高溫地區超長薄壁墻體混凝土澆筑技術應用

藺東飛

（中國葛洲壩集團國際工程有限公司，北京 100025）

卡塔爾大型供水項目E標段（Primary Reservoirs and Pumping Station4）位于卡塔爾阿布納克拉市（Abu Nakhla），距卡塔爾首都多哈約30 km，距離卡塔爾重鎮賽義德20 km。該項目地處中東地區，屬于沙漠氣候，氣溫干燥，最高氣溫達到50℃。該項目主要包括2座5.0×105m3的蓄水池、2個回水池、1座加壓泵站、1座加氯間、1座主備用發電機房、3座遠程發電機房、1座調壓系統、1座水質檢驗中心以及5座水質測站。蓄水池是該項目的主要構筑物，單個水池有9道導流墻，每道導流墻長度為305 m，高度為11.2 m，厚度為0.4 m。

該項目的水池導流墻體具有超高、超薄、超長的特點，施工難度大，主要難點體現在三個方面： （1）導流墻體施工分倉分縫若不合理，墻體就會出現裂縫，甚至失穩垮塌，因此，需要重點研究施工分倉分縫方案，保障墻體的整體穩定和表面光滑； （2）模板選型和腳手架平臺搭建方案如果不科學，則會造成模板和腳手架拆卸周轉不方便，因此，需要重點做好模板選型和平臺搭建方案，保證模板安裝作業平臺的安全穩定和移動便易； （3）混凝土澆筑振搗方式如果不當，就會影響鋼筋籠和模板的穩定性，造成混凝土表面有蜂窩麻面或出現漏筋，因此，需要重點做好振搗設備選型，采用科學的振搗方式，保障混凝土振搗的密實性。

文章介紹項目導流墻體混凝土澆筑采取的施工工藝，從導流墻體分倉分縫、模板和腳手架支撐方案、振搗方式等方面進行施工優化，解決導流墻體施工的分倉分縫合理性、模板鋼筋安裝的穩定性、操作平臺支架搭設的便易性、墻體混凝土振搗的密實性等重點、難點問題。

1 研究思路

項目采取的主要研究思路如下：

（1）在確定熱力學參數及相關條件基礎上，通過有限元計算，分析在不同分縫長度條件下墻體的溫度應力場，根據所得的分析結果選擇合適的分倉分縫長度及高度，驗證不同環境溫度下選定的分倉分縫長度、墻體的混凝土應力是否滿足規范要求，進一步優化墻體分倉分縫設計方案。

（2）在保證腳手架和模板整體穩定性的前提下，研究整體移動腳手架方案，實現超長墻體的連續施工，縮減工期。

（3）針對導流墻體超高的分倉特點，研究振搗設備的選擇方案，解決超高狹窄空間振搗缺陷問題。

2 導流墻體施工工藝

導流墻體混凝土澆筑采用的施工工藝流程為：水平施工縫處理→墻體鋼筋安裝→墻體端模安裝→墻體側面模板安裝→混凝土澆筑→拆模養護，具體分述如下：

2.1 水平施工縫處理

在前期的水池底板混凝土澆筑時已經一同澆筑了高50 cm的墻體混凝土，在墻體鋼筋安裝前需將50 cm的墻體混凝表面的施工縫進行鑿毛處理，然后再安裝膨脹止水條。

2.2 墻體鋼筋支撐架安裝

導流墻體鋼筋安裝采用一次綁扎到頂，考慮墻體鋼筋安裝較高，需設防傾覆措施，在墻體鋼筋沿墻體長度方向每2.8 m設置一道三角形腳手架支撐，支撐架材料為φ48 mm鋼管，支撐架的斜撐固定于混凝土墊塊上，斜撐分別撐在豎桿的4 m和8 m處。

2.3 墻體端模安裝

墻體端模安裝包括水平施工縫端模安裝和伸縮縫端模板安裝。

水平施工縫端模安裝：墻體端模采用Hy－Rib免拆鋼板網模板，在墻體鋼筋安裝完成后，將Hy－Rib鋼板網模板按縱向鋼筋間距開孔，然后將Hy－Rib鋼板網模板插入縱向鋼筋進行安裝。Hy－Rib模板安裝完成后，再用90 mm×90 mm方木滿布在Hy－Rib模板后面作為豎肋，然后再用連接雙槽鋼的連接器，作為橫肋與墻體側面模板的雙槽鋼連接，用以加固模板支撐。

