烏沙河泵閘閘室底板大體積混凝土澆筑施工及溫控探討

吳 琛

(江西省建洪監理工程咨詢有限公司，南昌 330029)

0 引 言

綜合美國混凝土協會及我國相關規范的規定，任何現澆混凝土只要澆筑尺寸大到必須采取相應措施解決水化熱及體積變形等問題，以控制結構裂縫，即屬于大體積混凝土。溫度裂縫是此類混凝土結構常見的施工質量問題，其溫度裂縫主要由混凝土溫度變形引起；在水泥凝結過程中將產生水化熱，無法及時釋放便引起混凝土結構內部溫度持續升高，加大其內外溫差，且當溫度差過大時便會引發大體積混凝土開裂。為保證混凝土質量，必須通過澆筑方法、澆筑過程的選擇優化以及對大體積混凝土內溫度場、應力場分布規律的分析，將裂縫控制在允許范圍內。

1 工程概況

烏沙河泵站建設在烏沙河出口處已建成運行的烏沙河閘與魚目山之間，并位于烏沙河閘左側，泵站按照正向進水、正向出水的河床形式設計，設計排澇流量342m3/s，同時配備7臺4050ZGQ49-3.17型豎井貫流泵和7臺YXKS800-8型電機，以保證泵站順利運行，總裝機容量達到17500kW。泵站為大(1)型設計，Ⅰ等等別，其主要建筑物均為1級，次要建筑物為3級。泵閘工程主要包括進水護坦、進水池、進水閘、泵房、出水尾管、出水防洪閘、交通橋(下設消力池)、出水護坦和出水渠等建筑物。泵站工程所在烏沙河流域出口斷面100a、50a、20a、10a一遇設計洪峰流量分別為1554m3/s、1364m3/s、1078m3/s、881m3/s。

該泵閘底板由閘室、南北側泵室構成，順水流向設計長度35.0m，垂直水流向設計寬寬度40.5m，泵室底板底、頂高程分別為-5.0m和-1.3m，集水井部分以外的厚度最大值為3.7m；閘室底板底、頂高程分別為-5.0m和-1.5m，厚度最大達3.5m。該泵閘底板混凝土澆筑方量大，包括閘室底板、泵室底板在內的總澆筑方量達1243m3，C30商品混凝土入倉強度為65m3/h。底板澆筑是整個泵閘工程中單次澆筑方量最大、強度最高、時間最長的倉位，為保證大底板混凝土澆筑質量，必須認真研究并做好施工技術組織設計，防止混凝土在施工期和運行期產生裂縫。

2 大體積混凝土澆筑施工

2.1 施工準備

在該泵閘閘室底板混凝土澆筑前的準備節段，應確定混凝土材料供應商，同時選用分散均勻、性能良好，無結塊起球及泌水離析現象，可泵性良好的UF-500型纖維素添加劑[1]，按0.9kg/m3的設計比摻加并拌和均勻后混凝土材料表面光潔平整，且無外露纖維。系列試驗后的混凝土抗裂檢測報告顯示，摻加UF-500型纖維素的纖維混凝土比基準混凝土裂縫面積改善程度高96.4%，工程性能優越。

根據抗壓強度試驗報告及混凝土拌和站所提供的配合比設計報告，烏沙河泵閘閘室底板大體積混凝土配合比優化結果詳見表1。混凝土材料中摻加0.9kg/m3的UF-500型纖維素添加劑后，材料28d抗壓強度34.9MPa。

表1 泵閘閘室底板大體積混凝土配合比優化結果

2.2 澆筑方法

烏沙河泵閘閘室底板大體積混凝土澆筑從底板東西兩側開始分層布料，采用多層階梯推進工法階梯式推進，并逐步向中心匯聚，混凝土澆筑層厚應控制在50cm以內，并將兩次混凝土澆筑時間間隔嚴格控制在4h以內，以避免出現澆筑冷縫[2]。

結合澆筑施工工法，該泵閘澆筑量最大值應按照175m3/h確定，澆筑過程中盡量避免采用泵送混凝土，以便在減少水泥用量的同時，降低混凝土水化熱，并延緩溫升過程，泵房底板擬采用自行式布料機入倉；減少分層厚度并增大層間間隔時間。

