建设工程—热带大坝变态混凝土温控防裂工法.docx

热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂工法1.前言海南热带季风气候区受季风影响大，四季不分明，气温较高，全年日照时间长，辐射能量大。大坝变态混凝土施工质量要求高，受到热带季风气候区的影响，大坝变态混凝土表面很容易开裂，影响坝体质量，如何在热带季风气候区影响下防止混凝土开裂且快速高效的浇筑变态混凝土成了关键。2 .工法特点2. 0.1建立和健全技术、质量、安全管理体系、环境管理体系与职业健康安全，是实施本工法的前提条件。3. 0.2本工法所述变态混凝土为机制变态混凝土；4. 0.3本工法的实施可适应热带季风气候区结构复杂、混凝土质量要求高、高温作业下混凝土浇筑施工。5. 0.4针对热带季风气候区下高标准的混凝土施工，采取综合温控防裂措施，具有可操作性强、施工简便、温控效果明显等特点。6. 0.5本工法采用机制变态混凝土，施工速度快，根据不同时段气候可动态调整配合比，有效防止混凝土质量。7. 0.6本工法从混凝土从原材料、混凝土生产、运输、浇筑、养护等几个方面综合详细阐述了为降低坝体混凝土水化热温升所采取的温控防裂施工方法。8. 0.7通过现场实践及试验证明，控制砂石骨料中石粉含量，能有效提高混凝土的和易性、保水性、密实性、抗渗性、抗压强度和抗弯拉强度，减小混凝土自身应力的影响，进而提高混凝土抗裂性能。9. 0.8控制缓凝剂和引气剂等外加剂的用量，可以有效的延长混凝土初凝时间，在此期间进行二次复振，将混凝土内部气泡消除，有效保证混凝土外观质量。10. 0.9本工法在浇筑过程中采用热升层浇筑、二次振捣等工艺，并对分层厚度、二次复振时间间隔进行现场试验研究，有效防止了裂缝产生，解决了热带季风气候区的影响下的变态混凝土开裂问题。11. 0.10热带季风气候区的影响下的混凝土温控防裂技术要求高，本工法总结以往大坝变态混凝土的温控经验，主要进行了如何控制施工期间坝体混凝土的内、外温差和坝体新浇筑混凝土最高温升，在热带季风气候区的影响下有效保证了变态混凝土施工期内不产生裂缝。12. 0.11目前，国内外对于热带季风气候区的影响下大坝变态混凝土如何防止混凝土开裂且快速高效的浇筑混凝土的研究，尚没有一个明确的、直接引用的成果。热带季风气候区大坝变态混凝土施工技术通过在海南省北门江水利枢纽过程施工中不断研究、改进、完善，并趋于成熟。13. 0.12热带季风气候区大坝变态混凝土施工工法通过不断的试验和研究，将试验数据和温度检测设备统一调配，起到提前预警效果，可以及时有效的在施工过程动态控制，做到了综合性温控防裂。施工技术贯穿于整个工程施工过程，确保在热带季风气候区大坝变态混凝土不产生裂缝，保证了大坝混凝土质量，有效的减少了应处理裂缝增加的费用，节约成本，创造明显经济效益和社会效益。3 .适用范围本工法适用于热带季风气候区大坝变态混凝土的施工。水利枢纽工程位于海南省僧州市境内的北门江流域干流，北门江属热带季风气候区，受季风影响大，四季不分明，气温较高，多年平均气温23.4C,极端最低气温3.5C,极端最高气温39.8。降水年际变化较大，具有明显的丰枯水年之分。每年510月为台风季节，多年平均受台风影响23次。在这种热带季风气候区条件影响下，成功试验和应用了防止混凝土开裂且快速高效浇筑混凝土的施工方法，本工法具有代表性和实用性。4 .工艺原理热带季风气候区影响下，大坝变态混凝土开裂的主要原因是混凝土内部水化热产生大量热量，造成内外温差过大引起的开裂。本工法主要从混凝土原材料、混凝土生产、运输、浇筑、养护等几个方面进行降温处理，有效的控制入仓温度，降低坝体混凝土内部温度。通过现场实践及试验证明，控制砂石骨料中石粉含量，能有效提高混凝土的和易性、保水性、密实性、抗渗性、抗压强度和抗弯拉强度，减小混凝土自身应力的影响，进而提高混凝土抗裂性能；控制缓凝剂和引气剂等外加剂的用量，可以有效的延长混凝土初凝时间，在此期间进行二次复振，将混凝土内部气体及产生的水化热排出，有效的降低了混凝土内部温度。