大型输水渡槽高标号砼温控施工技术研究

摘 要：文章结合南水北调中线干线河渡槽工程建设实例，介绍大型渡槽工程施工中大体积高标号混凝土的温控防裂措施，指导类似渡槽工程砼温控施工，同时给工业与民用建筑、公路、铁路、桥梁等混凝土工程施工提供一些借鉴和技术参考。

关键词：大型输水渡槽；高标号混凝土；温控技术措施

中图分类号：TV627.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0139-03

输水渡槽工程多为大型河渠交叉建筑物，并被广泛应用于南水北调工程沿线，施工质量尤其是温控预防裂缝方面直接影响结构物的外观及运行安全，故研究高标号砼（C50W8F200）温度控制及防裂措施，掌握混凝土温控施工技术、方法及控制程序，防止槽身温度裂缝产生，保证渡槽施工质量，具有十分重要的意义。

1 工程概况

南水北调中线漳古段河渡槽工程位于河北省临城县解村，建筑物全长全长458 m，包括进口段、槽身段、出口段及退水排冰闸；其中进口段包括渐变段、检修闸和连接段，总长80 m；槽身段共分9跨，单跨长30 m，总长

270 m；出口段包括连接段、检修闸和出口渐变段，总长108 m；退水闸、排冰闸位于渡槽进口段右侧，并列布置，闸轴线与渡槽中心线的夹角为20°。

渡槽槽身为三槽一联带拉杆三向预应力钢筋混凝土梁式矩形槽，混凝土设计标号为C50W8F150，槽身横断面底宽24.3 m，上部翼缘外侧宽度25.5 m，边墙厚0.6 m，顶部设2.7 m宽人行道板；中墙厚0.7 m，顶部设3.0 m宽的人行道板，后浇带设置在各跨槽身两端，宽0.575 m。槽内设计水深5.58 m，加大水深5.98 m，设计流量220 m3/s，加大流量240 m3/s，纵坡i=1/4 100，槽身具体结构如图1所示。

施工时，槽身采用泵送混凝土，分两仓浇筑，分仓线位于主梁八字口以上50 cm，首仓混凝土浇筑量约650 m3，第二仓混凝土浇筑量约550 m3。

2 关键技术

①控制混凝土出机口温度技术。为了预防及减少混凝土温度应力而可能出现的裂缝，混凝土浇筑温度不宜大于26℃，控制浇筑温度在不高于当月平均气温2℃，同时越低越好。

②降低混凝土内部早期温升技术。河渡槽最大体积的混凝土断面尺寸是1 500 mm×2 000 mm，控制好较低的浇筑温度并加强养护，设置适当的冷却水管降低混凝土内部温度峰值，可以较好地避免出现温度裂缝。

③混凝土温度监测技术。结构物浇筑成型早期混凝土内部温度上升快，中、后期由于混凝土是一种导热性能极差的材料其内部温度下降缓慢。当混凝土内部温度与外界温度相差悬殊，温度梯度较陡时，容易在混凝土表面引起巨大拉力并出现开裂现象。其次，在混凝土温度达到最高值后开始下降时，体积随之收缩，一旦在受到约束时，又可能产生垂直裂缝。

因而必须监测混凝土内外温度，在大体积混凝土内部和表面预埋电阻温度计，长期观测混凝土内外温度，指导采取降温或保温措施。

3 混凝土温控施工方法

3.1 降低混凝土的入仓温度

①料仓搭盖凉棚，防止高温季节阳光直射。

②料仓增设喷水雾降温设施（砂子除外），降低骨料温度；高温季节以3～4 ℃冷水预冷骨料。粗骨料提前储备满足一次浇筑量。预冷从开始浇筑前18 h开始，浇筑6 h前停止预冷，使骨料含水率稳定。

③缩短混凝土的运输及卸料时间，混凝土运输工具增加隔热设施。

④除上述方法外，高温季节采用加冰拌合降低砼出机口温度。

通过出机口温度理论计算，河渡槽C50砼6、7、8月自然出机口温度28.47 ℃，如果仅利用16 ℃（实测井水温度为10 ℃～14 ℃，考虑升温，按16 ℃考虑）的深井水来拌和混凝土和喷淋小石时，出机口温度仍可达到26.49 ℃，由此可见需增加制冷系统将混凝土出机口温度降低。每个搅拌站都配有加冰系统，6、7、8月预冷混凝土出机口温度按22 ℃考虑，浇筑温度约24 ℃。根据计算，需加冰量为30 kg才能满足出机口温度需要。

河渡槽槽身第七跨底板混凝土于2012年6月20日7：40分开仓浇筑，6月21日凌晨约1：30收仓，浇筑时长约18个小时，砼方量约为650 m3，过程中，实测混凝土出机口温度如表1所示。

3.2 优化配合比，降低水化热升温

①在满足混凝土各项设计强度的前提下，采用水化热低的水泥，优化配合比设计，采取综合措施，减少混凝土的单位水泥用量。

②掺加混凝土泵送剂改善混凝土输送条件，减小混凝土坍落度，从而减少单方用水量和水泥用量。

③拌制混凝土时掺加减水剂减少单方水泥用量。

④掺加粉煤灰改善混凝土和易性。

3.3 埋设冷却循环水管，降低混凝土内部早期温升

在混凝土内部预埋冷却水管，进行初期通水冷却削峰。冷却水采用地下水10～15 ℃冷水。通水时进行混凝土内外温差观测，通过观测数据控制通水流速和流量，满足混凝土内外温差小于12 ℃。

