大体积混凝土薄层浇筑技术

大体积混凝土薄层浇筑技术薄层浇筑是大体积混凝土常用的施工方法之一，也是一项有效的温度控制措施。其优点是施工工艺简单，适用性强，温控费用低。但当基岩（或老混凝土）刚度较大时，基础混凝土薄块的自由变形往往受到很大约束，在降温期易发生贯穿裂缝；且由于其散热面积大、降温快，施工期间易产生较大的内外温差，如保护不当，将会使表面裂缝增多，甚至成为贯穿裂缝的诱发因素。因此，探讨薄层浇筑适宜的施工方法和温控措施，特别是在使用常规材料、不采取加冰降温等措施的条件下正常施工，仍是一项重要课题。现通过合川水电站主厂房大体积混凝土基础薄层浇筑的实践，介绍其温控技术和施工方法。第1章工程概况主厂房净宽17m，包括副厂房及进出水口构筑物，基坑开挖面积为70m×48m，最大挖深21.5m，基底为整体泥、页岩互层，饱和抗压强度6.6~37.8MPa，岩基开挖后用C15素混凝土封底，平均厚度35cm。基础底板厚4~7m，混凝土量约2万m3。当地一般年份最高月平均气温28.6℃，年平均气温18.1℃。基础混凝土于3月中旬开始浇筑，同年5月浇完并陆续施工上部结构。浇筑时段平均气温约17.4℃。混凝土施工技术要求：R60、C20混凝土，水泥用量不大于260kg/m3，强度保证率90%，极限拉伸值不低于0.85×10-4，施工时段混凝土最高温度须控制在38~44℃之间。第2章温度、应力计算及抗裂分析大体积混凝土薄层浇筑时，其分层厚度、分块方法和允许间歇时间的确定，是施工和温控方案的主要内容。它既取决于浇筑时段气温、温控手段及施工能力，又对工程造价、工期有很大影响。因此，须进行必要的温度、应力计算和抗裂分析。第1节最高水化热平均温升Tr计算Tri=Giθ0（3-5-1）式中GI——浇筑间歇为I（d）时，混凝土表面散热系数，浇筑块不同层厚、不同间歇时间的G值见表3-5-1；θ0——水泥水化热绝热温升（℃）θ0=QW/CP，Q为单位水泥用量（kg/m3）取260；W为水泥最终水化热（kJ/kg），取334.9（28d）；C为混凝土的比热（kJ/kg·℃），取1.005；P为混凝土质量密度（kg/m3），取2450；据此算得θ0=35.36℃。第2节基础允许温差ΔT及抗裂计算基础允许温差是指基础约束范围内混凝土最高温度与稳定温度之差，也是实施薄层浇筑的重要参数。众所周知，关于基础约束范围，薄层浇筑时明显区别于具有多个自由表面的柱状结构。因为基础工程属于直接浇筑在基岩或老混凝土上的薄板，按照单独浇筑块温度应力理论，当浇筑块的高长比（H/L），小于0.125时，不仅底部基础约束系数显著增大，且整个截面都处于强约束状态（图3-5-1），尤其是降温收缩产生的拉应力沿截面高度分布也比较均匀，发生贯穿裂缝的可能性较大。可求得ΔT=Tp+Tr-Tf≤（1-μ）Єp/（Rp·R·α）式中Tp——混凝土浇筑温度（℃），在骨料不采取预冷措施时，可取浇筑时段平均气温加5℃计算，Tp=17.4十5=22.4℃；Tf——混凝土稳定温度，代表结构所处环境相对稳定的温度变化平均值，本工程施工期较长，近似用年平均气温代替，Tf=18.1℃；Rp——混凝土松弛系数，取0.5；R——基础约束系数，取0.8；μ——混凝土泊松比，取1/6；α——混凝土线膨胀系数，取10-6；Єp——混凝土极限拉伸值0.85×10-4.将以上数据代入（3-5-2）式：ΔT=Tp+Tr-Tf≤17.7~18℃（3-5-3）利用（3-5-3）式及表3-5-l数据，可求得不同层厚、不同间歇的浇筑温度Tp，或在浇筑温度己定时求得混凝土最高允许平均温度。