本工法在浇筑过程中采用热分层浇筑、二次振捣等工艺，并对分层厚度、二次复振时间间隔进行现场试验研究，经过对大坝变态混凝土热分层浇筑深入研究，起到了大体积混凝土变小体积混凝土浇筑的效果，有效防止了裂缝产生，解决了热带季风气候区的影响下的大体积混凝土。大坝变态混凝土质量要求高，热带季风气候区大坝变态混凝土施工工法通过不断的试验和研究，将试验数据和温度检测设备统一调配，起到提前预警效果，可以及时有效的在施工过程动态控制，做到了综合性温控防裂。5 .施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程大坝变态混凝土施工工艺流程见下图所示。图5.1-1大坝变态混凝土施工工艺流程图5.2 操作要点5.3 2.1混凝土原材料控制通过现场实践及试验证明，保证原材料防晒、防雨淋，控制砂石骨料中石粉含量，采用低热水泥，在保证混凝土强度的前提下减少水泥含量，能有效减少混凝土水化热产温度，提高混凝土的和易性、保水性、密实性、抗渗性、抗压强度和抗弯拉强度，减小混凝土自身应力的影响，进而提高混凝土抗裂性能；控制缓凝剂和引气剂等外加剂的用量，可以有效的延长混凝土初凝时间，在此期间进行二次复振，将混凝土内部气体及产生的水化热排出，有效的降低了混凝土内部温度。混凝土拌和之前，对骨料进行预冷处理，拌和采用冷水，可以有效的降低混凝土出机口稳定度。拌合系统研究与应用乙二醇制冷安全技术，通过利用低温乙二醇水溶液作为载冷剂的骨料二次风冷系统，采用乙二醇溶液制冷系统的特点及在实际生产中的设计原理与使用情况，系统在低负荷工况下制冷机启停次数少,较少能源消耗,并延长设备使用寿命，整个系统运行稳定性好，达到了设计制冷效果。相较于传统的液氨制冷、低温乙二醇水溶液作为载冷剂的骨料二次风冷系统温控系统考虑按照节能、安全、环保、稳定、经济。为今后大型拌和系统混凝土骨料预冷生产提供参考。5.2.2配合比设计通过现场不断试验，通过优化粉煤灰和水泥用量，不断的设计符合热带季风气候区变态混凝土施工配合比，并在每次施工前，现场实验室做试配，施工时必须按配合比配制变态混凝土，经常检查坍落度，严格控制搅拌时间和路途运输时间以保证混凝土工程施工质口重.O5.2.3配合比动态控制大量工程实践表明，热带季风气候区根据不同时段的气温应采用不同的外加剂掺量,本工法采用增加0.1%-0.3%缓凝剂和引气剂，可有效延长混凝土凝结时间，保证了不同时段混凝土层间间隔时间，使得已浇筑混凝土充分散热和排气，降低混凝土内部温度。5.2.4混凝土浇筑分层本工法通过对不同分层厚度的试验及总结，热带季风气候区混凝土浇筑分层厚度为20-40Cm为宜，层间间隔时间2-3h为宜。5.2.5振捣及复振根据对振捣时间和二次复振时间间隔的试验及总结，振捣时间20-30s为宜，二次复振时间间隔10T5min为宜。5.2.6加强养护浇筑过程中对仓面进行喷雾覆盖降温；在浇筑完成的混凝土上部构建一个立体保温、冷却系统，利用冷却水管对系统内部进行冷却，然后再对双层气泡膜进行注水并缓慢流动,从而将内部热量带走的同时将外部的热量隔离，保证混凝土内外温差不超过20o图5.2.6-1立体保温装置示意图5.2.7混凝土保护坝体上、下游面、空洞部位以及其它部位龄期小于180d的混凝土暴露表面粘贴等效热交换系数BW5kJ(m2hoC)的表面保护材料，保护材料采用厚度为3cm的聚苯乙烯板。5.2.8大坝温度观测大坝变态混凝土施工期间，通过应用本工法，对7#坝段EL37m及9#坝段EL38m两仓进行跟踪观测，坝体混凝土内外温差符合设计及规范要求，变态混凝土区无裂缝，达到温控防裂目的，温度观测结果如下表528-1和528-2。