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摘要：大体积混凝土由于水泥水化热引起混凝土温度剧烈变化极易产生温度裂缝，不仅影响建筑物美观，而且影响其结构的耐久性。因此必须要防止或减少温度裂缝，以确保大体积混凝土的施工质量。本文就以某水电站厂房工程为例，对大体积混凝土施工温度裂缝控制进行分析，从混凝土配合比设计、施工方案选择、温度控制等方面阐述了温度裂缝控制的措施，可为此类工程提供参考依据。
关键词：水电站厂房；大体积混凝土；温度；温控措施；施工方案
水电站厂房是水电站中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备的建筑物。它是水工建筑物、机械和电气设备的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其下部是一个形状复杂、体积庞大的大跨度厚壁空腔混凝土结构，受其自身和周围介质温度、湿度变化的影响，以及基岩的约束作用，往往在不同部位产生较大的温度应力，在施工中极易导致混凝土产生裂缝，这不仅会降低结构的承载能力、耐久性及抗渗能力，缩短建筑物使用寿命，严重时甚至还会影响建筑物结构安全。因此，本文将讨论水电站厂房大体积混凝土温度控制的施工措施，以有效地避免或减少裂缝的产生。
1 工程简述
某水电站枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、岸边溢洪道、左岸泄洪洞、左岸大厂房引水发电系统及右岸小厂房引水发电系统等组成。
2 技术要求
2.1 最高温度控制要求
根据《蜗壳结构及弹性垫层布置图（1/2）》的设计要求：蜗壳混凝土浇筑温度不高于20℃。但设计依据三维有限元温度应力仿真分析结果并综合考虑，左岸地下厂房发电机层以下大体积混凝土允许最高温度不高于32℃。
2.2 温度测量要求
1）浇筑温度测量要求。混凝土浇筑温度测量采用简易方法测量；混凝土浇筑温度每一浇筑层不少于1个测点。测点均匀分布在浇筑坯层面上，测点深度为10cm。
2）混凝土内部最高温度测量要求。温度测量仪器采用纯电阻温度计。开始浇筑的3层，每一浇筑层内部温度计埋设不低于1支，基本掌握温度情况且浇筑温度、通水冷却等条件稳定的前提下，可隔层埋设温度计。温度计应布置在浇筑块中心位置。
3）温度观测要求。在混凝土浇筑过程中，应至少每4h测量一次混凝土的原材料温度、出机口温度、浇筑温度、冷却水进出口温度、压力、流量、外界气温和仓内气温，并做好记录。
混凝土浇筑时即开始混凝土内部温度测量，温度测量间隔要求：内部温度测量间隔时间一般应不大于12h；新浇混凝土前3d温度测量间隔时间时间应不大于8h；之后测量间隔时间一般应不大于12h，测温时间不少于28d。
3 混凝土温控措施
3.1 原材料及混凝土温控措施
1）由于夏季河水温度较高（16～22℃），为降低混凝土温度采用温度在4～7℃地下水。
2）控制骨料含泥量。砂、石含泥量过大，不仅增加混凝土的收缩，而且降低混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂十分不利。为了降低骨料温度，在粗细骨料仓上部搭设防雨遮阳棚，防止太阳直射骨料仓，造成骨料温度过高，骨料料堆高度大于6m，地弄取料，同时开仓前两小时对粗骨料仓进行喷洒地下水降温，并尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料；砂子细度模数控制在2.6～2.8。
3）混凝土的热量主要来自水泥水化热，采用低热硅酸盐水泥以降低水泥水化热，并在水泥罐顶上安装靠罐侧布孔的水管，从罐体外由上到下淋地下水降低水泥温度。
4）掺混合材料——粉煤灰，粉煤灰应能增强混凝土的和易性，节约水泥用量，改善混凝土的流动性，减少水泥石中的毛细孔数量和分布状态，提高混凝土的密实度，且有助于对碱-集料活性的抑制，有利于提高混凝土的耐久性；