如按间歇5d，层厚1.0m时，Tp=ΔT-Tr+Tf=l8-l5.9+l8.1=20.2℃；或当浇筑温度为25℃、分层厚1.0m，Tp=ΔT-Tr+Tf=18-25+l8.1=11.1℃，再由表3-5-1查得间歇时间应为7d等。如浇筑时段气温较高，不能满足基础温差要求及进度要求时，必须对骨料进行预冷或采取其他降温减热措施。第3节混凝土表面保护及应力计算根据施工经验，在炎热季节进行混凝土表面保护，可有效地防止热量倒灌和减少表面早期脱水产生的干裂，这在一般情况下较易做到，而气温骤降引起的内外温差，必然引起薄层浇筑块表面拉应力复杂的叠加现象，是造成混凝土表面裂缝的重要原因。重力坝设计规范规定，当日平均气温在2~4d内连续下降6~9℃时，基础及其他重要部位，龄期未满28d的混凝土裸露表面，应进行表面保护，但对保护标准未作统一规定。据气象资料，工程地点3月份平均气温为14℃，4月份为l8.5℃，均可能出现每月2~3次连续降温天气，最大降温幅度可达6~9℃。经计算，混凝土表面裸露时，龄期3d开始降温，历时2~3d，表面拉应力为l.09MPa，大于该龄期时混凝土抗拉强度0.83MPa，当采用草袋（l~2层）覆盖时，表面拉应力可降至0.71MPa；龄期14d、表面裸露的混凝土、表面拉应力为1.44MPa，即小于该龄期的抗拉强度1.49MPa。考虑到薄层浇筑块件对温度变化较敏感的特点和施工时段气温，宜将表面保护龄期定为20d。第3章施工情况第1节混凝土原材料及配合比每立方米混凝土配合比为：425号普通硅酸盐水泥256~260kg，特细砂（细度模量0.9~1.5）404kg，三级配卵石（粒径0~20、20~40、40~80mm）1700kg，附加剂溶液6.4kg，水灰比小于0.4，坍落度1~3cm，混凝土质量密度约2468kg/m3。第2节分层分块及浇筑间歇在施工设计中，按温控要求及结构的整体性，沿基础高度划分为4~7个浇筑层，每层分若干浇筑块。上下层采用错缝搭接，块间竖缝互不贯通，搭接长度不小于块件厚度。分块长度10~15m，个别最大为20m，长宽比约为2.5：1。基础最底层厚度为1.0m，局部按结构尺寸需要为1.3m；二层以上为1.5~1.7m。浇筑块高长比一般不小于0.08。底层浇筑间歇对水平施工缝为5d，竖缝4d；上部均为7d。为保证块间混凝土结合良好，所有施工缝均用人工凿成毛面，凿入深度为粗骨料露出1/3左右。第3节施工中的几项具体温控措施优化配比。在混凝土中掺加术钙系复合减水剂。据试验，当掺量为0.25%时，每立方米混凝土节约水泥20kg以上，可降低水化热绝热温升2~3℃。降低混凝土浇筑温度。在成品砂石料进入拌合楼前通过地垅取料，并在外露皮带机顶部设遮阳罩；高温天气浇筑时在仓面搭建简易凉棚，在其周围喷水雾降温；尽量避开高温时段，充分利用夜间、早、晚气温较低时浇筑；必要时适当延长浇筑间歇，使下部混凝土充分散热；对因安装设备、预埋管道等不能及时浇筑的块件，延长时间超过10d时，按基础允许温差严格控制。加强温度监测。主要控制浇筑温度，并在不同施工时段对浇筑块最高温度进行抽查，为实施温控方案提供依据。***施工过程中的检查表明，混凝土表面的裂缝少而分散，多发生在水平孔道顶部块件的上表面及结构转角部位。电站投入使用前由工程监理单位组织检查验收，经超声波仪全面探测，未发现混凝土内存在有害裂缝。电站投入使用以来安全运行，证明施工期间控温防裂工作取得了较好的效果。实践证明，在掺合料源、低热水泥供应受到限制时，用普通水泥混凝土实行薄层浇筑大体积结构是可行的。关键是要把温控理论、已有经验和实际情况相结合，才能制定出有效的施工和温控方案；同时应切实抓好施工组织协调，尽量做到短间歇快速浇筑。在工程试验方面，还须保证混凝土的强度、弹性模量及极限拉伸值同时满足设计要求，以增强混凝土的抗裂性能，为温控防裂打下良好基础。