5.2.8-1大坝7醐段EL37m温度观测记录表工程名称水利枢纽工程监测部位主坝坝体0+134桩号备注观测时间坝轴线坝下1.5坝下14高程：37m日期时间Ts2-5T2-7T2-8大气温度C2022/5/1012:1528.229.229.226.02022/5/116:2134.738.535.527.02022/5/127:4038.742.039.326.02022/5/137:1337.243.140.128.02022/5/147:4236.243.640.827.02022/5/157:4035.743.941.428.02022/5/167:2834.043.041.927.02022/5/189:0333.742.541.026.02022/5/257:5130.538.134.727.02022/6/18:2030.43834.528.02022/6/88:5930.435.638.526.02022/6/157:5030.435.538.227.02022/6/227:5530.335.538.133.02022/6/298:2830.534.237.332.02022/7/68:0930.334.037.133.02022/7/137:1230.234.037.234.02022/7/207:5030.234.037.132.02022/7/278:3430.734.137.430.02022/8/38:0230.333.736.739.02022/8/108:3830.333.135.639.02022/8/179:3830.332.933.431.02022/8/248:2130.232.933.430.02022/8/3110:1933.032.237.131.02022/9/78:3133.032.037.029.02022/9/149:0331.332.636.630.02022/9/217:0031.132.536.429.02022/9/287:0531.032.336.230.02022/10/59:5829.932.135.328.02022/10/1212:5829.832.134.927.02022/10/197:1029.331.734.326.02022/10/266:4029.231.534.229.02022/11/26:5029.031.234.029.02022/11/96:4529.131.233.930.02022/11/167:3230.733.137.328.02022/11/239:1430.532.737.025.02022/11/3010:1430.132.336.524.0温-45.0 435QanU=30.0 Ia .- TS2-5 Ti- T2-7 - T2-8 -大气温度匕天角潭大坝7#坝段EL37m温度观测折线图10.05.00.0,2022/8/102022/11/10日期2022/5/10图5.2.8-1大坝7#坝段EL37m温度观测折线图根据大坝浇筑期间温度观测，7#坝段EL37m变态混凝土施工后第5天（2022年5月14B）内外温差最大，最大温差16.6C,符合设计及规范要求。5.2.8-2大坝9#坝段EL38m温度观测记录表工程名称水利枢纽项目监测部位主坝坝体0+190桩号备注观测时间坝轴线坝下1.5坝下10.5高程：38m日期时间Ts3-4T3-5T3-6大气温度C2022/4/299:1128.528.028.928.02022/4/307:3129.029.129.234.02022/5/17:4233.033.532.529.02022/5/217:5242.140.636.232.02022/5/37:0242.641.736.833.02022/5/48:4842.042.937.534.02022/5/57:3041.243.638.033.02022/5/67:2839.944.038.535.02022/5/119:2038.943.138.434.02022/5/188