中国水利水电第十六工程局有限公司 福建福州 350003
摘要：在大体积混凝土施工中，为保证混凝土不出现温度裂缝，主要对混凝土拌和、运输、浇筑、振捣、通水、养护等各个过程进行有效控制，阐述了水运工程大体积混凝土的温度控制措施。
关键词：大体积混凝土；温控；措施；通水冷却
1.前言
福建闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程受施工场地不足、无法布置骨料风冷系统、施工强度大、工期紧等因素的影响。工程结合实际情况，采取两个阶段温控措施。通过对混凝土内部温度进行观测、收集、分析，总结一套符合规范要求、满足温控质量要求及现场施工条件的施工工艺。
2.工程概况
福建闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程位于福建省闽江干流闽清县境内的闽江河段上，距上游水口水电站约9.0km，距闽清县城约5.0km，距福州约71.0km。工程开发任务为抬高水口水电站下游水位，保证在基荷流量（308m3/s）下即可满足通航要求，改善通航条件；满足水口水电站水轮机吸出高度达到原设计要求，保证机组的正常稳定运行。
工程为三等工程，工程规模为中型，主要建筑物包括挡水建筑物、泄洪消能建筑物和通航建筑物等组成。泄洪建筑物布置在主河床，为无闸门控制的自由溢流坝，泄洪建筑物下游接消能建筑物；溢流坝右侧为单级单线船闸（并为后续发展预留二线船闸位置）；船闸与右岸岸坡间为混凝土坝，溢流坝左侧与左岸岸坡连接。溢流坝全长340.00m，共分16个坝段；一线船闸采用整体坞式结构，上闸首长50.00m，下闸首长40.00m，闸室总长186.00m、由10个结构段组成，闸室净宽23.00m，上游引航道总长611.00m，下游引航道总长680m；右岸挡水坝分三个坝段，坝总长52.5m，坝顶宽度16m。
3.温控要求
水运工程大体积混凝土施工阶段的温控标准宜满足下列要求：
（1）混凝土浇筑温度不高于30℃，不低于5℃；
（2）混凝土内表温差不大于25℃；
（3）混凝土内部温度不高于70℃；
（4）混凝土块体降温速度不大于2℃/d。
4.采取的温控措施
4.1第一阶段温控措施
5月中旬，在高温天气下，根据本工程特点和实际情况，采取的温控措施有：①保证骨料堆料高度，地弄取料；②砂仓遮盖、水池遮盖；③水泥和粉煤灰的粉料罐洒水降温；④运输车辆篷布遮阳；⑤避开高温时段浇筑，尽量安排夜间浇筑；⑥调整仓块大小、分层高度；⑦现场喷雾降温，制造小气候；⑧水工布保湿养护、蓄水养护。
4.1.1原材料温度控制
1、粗骨料
粗骨料通过地弄（地下廊道）取料；在拌和楼进料前或进料过程，对进料管理人员进行交底，并在皮带机支架上做好标记，叮嘱其及时进行补料，保证骨料仓堆高不低于6m，利用料层本身隔热性能，使底部骨料不受外部温度影响，同时使骨料具有足够的储备量；必要时，对料仓及周围进行洒水降温或喷雾，使水分蒸发时带走热量，降低骨料温度，同时加强骨料检测，保持骨料含水率稳定。
2、细骨料（砂）
细骨料亦通过地弄（地下廊道）取料；顶部搭设砂仓遮盖（砂仓遮盖已安装完成，见图1），避免阳光直射暴晒；及时补料，保证成品料仓堆高不低于6m，使砂储备充足。
图3 自动伸缩篷布安装效果图
高温时段，混凝土运输沿线道路路面增加洒水车洒水频次，降低运输路径温度。
4.1.3仓面温控措施
采用喷雾机（现场喷雾效果图4）或喷水枪（现场喷雾效果见图5）仓面喷水雾建立仓面小气候，降低仓面气温，保持混凝土浇筑仓面湿润；防止混凝土入仓后，温度回升和混凝土失水。
图6 混凝土仓面覆盖土工布
覆盖土工布时不得损伤或污染混凝土表面，混凝土拆模后立即在外露面进行洒水养护。同时为使混凝土保温保湿，在养护期间，安排专人负责，配备喷雾机或喷水枪喷雾或洒水，确保混凝土表面一直处于湿润状态，避免因混凝土养护不到位而产生裂缝。混凝土的养护工作应有专人负责，并应做好养护记录。
4.1.5温控效果
在采取以上温控措施后，进行了导航墙和船闸主体结构（10#闸室底板）混凝土浇筑，同时对浇筑过程原材料、混凝土及混凝土内部温度进行了观测，得到各项观测指标的最高温度如下：
表1 各项观测指标的最高温度 单位：℃
通过收集的数据可以看出：混凝土浇筑完成后约3天时间混凝土内部达到其最高温度；混凝土入模温度为32℃，通过浇筑振捣过程水化热的释放，其浇筑温度必然高于32℃，略高于规范要求浇筑温控宜为30℃；混凝土内部最高温度65.2℃低于规范要求的70℃。
综上，除了混凝土的浇筑温度略高于规范要求的控制值以外，其他均能满足水运规范要求（至今，上述浇筑的导航墙和船闸主体结构均未发现裂缝等不利因素），但为了保险起见同时满足规范的要求，现场组织开展第二阶段温控措施的布置，并在基坑内选取两个相似的仓块确定以是否布置冷却水管为本次试验的变量进行温控试验的研究。