伸縮縫端模板安裝：伸縮縫端模采用普通膠合板，止水與端部模板同步安裝。以內部止水帶為分割線，將填料板與普通膠合板分兩段安裝，先安裝填料板，然后在填料板外部安裝普通膠合板。一端的填料板和普通膠合板安裝完成后，再安裝中間止水帶并做好防水處理，然后安裝另一半填料板和普通膠合板。Hy－Rib模板安裝完成后，再用90 mm×90 mm方木滿布在普通膠合板后面作為豎肋，然后再用連接雙槽鋼的連接器，作為橫肋與墻體側面模板的雙槽鋼連接，用以加固模板支撐。

2.4 墻體側面模板安裝

墻體側面模板采用裝配式模板。在拼裝場地先拼裝好，然后再采用扁擔吊具和塔吊吊裝，并設置溜繩以調整模板位置。業主要求水池底板不能打錨栓，模板斜支撐用膨脹螺栓固定在混凝土預制塊上，現場在模板安裝前應根據需要提前預制混凝土墊塊。

側面模板拼裝完成后，由塔吊協助安裝。由于導流墻厚度太窄，鋼筋較密，墻體鋼筋安裝完成后無法設置孔安裝拉桿，所以在導流墻模板安裝前，先將相對的兩塊模板提前根據設計鉆好拉桿孔，安裝時先安裝一側的模板，并且固定好，將兩側的錐帽、PVC管（聚氯乙烯，polyvinyl chloride）以及拉桿穿好，然后安裝另一側的模板至相對位置，調整好拉桿系統，并將斜撐固定在預制塊上，導流墻模板安裝示意見圖1。

圖1 導流墻模板安裝示意圖

2.5 墻體混凝土澆筑

墻體混凝土澆筑采用混凝土罐車從拌合站運輸至現場，然后用兩臺地泵配合兩臺天泵輸送至模板內，在天泵工作半徑范圍內的倉位用天泵澆筑，范圍之外的倉位用地泵配合布料桿澆筑。導流墻一倉澆筑到倒角以下5 cm，混凝土采用天泵分層澆筑，每層厚度不超過30 cm，層與層之間的澆筑時間間隔不得超過混凝土初凝時間。為縮短層與層之間的間歇時間，采用階梯式進行推進，并保證次層在前層混凝土初凝前澆筑。

2.6 拆模養護

墻體混凝土要在次日拆模，并立即噴灑養護劑進行養護。夏季采用覆蓋草簾澆水養護，或采用塑料薄膜覆蓋，保證其內部濕度，混凝土養護時間28 d。

3 導流墻體施工優化

3.1 導流墻體分倉分縫優化

在導流墻澆筑施工過程中，由于導流墻體具有超高、超薄、超長的特點，在混凝土固化過程中釋放的大量水化熱會容易產生較大的溫度變化和收縮變形，使混凝土內部產生巨大的拉應力，從而導致混凝土表面及深部開裂，發生滲漏。合理的分倉分縫不但能夠加速混凝土熱量的散發，使溫度分布較均勻，從而降低混凝土的自身應力，而且能夠改變鋼筋混凝土結構的邊界，從而改善其約束條件，減少混凝土結構不能自由變形而引起的應力。

3.2 不同環境溫度對混凝土應力的影響

卡塔爾地區月平均氣溫在30℃以上，在大體積混凝土分層澆筑過程中，需要研究不同環境溫度下高10.6 m、長14.4 m的混凝土結構的最大溫度和溫度應力變化情況。選取15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃等7種環境溫度，計算混凝土結構中心點峰值溫度及相應峰值溫度出現時間，結果見表1。

表1 不同環境溫度下導流墻體中心點峰值溫度

由表1可以看出，當環境溫度每增加5℃，混凝土結構中心點峰值溫度增加4℃左右，且隨著環境溫度升高，混凝土結構中心點溫度峰值出現的時間由7 d逐漸縮短為5 d。較高的環境溫度使混凝土內部水化熱反應速度加快，從而導致溫度峰值出現的時間提前。