:2737.442.137.133.02022/5/257:5533.838.937.934.02022/6/16:2933.638.737.733.02022/6/89:0334.337.639.532.02022/6/1510:3734.237.439.433.02022/6/227:0034.237.339.233.02022/6/297:1033.936.440.232.02022/7/67:1733.736.240.033.02022/7/136:0632.335.439.734.02022/7/206:4432.335.339.733.02022/7/277:1032.735.039.934.02022/8/36:4232.534.839.633.02022/8/107:0032.234.639.732.02022/8/178:0032.034.539.933.02022/8/247:0431.934.539.832.02022/8/318:4832.033.839.631.02022/9/77:0031.933.739.533.02022/9/147:4831.833.539.434.02022/9/216:4031.733.439.333.02022/9/286:5031.533.439.232.02022/10/510:0931.533.338.831.02022/10/1210:2931.533.338.631.02022/10/197:4031.033.038.131.02022/10/267:2031.032.938.033.02022/11/29:1030.932.737.834.02022/11/98:5630.532.537.533.02022/11/1610:0629.832.037.433.02022/11/238:0629.731.837.226.02022/11/308:3029.431.336.727.02B)内外温差最大，最大温差I(MC,符合设计及规范要求。6.人员、材料及机具设备6.1 劳动力组织主要劳动力组织情况见表6.I-Io主要劳动力组织情况一览表表6.1-1序号工种及职务单位已投入人员数量备注1项目管理人员人62技术人员人4现场生产、技术管理3测量人员人6放样、绘图4质量检查员人4质量检查管理5安全员人2安全检查管理6修理工人2各种机械维修7电工人4负责线路的维修8钻工人4负责钻孔取样9模板工人16变态混凝土施工10钢筋工人16变态混凝土施工11混凝土工人48变态混凝土施工12起重工人4起吊模板13司机人44一天按两班配置14普工人30j+人1906.2 施工主要机械配置施工主要机械配置表6.2-1序号名称型号规格单位数量备注1混凝土罐车12m3辆62自卸汽车IOm3辆103反铲PC360台24空压机VHP750(21m3min)台15冲毛机GCHJ70/70台46汽车吊8t台17塔吊T6518-10B台18交流电焊机BX3-500台49交流电焊机30KVA台110振捣棒50个1011振捣棒80个1412水泵4寸台413炮雾机台4序号名称型号规格单位数量备注14电测温度计铜电阻式，量程-3OC+7（C,绝缘电阻250MQ支4615手持温度计支67.质量控制1. 1本工法必须遵照执行下列标准、规范7. 1.1水工碾压混凝土施工规范（DL/T5112-2021）；8. 1.2水工变态混凝土施工规范（DL/T5788-2019）；9. 1.2水工混凝土温度控制施工规范（DL/T5787-2019）。10. 2质量控制措施11. 2.1质量控制体系建立和健全完整的质量控制体系是实施本工法的前提条件。以项目经理为质量第一责任人，另设总工程师专管工程技术工作、总质检师专管工程质量工作，配有各专业的专职二、三检人员，施工班组技术员兼一检人员。本工法施工质量体系采用：项目经理一总质检师（总工程师）一工程质量管理部（三检）施工厂队（二检）一施工班组（一检）。