5）掺高效减水剂以减少用水量，即减少混凝土中的水泥用量，降低水化热。
6）降低混凝土入仓坍落度。
3.2 混凝土配合比优化设计
混凝土配合比设计应在满足混凝土强度等级的前提下减少单位水泥用量，且具有良好的施工性能和满足混凝土龄期极限拉伸值不小于0.85×10-4。试验以砂率、水泥用量、粉煤灰掺量、外加剂掺量4个因素进行混凝土正交设计，以新拌混凝土工作性、硬化混凝土强度为考核指标，同时辅以极限拉伸值及构件的外观质量以达到降低混凝土的出机口温度。正交设计见表1，混凝土施工配合比见表2。
3.3 改善约束条件的措施
1）为了减低混凝土内部温升，施工中优化老混凝土配合比，局部位置采用Ⅲ级配混凝土。
2）减小浇筑厚度和确定合理的间歇期，利用浇筑层面散热。
3）缩短运输车辆在拌和楼或者仓面的等待时间，入仓后及时进行平仓振捣，采用隔热材料及时覆盖。
4）采用台阶式浇筑法。
5）在混凝土中埋设冷却水管，通入冷水降温，混凝土温度与水温之差不宜25℃。
6）加强养护，防止表面干缩，提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
3.4 仓内冷却方案
3.4.1 冷却水管的布置方案
1）4号机组肘管二期。4号机组肘管二期混凝土浇筑高度为3.3m，布置2层HDPEφ32mm冷却水管，冷却水管呈蛇形布置，间排距1.2m×1.2m，冷却水管距离周边岩体及钢衬1m。当岩体至钢衬距离为2m左右时，冷却水管布置呈直线型。上下两层冷却水管需连成循环回路，进出水口位于集水井侧。
2）1号～3号机组肘管二期。根据肘管二期混凝土方案，1号～3号机组肘管二期共分Ⅳ层，分层高度分别为2.5m、3m、3.4m、3.3m，按照该分层高度，Ⅰ层支墩顶面至肘管钢衬仅为1.7m，该层不布置冷却水管，其余Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层每层均布置一层HDPE32冷却水管，水管呈蛇形布置，间排距1.0m×1.0m，距离周围岩体及钢衬距离按照1.0m控制。
3）1号～4号机组锥管混凝土。锥管混凝土分为一期、二期浇筑，其中一期以操作廊道端墙为界分为上下游半幅，上游半幅为操作廊道侧，分为3层浇筑，即①-1、①-2、①-3层，分别为廊道底板、边墙及顶板，该部位仓位规模不大，不采取仓内冷却措施；下游半幅总高度为5.8m，高程1382.5～高程1388.3m，分为两层浇筑，即①-4、①-5，每层高为2.9m，仓内采取冷却降温措施，每仓布置一层HDPE32mm冷却水管，间排距1m×1m，距离周围岩体及钢衬距离按照1m控制，具体布置根据现场实际确定。
3.4.2 冷却水管固定、连接方案
冷却水管在仓内设置，均采用20mm钢筋立架固定，立杆一端预埋在下层混凝土中，另一端延伸至水管层高程，立杆间排距按照2.0m×2.0m左右控制，横杆焊接在立杆上，即形成立架，或根据现场实际情况，架立筋可以与结构钢筋焊接固定。冷却水管按照间排距采用铁丝绑扎在钢筋立架上。
冷却水管接头采用膨胀式防水接头，所有水管进出口端均做好清晰标记，便于调换冷却水方向。混凝土浇筑之前，对冷却水管采取通水检查，确保管路畅通，且不渗漏水，浇筑过程中保护好冷却水管，若发生破坏，需进行修复后再进行浇筑混凝土。
3.4.3 冷却水管通水及抽排水方案
通水采用地下水，通水时间14～21d（具体根据混凝土内部温度情况确定，当混凝土内部温度低于32℃时无需通水冷却），通水流量，前7d1.5～2.0m3/h，之后0.8～1m3/h。进出水口方向每24h更换一次。
4号机组段冷却水直接从出水口接引至集水井，1号～3号机组段经操作廊道设置排水管引排至集水井，在集水井内再增设一台50m3/h水泵，采用150mm水管抽排至4号施工支洞，再经4号施工支洞泵站抽排至洞外。
3.4.4 温度量测方案
采取冷却措施的每仓混凝土预埋1～2个探头温度计，混凝土浇筑时采用电子测温仪进行内部温度测量，一般混凝土内部温度测量间隔时间小于等于12h，新浇筑混凝土前3d温度测量间隔时间应小于等于8h，测量时间根据混凝土内部温度情况确定，待混凝土温度降至32℃后可以通知测量。