不同環境溫度條件下混凝土結構峰值溫度應力及相應峰值溫度應力出現的時間見表2，不同環境溫度條件下混凝土結構峰值溫度應力變化規律見圖2。

表2 不同環境溫度下混凝土結構峰值溫度應力

圖2 不同環境溫度下混凝土峰值溫度應力

從表2和圖2可以看出隨著環境溫度的增加，導流墻溫度應力不斷減小，前期減小速率明顯較大，后期降速逐漸變緩。當環境溫度從15℃增加到45℃時，混凝土結構峰值應力由1.561 MPa逐漸降低到0.847 MPa，而峰值溫度應力出現的時間也由7d逐漸縮短為5 d。

混凝土導流墻體澆筑高度為10.6 m、長為14.4m、環境溫度為15℃時，結構溫度應力峰值為1.56 MPa，小于C40混凝土結構的設計抗拉強度值1.71 MPa，隨著環境溫度的升高，溫度應力逐漸降低，符合混凝土結構的安全可靠性要求。

3.3 施工腳手架設計優化

通過對施工腳手架的主要持力部位和模板進行承載力及變形驗算，腳手架搭設高度按14.9 m設計，采用Φ48 mm×3 mm鋼管，按照步距2 m、縱距2.1 m、橫距1.5 m、斜距2.1 m進行布置。通過使用施工排架移動小車，實現了施工排架整體移動，減少了施工排架拆除、搭設工序，優化了腳手架的搭設頻次，實現了導流墻體的連續施工。

3.4 混凝土振搗工藝優化

在超高狹窄空間進行混凝土澆筑時，針對水池邊墻、導流墻、中隔墻的不同部位、不同規模墻體，采用加長型Φ50 mm振搗器進行振搗，獲得墻體混凝土振搗密實的效果。

振搗棒至少遠離模板150 mm，振點間距為振搗棒作用半徑的1.5倍，每點振搗時間為20～30 s為宜，但還應視混凝土表面不再顯著下沉、表面無氣泡產生且混凝土表面有均勻的水泥漿泛出為準。

混凝土振搗時要做到“快插慢拔”，將振搗棒上下略有抽動，以使上下震動均勻，振搗棒應插入下層10 cm左右，以消除兩層間的接縫。振搗方向為：下層垂直于澆筑方向自下而上，上層振搗自上而下，采用二次振搗工藝，二次振搗時間控制在澆筑后的1～2 h。

4 應用效果

通過導流墻體混凝土施工分倉分縫、腳手架安裝以及導流墻體混凝土澆筑振搗方式的研究，優化了傳統施工工藝，提高了施工效率，主要應用效果包括以下6個方面：

（1）通過有限元模擬導流墻體混凝土澆筑，施工分縫長度調整為14.4 m，分倉高度調整為10.6 m，減少了墻體的分倉分縫數量，減少了施工工序。

（2）借助一種施工排架移動小車，實現導流墻體鋼筋平臺支架整體移動，每段墻體可節省腳手架拆除及搭設循環時間5d，加快了項目施工進度。

（3）水池導流墻體高度為11.2 m，普通振搗棒無法滿足該超高墻體的振搗作業，為確保混凝土振搗工作順利進行，使用18 m長軸振搗器，采用附著式振搗系統，滿足了混凝土的振搗需求，保證了混凝土澆筑密實。

（4）導流墻體混凝土表面光滑，無肉眼可見的塑性裂縫，沉降裂縫和溫度裂縫，經試驗室檢測，混凝土施工質量良好。

5 結語

文章介紹的混凝土澆筑技術實現了高溫地區超長薄壁墻體施工的流水作業，加快了施工進度，節約了施工成本，該技術安全可靠，可在類似大型水池工程項目中推廣應用。

此外，重點研究項目所在地的混凝土原材料和外加劑的參數，通過試驗檢測分析，選擇合適的原材料和外加劑，確定適應高溫氣候條件下的最優混凝土配合比，才能更好地保證混凝土澆筑的質量。