12. 2.2混凝土原材料控制混凝土原材料对变态混凝土的性能十分重要，通过不断的控制原材料质量可以有效控制变态混凝土的各项性能指标。热带季风气候区根据不同时段的气温应采用不同的缓凝剂和引气剂参量，控制砂石骨料中石粉含量，并在保证混凝土强度的前提下减少水泥掺量成了温控的关键技术。13. 2.3混凝土温度预控热带季风气候区混凝土内部温度预控主要从砂石骨料质量控制、混凝土拌和质量控制等方面进行。1 .砂石骨料质量控制砂石骨料进行品质和温度控制，骨料的选择遵循：骨料清洁、级配良好、质地坚硬，表面含水率不超过6%；砂石骨料加工系统骨料输送皮带机，搭盖凉棚，喷洒水雾降温；料仓储存骨料进行风冷、浸水、喷洒冷水等措施；严格控制骨料从砂石加工系统到360拌合系统运输时间，骨料拉运至360拌合系统后立即检测骨料温度，若温度过高则采取静置或通风措施降低温度。2 .混凝土拌和温度控制混凝土拌和前通过骨料风冷、加制冷水拌和等措施，使混凝土出机口温度达到预冷混凝土的最低温度限值。砂石骨料的储量满足连续3天以上的生产量，做到骨料仓内料源充足，确保储料高度大于料仓高度的2/3以上，做到满仓运行，并且保证砂子脱水充分。混凝土细骨料的含水率控制在6%以下，通过二次风冷对骨料进行预冷，以降低混凝土的出机温度。输送胶带机及料仓顶部加遮阳棚，避免外部环境对料源温度、含水量及其它特性的影响，使混凝土砂石料温度及含水率稳定在合适的范围内。水泥、粉煤灰提前组织进场，降低出厂温度。水泥进罐前温度不得超过65,若拌和楼上水泥和粉煤灰进入拌和机前的温度超过55C,则延长水泥和粉煤灰停罐时间。尽可能安排在夜间和低温时间转料和送料，粗骨料在筛分中冲洗干净，保持清洁，充分脱水，为加冷水提供余地；拌和过程中，按骨料的实际含水量变化情况及时调整混凝土用水量，确保混凝土出机口温度及坍落度满足要求。7.2.4混凝土分层及振捣严格控制混凝土浇筑分层厚度及层间间隙时间，分层厚度不得厚于40cm,防止振捣不到位，层间间隙时间不得超过3h,防止出现冷缝。根据对振捣时间和二次复振时间间隔的试验及总结，振捣时间控制在20-30s,二次复振时间间隔控制在Io-15min。混凝土浇筑应先平仓后振捣，严禁以振捣代替平仓。振捣时间以混凝土不再显著下沉、气泡不再逸出、表面开始泛浆为准。振捣棒水平面夹角不宜小于45。，且每次倾斜方向应保持一致，否则下部混凝土将会发生漏振。振捣棒应快插、慢拔。为使上下层混凝土振捣密实均匀，可将振捣棒上下抽动，抽动幅度为5IOCm。振捣棒的插入深度，在振捣第一层混凝土时，以振捣器头部不碰到基岩或老混凝土面，但两次振捣相距不超过5cm为宜；振捣上层混凝土时，则应插入下层混凝土5cm左右，使上下两层结合良好。在模板边、预埋件周围，宜适当减少插入间距，以加强振捣，但不宜小于振捣棒有效作业半径的1/2,并注意不能触及钢筋、模板及预埋件。7.2.5混凝土养护浇筑过程中对仓面进行喷雾覆盖降温；在浇筑完成的混凝土上部构建一个立体保温、冷却系统，利用冷却水管对系统内部进行冷却，然后再对双层气泡膜进行注水并缓慢流动,从而将内部热量带走的同时将外部的热量隔离，保证混凝土内外温差不超过20o7.2.6雨季及高温时段施工措施热带季风气候区雨季降雨量大，降雨频繁，大坝变态混凝土施工之前，防雨篷布、雨衣、雨鞋等物资必须提前准备就位。施工过程中随时掌握天气情况，做到主动、合理安排施工。大坝变态浇筑过程中降雨小于或等于0.3mm6min时，可继续施工，期间做好排水措施，混凝土运输车辆全部覆盖防雨布，现场做到随卸随振，避免卸料过多来不及振捣造成混凝土浪费，拌合楼根据骨料含水率变化适当调整拌和用水量。降雨量大于0.3mm6min,立即通知拌合楼终止变态混凝土拌制，对已浇筑变态混凝土快速振捣后覆盖防雨篷布。在任何情况下，有积水的地方严格禁止下料、禁止振捣。8 .