另外，混凝土浇筑过程中，应至少4h测量一次混凝土的原材料、出机口、浇筑温度计冷却水进出水口温度、流量等，并做好记录。
4 混凝土施工方案
4.1 肘管混凝土施工方案
厂房肘管一期混凝土共分5序浇筑，Ⅰ序为检修排水廊道底板，浇筑高度厚1m，宽3.2m，Ⅱ序为廊道边顶、基坑底板，最大浇筑高度2.7m，Ⅲ、Ⅳ序为肘管一期台阶，浇筑高度分别为2.9m、2.4m，Ⅴ序为肘管支墩。Ⅰ、Ⅱ序在基坑与检修排水廊道交界处分缝（4号基坑在左侧与集水井边墙处分缝），Ⅲ序浇筑至排水盒边缘，排水盒及外侧在肘管二期时浇筑。
4.2 蜗壳层混凝土施工方案
根据设计图纸要求，蜗壳外围混凝土建议分层高度1.5m，实际上现浇筑面距离蜗壳底部为1.5m左右，如果按照1.5m分仓，不利于阴角部位浇筑，且进度较慢，经综合考虑，蜗壳混凝土总共分为4层浇筑，第Ⅰ层层高3m～4.5m，第Ⅱ层层高3m，第Ⅲ层层高1.8m，第Ⅳ层层高1.25m。根据设计图纸要求，蜗壳混凝土采用分层不分块（象限）浇筑。
5 混凝土温控成果
5.1 原材料温度检测
混凝土浇筑过程中对原材料温度进行每4h检测一次，检测数据统计见表3。
5.2 混凝土内部温升
采用普通硅酸盐水泥配合比，未采取温控措施时肘管温升情况见表4；采用低热水泥配合比并采取控措施的温升情况见表5。
备注：1、开仓时间：2013 年9月18日21时15分，收仓时间：2013年9月20日01时40分；
2、温度计埋设时间：2013年9月19日08时26分；
3、厂房洞室温度：21.5℃-23.8℃，混凝土出机口温度：22.0℃～24.2℃，入仓温度：22.5℃～24.8℃。
备注：1、开仓时间：2013年10月30日21时15分；
2、温度计埋设时间：2013年10月31日10时00分。
3、厂房洞室温度：20.8℃-23.0℃，混凝土出机口温度：21.5℃～23.5℃，入仓温度：22.0℃～24.5℃。
备注：1、开仓时间：2014年05月06日14：10时；收仓时间：2014年05月08日23时30分；
2、温度计埋设时间：2014年05月08日14时40分；
3、厂房洞室温度：19.8℃-21.9℃，混凝土出机口温度：15.5℃～18.0℃，入仓温度：16.0℃～20.0℃。
备注：1、开仓时间：2014年06月19日15：10时；
2、温度计埋设时间：2014年06月20日19时30分；
3、厂房洞室温度：20.3℃-23.6℃，混凝土出机口温度：16.7℃～20.3℃，入仓温度：17.9℃～22.5℃。
由表4、表5可见，混凝土内部温升虽然仍大于32℃（最大39.7℃），但跟未采取温控措施的普通水泥比较还是有所降低。在蜗壳混凝土上层混凝土浇筑前，业主、设计、监理、施工单位四方对老混凝土面进行全面检查，采取预防措施以后浇筑的混凝土中裂缝很少，且未发现贯穿性裂缝。
6 结语
综上所述，在水电站厂房混凝土浇筑过程中，因水泥水化热引起的温度变形导致大体积混凝土极易出现裂缝，因此混凝土温度控制必须引起重视。本文以某水电站工程为依托，通过采取原材料的选用、混凝土的温度控制及优化配合比等措施，经监测数据分析，可知所采用的措施可有效降低了混凝土的出机口温度及浇筑温度，从而提高厂房混凝土的抗裂安全性。
参考文献：
[1]何鹏.水电工程大体积混凝土温度裂缝控制及实例分析[J].中国建筑工业出版社.2013
[2]刘毅.水电站大体积混凝土裂缝成区和施工控制措施探讨[J].中国科技博览.2012
[3]付鹏，王颖.峡江水电站厂房基础混凝土裂缝成因分析及控制处理[J].江西水利科技.2012
论文作者:陈冰
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/28
标签：混凝土论文; 温度论文; 水管论文; 测量论文; 裂缝论文; 厂房论文; 水电站论文; 《基层建设》2016年9期论文;