步的打算
经过本次的QC活动, 使得一次性浇筑完成大致积混凝土的施工取得了成功。为我们在今后的工作中解决问题题提供了一条有效的途径, 培养了大家团结合作、 分析问题、 解决问题的能力。
下一步, 我们将成立”无支架翻模法施工百米高墩”和”挂篮法施工预应力混凝土连续箱梁”两个QC活动小组, 开展后续的科技攻关活动。
相 关 工 程 照 片

( 一、 北京市建筑工程研究院生产的JDC－2型建筑电子测温仪)

( 二、 技术人员和监理工程师在现场测取混凝土温度)

( 三、 位于承台中部的进水管布置)

( 四、 位于承台角部的出水管布置)

( 四、 施工完成的承台)