河渡槽槽身混凝土浇筑前，在混凝土内部（主、次梁及立墙）预埋冷却水管，主梁内水平向布置一道水管φ48钢管，壁厚3.5 mm，竖向布置3层，首层距梁底

50 cm，上部间距为60 cm，交叉布置在梁中预应力波纹管的两侧，尽可能布置在结构的中间。

次梁中布置两层水管，首层据梁底30 cm，上部间距40 cm。

槽身边墙和中隔墙内均布置一道竖向8层分布的冷却水管，水管层距为0.60 m，墙体第一层水管距离下层混凝土施工界面0.60 m，各层水管交替地布置在墙体内预应力波纹管的左右两侧，也要尽可能靠中间布置。

3.4 混凝土内部温度监测，掌握内外温差

水泥的水化热发生过程集中在早期，温度越高，水化反应越快，往往在最初几天内就会产生绝大部分的水化热量，从而使混凝土在浇筑后的最初几天里，内部温度迅速上升，达到最高温度值后，开始下降，但混凝土是一种导温性能极差的材料，内部温度下降缓慢。当混凝土内部温度与外界温度相差悬殊，温度梯度很陡时，就容易在混凝土表面引起巨大拉力和出现开裂现象。其次，在混凝土温度达到最高值后开始下降时，体积随之收缩，一旦在受到约束时，又可能产生垂直裂缝。通冷却水就是为了防止由于混凝土温度的不利分布而产生各种裂缝，包括防止最高温度过高引起降温总量过大，内外温差过大等产生的各种裂缝，因此必须监测混凝土的温度。

河渡槽使用电阻温度计，每根主梁布置一组（共四组），表面与内部各布置一只；次梁共布置三组（每槽内各选次梁布置一组），次梁表面与内部各一只；板共布置三组，表面与内部各一只。混凝土浇筑完前期3 d，每隔2 h观测一次并记录，后续每隔4～8 h观测一次并记录，由此控制调节冷却通水流速及流量，并指导采取降温或保温措施，满足混凝土内外温差。

河渡槽槽身高标号砼内外温差监测成果见图2槽身混凝土内外温差典型监测成果曲线图。

3.5 其他措施

3.5.1 改善浇筑环境控制混凝土环境温差

在高温季节施工时，根据具体情况，采取下列措施，以减少混凝土的温度回升：

①合理安排混凝土浇筑时间，尽可能安排在非高温季节施工。夏季或高温季节混凝土浇筑安排在16：00～10：00及利用阴天进行。

②新老混凝土浇筑前，通过对老混凝土面施加流水降低其温度，与入仓温度接近，最大温差控制在10 ℃以内。

③新老混凝土浇筑时间间隔控制在15 d以内。

④对主梁和次梁钢模板表面粘贴5 cm厚的泡沫塑料保温板，底板混凝土和底层墙体侧面也采用5 cm厚的泡沫塑料保温板；同样，后期浇筑的上层墙体钢模板表面粘贴5 cm厚泡沫塑料保温板；超高温和低温季节增设防寒棉被绝热和保温。

3.5.2 掺入特殊材料，抑制混凝土表面裂缝

河渡槽槽身高标号混凝土拌合时，原材料中适当添加（约为1.0 kg/m3）UF500纤维素纤维，该材料能提高水泥基材的抗拉强度，限制混凝土早期由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和扩展，显著改善混凝土早期抗裂性能。

4 混凝土的保养及拆模

4.1 混凝土保养

每仓混凝土浇筑完成后，底板顶面和立墙顶面施工仓面尽可能早地进行保温和保湿。

河渡槽具体方法为：在底板顶面和仓面形成后立即覆盖两层“一膜一布”型式的土工膜，两块土工膜的膜面一面朝上一面朝下布置，可以起到保温、保湿防风挡雨的作用，覆盖时不要影响过流面质量。此外，由于边墙外侧与外部环境接触，热量容易散失，立墙浇筑完成后，采用棉被覆盖，保证混凝土内外温差，如遇寒流再加盖一层棉被。

施工期尽可能的设法降低混凝土表面被风吹的力度，以减少风对混凝土结构内外温度的影响，尤其是早期混凝土，具体措施：

①尽可能早地进行渡槽底板顶面和施工仓面的覆盖。

②在渡槽上层墙体混凝土施工后，尽快对渡槽顶面和两个端面用不透风的土工膜覆盖（膜块之间要有搭接长度）和封堵，杜绝渡槽内存在穿堂风。

③风大时加强渡槽顶面和两个端面的挡风措施的力度。

4.2 混凝土拆模

当混凝土的强度满足拆模要求，同时混凝土内部温度接近外部环境为温度且内外温差稳定在12 ℃以内，即可拆除模板，时间一般为10 d左右。

拆模时仔细检查混凝土表面有无裂缝，边拆边检查，以及拆模后每隔2～3 d进行一次有无新裂缝和已有裂缝有无扩展的现场巡检并及时登记在册。

5 结 语

在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要的现实意义。然而，由于混凝土本身的特性，不管采取什么措施，大体积混凝土都会产生温度裂缝，不仅影响美观，而且可能会影响到结构的整体性和耐久性；但是，有害的裂缝是可以控制的，本文通过工程实列扼要叙述了渡槽工程温控设计的基本要点及温度裂缝产生的原因，概述了提高大体积混凝土抗裂能力一些防裂措施，只要通过事前、事中、事后采取相应的措施，从各个方面入手进行有效的控制，就能减少温度裂缝的产生及发展，提高大体积混凝土的质量。

参考文献：

[1] 周吉顺.大型渡槽施工裂缝控制研究[D].天津：天津大学，2012.