2.3 澆筑過程控制及養護

為保證閘室底板及地基結構的安全，聘請設計院專家進行了該泵閘閘室底板實際受力情況的分析論證，并對是否可使用低熱水泥、通水冷卻等輔助措施一并進行論證。在此基礎上還對泵閘底板等重點結構進行三維有限元仿真分析，對實際澆筑施工過程的合理性進行模擬，同時對非穩定溫度場及溫度徐變應力場等進行深入研究，考查施工過程及溫度徐變應力場對底板結構受力狀態的可能影響，得到泵閘閘室底板結構變形、應力等參數取值，為底板配筋設計及大體積混凝土溫控提供直接數據。

該泵閘閘室底板及流道采用 BLJ40/600 型自行式布料機和SY5310THB-46型混凝土汽車泵入倉，流道以上主要通過混凝土汽車泵入倉，對于汽車泵難以覆蓋到的少量排架柱混凝土則由塔機配合入倉。大倉面混凝土澆筑采用臺階式澆筑方式，小倉面則按照通倉分層澆筑。混凝土下料時應按澆筑方向逐條鋪料，鋪料厚度控制在0.3-0.5m范圍內，再通過人工方式平倉；澆筑過程中嚴格執行先平倉、后振搗的次序，不得以振搗代平倉或以平倉代振搗。

混凝土表面有效的保溫措施能使早期結構內外溫差及結構表面拉應力顯著減小，避免發生溫度裂縫。為此，該泵閘閘室底板帶體積混凝土澆筑結束后采用雙層覆蓋保溫措施，即在混凝土外表面噴涂一層養護液，其上加蓋塑料薄膜、麻袋及無紡布各一層，再整體覆蓋一層彩條布養護。

3 溫度控制

烏沙河泵閘閘室底板大體積混凝土澆筑工程委托市勘測設計研究院檢測中心在施工過程中跟蹤監測大體積混凝土內外溫度，并加強溫度控制。

3.1 測試方法及過程

在該閘室底板大體積混凝土結構內共設置10個監測點，其中4個監測點設置在閘底板1.0m、2.1m、2.8m、3.5m厚度處，6個測點設置在泵房流道底板0.8m、1.3m、2.1m、2.9m、3.5m厚度處，同時在閘室底板內部及表面設置7個優質銅-康銅熱電偶，并配合YF-3700A型高精數字萬用表施測。施測時只需將熱電偶綁扎在細鋼筋上，置于測點位置底板鋼筋內，持續3-5min后讀取萬用表讀數，并根據顯示結果計算測點間溫差。監測過程從大體積混凝土澆筑結束后即開始，持續監測9d，其中前6d每間隔2h監測1次，此后改為逐小時監測。

3.2 溫度場分析

根據監測，混凝土溫度場從入倉開始會經歷水化熱溫升、溫降及氣溫周期變化等階段，根據烏沙河泵閘閘室大體積混凝土溫度場變化情況，計算時間應為500d，且假定環境溫度呈正弦趨勢變動[3]。分析結果表明，該閘室大體積混凝土澆筑后20d溫度場逐漸趨于穩定，此后溫度場變化趨勢并趨同于外界環境溫度。相同時刻閘室底板內部與外界溫差最大可達15℃，且閘室底板內部越深厚的地方溫度越高。具體溫度變化曲線詳見圖1。

圖1 泵閘閘室底板大體積混凝土溫度變化曲線

3.3 應力場分析

以熱分析節點溫度值為體積荷載作用于轉化單元節點，初始溫度擬定為15℃，再添加模型力學參數及約束條件，進行溫度應力場分析求解。結果顯示，該泵閘閘室水平位移最大值為1.48cm，且分布在閘頂，并向上游側移動；豎向位移最大值0.73mm，位于閘底板上游前趾；閘室水平拉應力最大值為1.76MPa，出現在下游底板中下部；水平壓應力最大值2.64MPa則出現在閘底板上游；閘室底板下層排水廊道周邊應力集中現象突出，最大應力值1.99MPa。以上應力值均符合設計及規范要求，表明閘室底板大體積混凝土澆筑施工質量良好，溫度控制措施有效。

4 結 論

考慮到工期所限，該泵閘閘室底板大體積混凝土溫度監測僅持續9d，難以全面體現混凝土結構溫度變化全貌，但根據短期內監測報告及質量檢驗結果，底板并未表現出任何裂縫病害，結構強度及抗滲指標均符合設計要求。本工程施工及溫控結果也表明，通過降低水泥用量并按設計比摻加纖維素等外加劑，能降低水化熱并提升混凝土材料的抗裂性能；通過澆筑施工工藝的優選，既能減少水泥用量、延緩溫升時間，又能有效避免裂縫產生。通過加強溫度監測可實時監控該泵閘閘室底板大體積混凝土內部溫差，為養護及質量控制措施的實施提供依據。