4.2第二阶段温控措施
在第一阶段布置的温控措施基础上再增设如下温控措施：①北溪拌和系统布置一套制冷系统，供应5℃～10℃的拌和水进行混凝土的拌制；②混凝土仓面布置冷却水管并通冷水；③北溪粗骨料仓进行遮盖遮阳；④设置喷淋系统对粗骨料进行喷水降温；⑤进料皮带机旁设置喷雾头喷水降温；⑥优化混凝土配合比设计，大体积混凝土由二级配改为用三级配，降低水化热。
考虑到仓面内布设冷却水管增加了工程造价费用的同时其备仓时间也同样加长，不利于工程进度的控制。因此，选择4#闸室底板（C25三级配，尺寸18m×18m，层厚1.5m，通冷却水）和6#闸室底板（C25三级配，尺寸18m×18m，层厚1.5m）两个仓块作为试验块，两个试验块除了以布设冷却水管通水为本次试验的变量，其他施工条件应尽量做到相同。同时在试验前成立试验小组（并对其进行交底）对混凝土浇筑时原材料、混凝土温度的测量以及对混凝土浇筑完成后养护过程仓面内温度测点的观测，最后通过对收集数据的统计分析，以此确定船闸混凝土高温施工的最佳温控方案。
4.2.1温控措施
4.2.1.1混凝土加冷水拌和
1、制冷机型号的选择
根据单台挖机最高入仓强度60m3/h进行制冷水需求量的计算，同时根据配合比每立方混凝土用水量为145kg，故每小时混凝土拌和用水量为60×145kg=8700kg=8.7m3，因此，计划在北溪系统布置一台制冷水效率为10m3/h的制冷机，制冷后的水温达到5℃～10℃，以此满足生产要求。
2、工作原理
冷却机组的工作原理如下图所示。
图8 4#闸室冷却水管布置及连接弯头制作图
说明：弯头采用DN25钢管直接加工而成，U形接和直角接直线段分别加长20cm与10cm，加强弯头间的密闭性同时方便连接。
图10 粗骨料仓遮阳棚形式及喷淋系统布置图
3、进料皮带设置喷雾头
在进料皮带机旁设置喷雾头喷雾，间隔7m布置一个，水雾对骨料进行降温的同时在皮带机附近的范围建立低温小气候。
4.2.2优化配合比
优化混凝土配合比设计，大体积混凝土由二级配改为三级配，降低水化热。
4.2.3温控效果
通过近一个月的筹备，两个试验仓块混凝土分别于8月3日和4日开浇，并按要求对混凝土浇筑时原材料、混凝土温度以及混凝土浇筑完成后为期10天仓面内温度测点的观测并记录，数据如下：
表2 6#闸室浇筑过程基础温度测量数据表 单位：℃
8月5日-8月6日2天为混凝土升温期间，4#闸室（埋设水管通冷水）混凝土内部温度观测峰值为52℃（出现在8月6日14：00，历时35h，由于冷水机故障，历时约38h才恢复供应冷水，在此之前通温度约为30℃左右的河水），内表温差最大值为17.1℃，混凝土内部温度最大降温速率为5.3℃/d。
5.试验结论
通过两个阶段温控措施或试验，并结合规范要求，得出以下几点结论：
1、对比两个试验块，未通水冷却的6#块降温速率为1.5℃/d，而通水冷却的4#块降温速率达到了5.3℃/d。
2、根据未通水冷却的6#闸室底板采集的基础数据，对照规范要求，除混凝土浇筑温度略高于30℃外（浇筑温度为30.6℃，基本接近于30℃），混凝土内表温差、内部最大温度和降温速率均满足水运规范要求。
3、2018年8月8日，召开了船闸大体积混凝土温控措施专家讨论会，经过充分讨论达成一致意见：现阶段采取的温控措施，能够满足规范要求，建议不采用通水冷却。
4、现基于上述两个阶段的温控措施的实施并采用控制变量的试验方法有力地佐证了，同时采取两个阶段的温控措施在是否埋设水管通水两种情况下均能满足相关规范要求，考虑到成本控制及施工进度（另采用通冷却水降温效果显著，但有降温过速之嫌），故取消在仓面内埋设水管通水的降温措施。另对于混凝土浇筑温度不满足规范要求略高于30℃，初步分析是由于冷却机组制冷水温度高于10℃，后期通过调低制冷水温度（控制在5℃）来降低混凝土的出机口与入模温度，以此降低混凝土的浇筑温度。
6.结语
通过上述温控措施的研究，总结这套符合水运大体积混凝土温度控制要求、满足质量要求及现场施工条件的施工工艺。
参考文献：
[1] 王顶堂，大体积混凝土裂缝控制技术应用研究，安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008，（06）。
[2] 李一芸，大体积混凝土裂缝成因及控制技术措施，安徽冶金科技职业学院学报，2010，（3）。
[3] 曹滨，大体积混凝土温度可控制及常见伤害处理，中国科技博览，2012年第37期。
论文作者:林贞如
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/4
标签：混凝土论文; 骨料论文; 温度论文; 措施论文; 船闸论文; 体积论文; 水口论文; 《防护工程》2019年12期论文;