特殊環境條件下的大型混凝土設備基礎施工技術

陳 凱

上海外經集團控股有限公司 上海 200032

1 工程概況

HIRGIG電廠位于厄立特里亞（以下簡稱“厄特”）馬薩瓦，屬熱帶沙漠氣候。項目施工區域海拔3 m左右，地勢較為平坦，屬于海邊砂土地。

在本項目新建的2臺23 MW柴油發電機工程中，大型混凝土設備基礎施工是本項目施工的重點核心工作。大型混凝土設備基礎采用鋼筋混凝土結構，基礎底板為厚1 500 mm的筏板基礎，上部為異形鋼筋混凝土結構，大型混凝土設備基礎最大外包尺寸為20 691 mm×11 400 mm×6 725 mm。混凝土強度等級為C35，2臺基礎混凝土施工量共計650 m3。

2 現場施工的特點、難點

1）馬薩瓦地區的氣溫非常炎熱，據統計，當地最高室外環境溫度可達55 ℃。為了避開在最炎熱的時間段進行大型混凝土設備基礎施工，選擇在氣溫較低的1—3月份（6—10月份為當地高溫季節）進行基礎澆筑。

2）當地材料資源匱乏并且供應不足，鋼材、粉煤灰、混凝土外加劑、礦粉、瀝青、建筑門窗等普通材料需要從中國國內或者第三國采購。從中國國內或第三國采購材料需要考慮采購時間、運輸時間、出海關時間等情況，同時須與工程施工進度計劃共同統籌策劃，使得對項目部材料采購計劃的精確性要求更高。因當地供應材料產量少且為計劃經濟體制，水泥、石子、砂、水等材料不能及時供應，影響現場使用。水泥材料因厄特政府限制從第三國進口，只能使用當地生產的普通硅酸鹽水泥（普通硅酸鹽水泥水化熱較大，需要采取措施降低水化熱）。

3）當地淡水資源嚴重缺乏，沒有自來水供應系統，現場所有的淡水都是用大水車運輸到現場。為了節約淡水資源的使用，采取混凝土攪拌時添加減水劑、混凝土養護時采用節水養護薄膜等施工技術措施。

以上特定環境中的諸多不利因素，給大型混凝土設備基礎施工帶來了困難。

3 策劃、實施過程中的主要技術措施

為了現場施工順利，保證施工質量滿足規范及使用功能的要求，結合現場施工的特點、難點等實際情況，針對各種不利因素，采取以下針對性的施工技術措施[1-5]。

3.1 選擇功能性添加材料

受到當地政府禁止采購國外水泥相關政策的影響，現場只能選擇當地生產的普通硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥的水化熱較大，拌制大型混凝土設備基礎的部分技術指標難以滿足規范及技術質量的要求。結合當地生產的普通硅酸鹽水泥的性能，選擇功能性添加材料，減少水泥用量，降低水化熱，提高混凝土工作性能，滿足其在高溫環境中的施工條件。混凝土配合比施工技術方案選擇采用“雙摻”（摻外加劑、摻合料）技術，在混凝土拌制過程中添加高效減水劑和粉煤灰、礦粉，從而提高混凝土的工作性能和抗裂能力。在混凝土配合比設計前，對國外當地水泥的物理性能、力學性能與外加劑的適應性性能做專門的取樣檢測，檢測結果滿足國家規范要求。選用的混凝土外加劑——JN高效減水劑（緩凝型）具有如下顯著特點：減水率大、增強效果顯著，抗拉、抗折和后期強度提高，鋼筋黏結力、抗碳化性能及抗滲性能改善；可泵性好、保水性好、黏聚性及水泥適應性好；調節摻量初凝延長3～10 h，能降低早期水化熱；可節省水泥15%～20%，每噸產品可節省水泥30 t以上；對混凝土收縮無不良影響，對鋼筋無銹蝕危害。

粉煤灰、礦粉同樣具有減少水泥用量、降低水化熱并提高和易性的作用。摻入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二鋁含量17%～35%，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；同時，粉煤灰與水泥反應進一步改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步得到細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少。值得一提的是，由于粉煤灰的密度較水泥小，混凝土振搗時密度小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應根據具體情況確定粉煤灰的摻量，并且在混凝土澆筑完成后，安排專職人員進行檢查，將混凝土上表面浮漿較多的部分清除。

摻入適量礦粉，可改善混凝土流動度，降低水泥水化熱，提高混凝土抗滲和后期強度，改善混凝土的內部結構，提高抗滲和抗腐蝕能力。混凝土摻入磨細礦粉后能延緩膠凝材料的水化速度，使混凝土的凝結時間延長，這一性質對高溫季節混凝土的輸送和施工有利。

