高溫季節(jié)泵站大體積混凝土溫控技術(shù)措施

王立國 張亞南 呂松召

(1.內(nèi)蒙古巴彥淖爾市水土保持站，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；2.北京通成達(dá)水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 101318；3.中能建設(shè)(貴安新區(qū))有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

北京城市副中心行政辦公區(qū)水系景觀工程位于通州區(qū)運(yùn)潮減河與北運(yùn)河之間，主要建設(shè)內(nèi)容包括：玉帶河大街以南新挖河道2.4km，共18萬m2，在河道兩側(cè)新建排水暗涵4.9km，在暗涵末端修建排澇泵站1座，在與北運(yùn)河連接處修建節(jié)制閘等。本項(xiàng)目是行政辦公區(qū)排水、蓄澇以及景觀水面的主要工程。工程實(shí)施后，初期雨水(20年一遇)不入河，經(jīng)暗涵沉淀凈化后排入北運(yùn)河，超20年一遇雨水入景觀水系進(jìn)行調(diào)蓄，多余水量由南側(cè)泵站強(qiáng)排。

本工程泵站區(qū)域結(jié)構(gòu)布置共分為前池、泵房和后池，其中前池包括初雨調(diào)節(jié)池和進(jìn)水池，整個泵站為全地下結(jié)構(gòu)。工程所在現(xiàn)狀地面高程20.2m，初雨調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)底部高程10.4m，進(jìn)水池設(shè)計(jì)底部高程8.6m，泵房設(shè)計(jì)底部高程8.6m，泵房左聯(lián)集水井所在位置底板設(shè)計(jì)底部高程7.0m。工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)型式為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1600mm，初雨調(diào)節(jié)池優(yōu)化部分底板厚度為1000mm。主體結(jié)構(gòu)型式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級為C30W6F150，為收縮補(bǔ)償混凝土。

泵房底板結(jié)構(gòu)尺寸78.5m×15m(長×寬),底板及邊墻厚1600mm，結(jié)構(gòu)分左、中、右3聯(lián)(27.2m、25m、26.3m)；初雨調(diào)節(jié)池底板結(jié)構(gòu)尺寸115.375m×50.8m(長×寬)，分為三塊：1號結(jié)構(gòu)尺寸55.225m×50.8m(長×寬)、2號結(jié)構(gòu)尺寸38.7m×50.8m(長×寬)、3號結(jié)構(gòu)尺寸21.45m×50.8m(長×寬)。

2 工程重點(diǎn)難點(diǎn)分析

排澇泵站工程初雨調(diào)節(jié)池、泵房基礎(chǔ)型式為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1600mm，初雨調(diào)節(jié)池優(yōu)化部分底板厚度為1000mm，混凝土邊墻厚度為1600mm(部分前池底板厚度1000mm)，均大于1000mm，屬于大體積混凝土。主體結(jié)構(gòu)型式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級為C30W6F150，為收縮補(bǔ)償混凝土。除了必須滿足強(qiáng)度等級、耐久性、抗?jié)B性和體積穩(wěn)定性要求外，防止混凝土因水泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫是大體積混凝土高溫季節(jié)施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

高溫季節(jié)大體積混凝土施工需從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工安排、施工質(zhì)量、混凝土溫度控制、養(yǎng)護(hù)和表面保溫等方面采取綜合措施，制定專項(xiàng)施工方案，以減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 大體積混凝土施工方案

3.1 施工總體布置

初雨調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)分為三塊，泵房結(jié)構(gòu)左、中、右三聯(lián)。泵房位置相對于前池位于現(xiàn)狀基坑里側(cè)，因此泵房底板先施工，前池底板后施工。為加快施工進(jìn)度形成流水作業(yè)面，采用跳倉澆筑，泵房先施工左、右兩聯(lián)，再施工中聯(lián)；初雨調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)施工時按照由里向外，即1號、2號、3號倉順序依次澆筑，施工平面布置見圖1。

圖1 施工平面布置示意圖

為確保超長大體積混凝土施工不出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，根據(jù)設(shè)計(jì)要求初雨調(diào)節(jié)池采用設(shè)置后澆帶方法。1號底板后澆帶設(shè)置于結(jié)構(gòu)中線十字布置；2號和3號底板后澆帶在長邊中部分別留置一道。有后澆帶的結(jié)構(gòu)以后澆帶為界劃分流水段，依次澆筑各段混凝土。

3.2 混凝土入倉溫度控制

3.2.1 優(yōu)化混凝土配合比

為降低混凝土內(nèi)部溫升，在滿足混凝土強(qiáng)度、耐久性的前提下，降低水泥用量，同時摻入一定量粉煤灰和礦粉，降低水化熱，并且能夠改善混凝土和易性。使用具有緩凝效果的外加劑，調(diào)整混凝土凝結(jié)時間，保證混凝土整體澆筑，同時延長混凝土內(nèi)部散熱過程，避免產(chǎn)生溫度裂縫。綜合考慮大體積混凝土各項(xiàng)性能的影響因素，按耐久性、強(qiáng)度、低水化溫升和體積穩(wěn)定性、工作性能的優(yōu)先次序確定最終配合比。