安全措施为加强大变态混凝土施工的安全管理工作，结合项目部实际工作情况，以项目经理为安全生产第一责任人，另设安全总监专管安全生产管理工作，设置安全管理办公室为项目专职的安全管理机构，负责施工现场日常安全管理、监督工作，各施工作业队设专职安全员、施工班组设专职安全员，负责所分管施工作业的日常安全检查工作。9 .环保措施大坝变态混凝土施工期间，施工废水统一引排至主坝下游基坑三级沉淀池内，经过沉淀池处理达到排放标准后统一排放；施工材料分类码放整齐，固体废弃物进行分类堆放，提高回收利用率，从而降低资源的消耗；施工区域内道路进行洒水降尘，减少对周边其他区域影响。积极做好施工期污染源的综合防治工作，有效地减少施工活动对于环境带来的风险和危害，最大程度地减少施工活动对于施工区和周围环境的不利影响。10 .效益分析10.1 应用效果海南省北门江水利枢纽工程研究并采用了热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂施工技术，自开始施工至2022年11月，共完成坝体变态混凝土L49万疗，坝体变态区域混凝土温控防裂效果良好，未发现裂缝。10.2 效益分析10.2.1经济效益水利枢纽工程研究并采用了热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂施工技术，主坝变态区域混凝土没有出现裂缝，直接创收效益IL98万元，节省工期36天。水利枢纽工程共完成坝体变态混凝土L49万II?,通过优化配合比，在保证混凝土强度的前提下水泥参量减少IOkg?,粉煤灰参量增加IOkgZm3,共节省水泥参量149.44t,增加粉煤灰参量149.44t,节省成本3.81万元，经济效益明显。根据以往大量的碾压混凝土坝施工经验,每座大坝变态混凝土会出现1215条裂缝，水利枢纽工程坝体变态区域混凝土温控防裂效果良好，未发现裂缝，节省裂缝处理费用元8.17万元，经济效益明显。10.2.2社会效益由于采用了合理的热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂施工技术，到2022年11月，共完成坝体变态混凝土L49万H?,经业主、监理、设计和施工单位四方分阶段多次联合检查验收，未发现裂缝。得到了业主、监理和设计的一致认可，并得到了水利枢纽工程质量检查专家组的高度赞扬和评价。10.2.3节能环保效益水利枢纽工程研究并采用了热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂施工技术，坝体变态区域混凝土温控防裂效果良好，未发现裂缝，有效节省了裂缝处理人工、材料等消耗；本工法采用机制变态混凝土，替代原始加浆变态混凝土，有效的降低了混凝土浆液对环境的影响，节能环保效益显著。10.3推广应用情况水利枢纽工程热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂施工技术已逐步完善成熟；配合比动态控制，优化骨料中石粉含量和控制缓凝剂、引气剂等外加剂用量在水利枢纽工程应用成功，目前有待进一步在热带季风气候区推广应用。变态混凝土二次复振及复振时间间隔的深入研究，记录了大量的实测数据，积累了丰富的施工经验，形成了一套适应在热带季风气候区变态混凝土二次复振技术，并在水利枢纽工程及迈湾枢纽主体工程大坝变态混凝土施工过程中广泛应用。10.4评价水利枢纽工程，通过热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂工法的应用，成功解决了热带季风气候区受季风影响下混凝土大坝变态混凝土区容易出现温度裂缝的问题，通过对大坝变态混凝土内部温度和内外温差的有效控制，避免了坝体混凝土内部出现温度过高或温度不均匀的现象，为保证混凝土大坝不出现裂缝提供了可行的实践经验。这一实践表明：热带季风气候区大坝变态混凝土温控防裂方法，在有效的质量控制下可以做到热带季风气候区大坝变态混凝土不出现温度裂缝。