3.2 測溫系統的使用

大型混凝土設備基礎澆筑時間在1—3月之間，當地的室外日最高溫度達到40 ℃。依據GB 50496—2009《大體積混凝土施工規范》中大體積混凝土的定義：“混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。”確定本大型混凝土設備基礎屬于大體積混凝土施工范疇。為了監測大體積混凝土內部水化熱溫度，并及時采取有效的溫控措施，基礎測溫系統采用大體積混凝土溫度無線監測系統。該系統采用全數字式方式對大體積混凝土水化熱過程中的溫度變化狀況進行監測，掌握混凝土的溫差波動情況，以指導基礎底板的保溫措施。該系統在大體積混凝土里表溫差超限時，能夠及時提供圖形、聲音等多媒體報警方式，以提醒現場技術人員及時采取相應的保溫措施。測溫點的布置原則為：能反映整個大體積混凝土的溫度場及溫度變化規律；溫度梯度大的地方測點布置的密，反之溫度梯度小的地方測點布置的稀。在大體積混凝土施工過程中，要有效地控制裂縫的產生，在施工前根據混凝土的配合比設計、施工條件和施工方法進行必要的理論計算，驗算混凝土各降溫階段產生的總拉應力值，如該值小于混凝土抗拉強度，則說明降溫和收縮不會引起混凝土結構的貫穿裂縫。

3.3 采用合理的現場施工措施

環境溫度高，混凝土入模溫度控制措施如下：降低澆筑材料溫度，在儲水箱、攪拌站、原材料堆場上搭設遮陰篷；降低原材料（主要的粗骨料）入機溫度，在澆筑前提前 2 h澆水降溫；合理選擇混凝土澆筑時間，應選擇在室外溫度較低時開泵澆筑，根據現場測量溫度統計，選擇在溫度較低的傍晚開始，凌晨結束。

混凝土澆筑技術管理措施如下：

1）混凝土澆筑應合理分段分層進行，使混凝土沿高度均勻上升，按照“分區定點、逐層澆筑 、循序漸進、一次到頂”的方法實施。

2）大型設備基礎混凝土坍落度較大，流動性也稍大，混凝土振搗過程中，上涌的泌水和浮漿順混凝土坡面下流到坡底。因此在澆筑墊層時，應預先在橫向留出一定的坡度，使大部分泌水順著坡度從模板底部預留孔中排出坑外。少量來不及排出的泌水隨著混凝土澆筑向前推進被趕至基坑頂端進行人為誘導，順著混凝土承臺面模板留置的泄水孔從模板上部預留孔中排出。所有排出的泌水和浮漿通過基坑明排水溝流到集水坑，然后用水泵排除。

3）混凝土泵送時自然形成的流淌斜坡度，在每條澆筑帶前、中、后各布置3個振搗器。混凝土振搗采用插入式振搗器，同時安排專業及經驗豐富的技術工人操作。

4）混凝土澆筑采用二次振搗工藝，在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當的時間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密實度，減少內部微裂縫和改善混凝土強度，提高抗裂性。

5）為防止混凝土表面出現干縮細裂紋，控制混凝土表面非結構性細小裂縫的出現和開展，在混凝土初凝前或混凝土預沉后，進行二次抹壓工藝。

3.4 養護措施

高溫和缺少淡水，是馬薩瓦市的環境特點。為了節約水資源和保證養護質量，經過養護方案的比選，混凝土基礎養護采用節水保濕養護膜（圖1）。其主要性能如下：

圖1 混凝土基礎采用節水保濕養護

1）高倍節水，養護期間，混凝土表面只需要在攤鋪時澆筑一次水，可節約養護用水95%以上。

2）持久保濕，養護期間，混凝土表面總能保持濕潤。

3）有效保溫，在混凝土水化熱的作業下，膜內溫度比外界高（4～10 K），縮小混凝土核心溫度與表面溫度及環境溫度的溫差。

4）清潔施工，施工現場整潔，大大改善施工形象。

5）具有良好的保溫、保濕雙重性能，能有效抑制微裂縫的產生，提高混凝土強度。

6）提高混凝土抗碳化能力，混凝土抗碳化能力遠遠高于其他養護方式。

7）提高耐磨度，磨耗量是國家相關標準的1/10。

通過采取以上措施，大型混凝土基礎保質保量地順利施工完成。目前，2臺柴油發電機正常運行，大型混凝土基礎的混凝土抗壓強度、抗裂強度、表面有害裂紋等性能指標良好，能滿足柴油機運行使用及驗收規范的標準。

4 結語

1）對于在非洲國家炎熱的地區完成大型混凝土設備基礎的澆筑工作，項目施工前期的現場考察、策劃、施工技術方案選擇等環節非常重要。對于項目所在地的自然環境及社會環境（如經濟情況、當地材料情況、運輸情況、機械情況、當地勞動力情況等）要詳細地調查了解和確認，分析項目施工現場的特點與難點，這方面的資料對于策劃現場施工方案尤其重要。

2）根據調研及收集到的當地情況，組織編制適應當地現場的施工計劃，采取施工技術措施克服當地的諸多不利因素，使得2臺大型混凝土基礎在工期要求的時間內保質保量地完成施工。

3）在缺少淡水資源及其供應不足的情況下，通過采取在混凝土配合比中添加高效減水劑、混凝土養護采用節水保溫薄膜的養護措施，節約了混凝土施工的用水量，提高了混凝土質量。