3.2.2 原材料溫控措施

由于施工期間大氣溫度較高。為盡量降低混凝土出機(jī)溫度，采取以下措施進(jìn)行控制：

a.水泥：采用專用水泥，使水泥整體循環(huán)較慢，且始終保持高倉位。保證水泥有足夠時間降溫。水泥溫度不高于60℃方可入專倉。

b.摻和料：采用循環(huán)倉使用方法，使用時選擇進(jìn)場時間較長的摻和料倉。

c.砂、石：站內(nèi)砂石倉都是封閉式料倉，避免陽光直射。砂石料都是站內(nèi)提前存料，含水率較低，這樣就可以提高單方相對用水量，利用地下水溫度低的特點(diǎn)，降低混凝土出機(jī)溫度。骨料堆積高度不小于6m，保證足夠儲備量。保證骨料進(jìn)入專倉，不暴露于露天環(huán)境，骨料溫度低于28℃。

d.水：采用地下水，水溫一般在12～15℃。

3.2.3 混凝土制備和運(yùn)輸

提前聯(lián)系好原材料廠家，保證儲備充足，生產(chǎn)供應(yīng)連續(xù)。試驗(yàn)室負(fù)責(zé)原材料進(jìn)場的質(zhì)量監(jiān)控，嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定。根據(jù)泵送設(shè)備的配置，合理安排車輛，施工設(shè)備和施工人員充足，保證大體積混凝土澆筑的連續(xù)性。混凝土運(yùn)輸過程中，縮短運(yùn)輸時間，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，不在運(yùn)輸和卸料過程中加水。混凝土運(yùn)輸設(shè)備，設(shè)置遮蓋或保溫設(shè)施。

3.2.4 混凝土入倉溫度

結(jié)合本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基準(zhǔn)配合比，進(jìn)行混凝土的熱工驗(yàn)算。根據(jù)往年6月中下旬平均氣溫統(tǒng)計(jì)，基本大氣溫度在29℃～35℃，最終計(jì)算的混凝土入模溫度為27.8℃。在混凝土澆筑過程中實(shí)際測溫，保證了混凝土入倉溫度不大于28℃。

3.3 混凝土澆筑溫度控制措施

3.3.1 混凝土澆筑采取合理分層分縫措施

3.3.1.1 分層措施

大體積混凝土施工采用分層連續(xù)澆筑施工，控制混凝土分層澆筑厚度不大于50cm，控制澆筑厚度每小時不超過1m。加強(qiáng)結(jié)合部振搗，保證上、下層澆筑間隔不超過初凝時間。

3.3.1.2 分縫措施

超長大體積混凝土施工，選用下列方法控制結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)有害裂縫：

a.變形縫：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙留置變形縫，縫寬2cm，縫內(nèi)設(shè)閉孔泡沫板，前池設(shè)置橡膠止水帶，泵房結(jié)構(gòu)加設(shè)紫銅止水。

b.施工縫：根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)留置施工縫，所有施工縫嚴(yán)格鑿毛流程，鑿除表層浮漿，露出石子清水沖洗干凈。泵房結(jié)構(gòu)留置的所有施工縫均設(shè)置鋼板止水。

c.設(shè)置后澆帶：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，前池各結(jié)構(gòu)塊要設(shè)置后澆帶施工。待后澆帶兩側(cè)結(jié)構(gòu)伸縮變形穩(wěn)定后或澆筑45天后再施工，后澆帶部分用高一級強(qiáng)度等級的補(bǔ)償收縮混凝土施工。后澆帶部分的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行保護(hù)，防止垃圾、水泥砂漿等進(jìn)入后澆帶。施工前對施工縫進(jìn)行處理，剔除浮漿，使石子外露，保證混凝土接縫處的質(zhì)量，并沖洗干凈，且不得積水。

3.3.1.3 跳倉施工

為加快施工進(jìn)度，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，前池和泵房底板、邊墻按照現(xiàn)場施工安排實(shí)際情況采取跳倉澆筑施工，跳倉間隔時間不小于7天。施工縫按照施工圖紙要求設(shè)置和處理。

3.3.2 冷卻水管內(nèi)部降溫

通過熱工計(jì)算混凝土內(nèi)部最高溫度可達(dá)50℃，泵站底板及邊墻溫度實(shí)際監(jiān)測情況顯示，混凝土內(nèi)部最高溫度在36～96h可達(dá)到55℃～65℃，故邊墻混凝土內(nèi)部采用冷卻水管降溫。

3.3.2.1 冷卻水管布置

冷卻水管采用φ25薄壁鋼管彎制成S形，沿墻體水平均勻布置，管道豎直間距為1m。1m厚墻體設(shè)置1道冷卻水管，距墻面距為0.5m；1.6m厚墻體設(shè)置2道冷卻水管，管道水平間距為0.8m,管道距墻面0.4m；2.6m厚墻體設(shè)置3道冷卻水管，管道水平間距為0.8m,管道距墻面0.5m，見圖2。

