大体积混凝土薄层浇筑技术----技术交底

大体积混凝土薄层浇筑技术----技术交底

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T r计算

T ri =G iθ0                                                        （3-5-1）

式中G I——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 =T p +T r-T f≤（1-μ）? p/（R p·R·α）

式中T p——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，T p =17.4十5=22.4℃；

     T f ——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，T f =18.1℃；

     R p——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；

     ? p——混凝土极限拉伸值0.85×10-4.

    将以上数据代入（3-5-2）式：ΔT =T p +T r-T f≤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T p，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，T p =ΔT- T r + T f =l8-l5.9+l8.1=20.2℃；或当浇筑温度为25℃、分层厚1.0m，T p =ΔT- T r + T f =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。

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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。