圖2 冷卻水管布置示意 (單位：mm)

每根冷卻水管長度控制在250m以內(nèi)，分別設(shè)置獨(dú)立的進(jìn)出水口。水源采用現(xiàn)場地下水，水溫18℃左右，將降水井中的地下水引入進(jìn)出水口處設(shè)置的水箱。

3.3.2.2 冷卻水管安裝、埋設(shè)

a.冷卻水管安裝完畢后，進(jìn)行試通水，逐道檢查接頭及出水情況。

b.進(jìn)出水口安裝調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)流量。

c.管道安裝綁扎牢固，混凝土澆筑過程中注意保護(hù)，經(jīng)常檢查，防止管道偏離設(shè)計(jì)位置或遭到損壞從而影響冷卻效果。

3.3.2.3 冷卻水運(yùn)行

a.混凝土澆筑完畢后立即通水冷卻。由進(jìn)水管將進(jìn)水口水箱內(nèi)冷卻水(水溫與混凝土內(nèi)部溫度溫差控制在25℃以內(nèi))注入邊墻冷卻水管內(nèi),隨后從出水口將水排至出水口水箱或降水井，形成循環(huán)輸水系統(tǒng)，管中的水流速按0.6～0.7m/s進(jìn)行控制，每隔24h調(diào)換一次進(jìn)出水流方向。

b.整個混凝土冷卻持續(xù)時間根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化情況決定,在混凝土的內(nèi)外溫差降到15℃左右時，停止供水。

c.根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度情況及時調(diào)整循環(huán)冷卻水的循環(huán)速度。

d.專人值班密切注意供水和排水情況。

e.專人進(jìn)行相關(guān)溫度測量，并做好記錄。

3.3.2.4 水管封閉

停止通水后，用壓縮空氣吹凈管中的滯留水，關(guān)閉閥門，向管內(nèi)灌摻加防滲抗裂劑的水泥漿，灌注一定量后，稍稍打開閥門，排除管中的空氣，關(guān)閉后直到灌滿為止。待水泥漿凝固后拆除閥門，根部鑿深5cm，割除多余的管子，端部用鋼片封閉后，用水泥砂漿修補(bǔ)到混凝土表面。

3.3.3 其他降溫措施

a.縮短混凝土運(yùn)輸及等待卸料時間，入倉后及時進(jìn)行平倉振搗，加快覆蓋速度，縮短混凝土覆蓋時間。

b.澆筑前采用灑水方法降低倉面氣溫。

c.避開高溫時段施工，混凝土澆筑安排在早晚、夜間及陰天進(jìn)行。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

保溫保濕養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保溫保濕養(yǎng)護(hù)主要目的包括減少混凝土表面熱擴(kuò)散，降低大體積混凝土澆筑體內(nèi)外溫差值，降低混凝土的自約束應(yīng)力；降低大體積混凝土的降溫速率延長散熱時間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料的松弛特性，利用混凝土的抗拉強(qiáng)度提高混凝土承受外約束應(yīng)力時的抗裂能力，達(dá)到控制混凝土溫度裂縫的目的。

a.底板表面覆蓋1層塑料薄膜及2層無紡布后，采用蓄水法養(yǎng)護(hù)；墻、柱、梁板等各部位混凝土澆筑完畢表面凝結(jié)后在混凝土表面覆蓋塑料薄膜和無紡布，使混凝土表面和模板保持濕潤狀態(tài)。

b.派專人進(jìn)行混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)工作，特別是前三天養(yǎng)護(hù)要及時。

c.延遲拆模時間，緩慢降溫。待混凝土內(nèi)部和表面溫差以及表面和大氣溫差均小于20℃時，方可進(jìn)行模板拆除工作。模板拆除后，及時采用塑料薄膜及無紡布對混凝土表面進(jìn)行覆蓋，沿邊墻覆蓋材料外水平方向通長布置間距2m的噴淋水管，澆水養(yǎng)護(hù)，水溫與混凝土表面溫度差控制在25℃以內(nèi)。

d.混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)工作持續(xù)時間不少于14天。

e.提前準(zhǔn)備充足材料預(yù)防天氣突變造成的降溫和劇烈干燥等。

3.5 做好混凝土溫度監(jiān)控

加強(qiáng)溫度監(jiān)測，在保溫養(yǎng)護(hù)過程中，要對混凝土內(nèi)部和表面溫差、表面和大氣溫差以及降溫速率進(jìn)行現(xiàn)場檢測。及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)外溫差變化，若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度過高，內(nèi)外溫差超過25℃，及時采取加快冷卻水流速、增加覆蓋保溫材料等措施。

4 結(jié) 語

采取以上各種措施后，該工程實(shí)施過程中混凝土各個環(huán)節(jié)施工溫度可控，排澇泵站大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生也得到了有效控制，取得了良好的施工效果，總結(jié)工程實(shí)踐，可知：大體積混凝土施工需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工安排、施工質(zhì)量、混凝土溫度控制、養(yǎng)護(hù)和表面保溫等方面采取綜合措施，防止混凝土裂縫，以保證大體積混凝土順利施工。