闸室大体积混凝土施工质量管理研究

施红

上海浦明混凝土制品有限公司

摘要：在建设工程的施工过程中，大体积混凝土起着重要的作用。所以，应掌握大体积混凝土的施工工艺以及质量管理。本文结合老滧港工程实例，首先分析了可能产生裂缝的原因，并提出了大体积混凝土施工质量管理措施。实践表明，这些措施能有效控制大体积混凝土裂缝的发生，以提高施工质量。

关键词：大体积混凝土；内外温差；裂缝；温度监测

1工程概况

老滧港南闸位于崇明区城桥镇境内，老滧港南首，水闸于 1978年 11 月正式投入运行。承担崇明岛防洪防潮、水资源调度的重大任务，是崇明岛防洪防潮的一线屏障，是崇明岛引水的主要通道。本工程拟拆除并新建三孔24 m（8 m +8 m +8 m）挡潮闸1座，拆除并新建桥梁1座（跨径13m+13 m +30 m +13 m +13 m），改造外河海塘333.86米，新建内河护岸82.49m，新建管理区1466m²，新建道路工程2687 m²，新建绿化6117.17 m²等。大体积混凝土主要包括：（1）闸室底板共为1块，底板顶标高0.0m，底标高-1.5m，厚度达1.5m，平面尺寸为17m×29.4m，底板基础为PHC500管桩；（2）内河消力池（桥台）底板为2块，底板顶标高-1.0m，底标高-3.0m厚度为2m，平面尺寸为7m×29.78m底板基础为PHC800管桩；（3）闸室墩墙分边墩和中墩，其中中墩厚度为1.4m，边墩厚度分别为1.3m。

区域	长（m）	宽（m）	高（m）	砼方量（m³）
闸室底板	17	29.4	1.5	749.7
内河侧消力池承台（两座）	7	29.78	2	833.84
闸室墩墙	17	1.3~1.4	5.07~10.45	632.29

2大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析

2.1温度裂缝

大体积混凝土在浇筑过程中因其组成材料发生充分的水化反应产生大量的水化热，而其厚度较大，在短时间内，内部大量的热量很难散发出去；而混凝土表面由于受外界风力影响，其表面温度较为容易降下去，而夏季的昼夜温度相差较大，这样混凝土内外温差较大，容易产生温度应力，当温度应力积累值超过混凝土本身的抗拉强度值时，那么在混凝土内部就会出现温度裂缝。这种裂缝一般呈贯通性，其对混凝土结构的危害较大。

2.2施工裂缝

混凝土分层施工时，由于操作人员的操作不当导致上下层混凝土振捣不到位或者混凝土供应不连续形成混凝土内部施工冷缝的存在，导致混凝土上下层的衔接不紧密；混凝土浇筑完成后，由于管理不当，在混凝土强度不满足上材料或者堆载强度时，在混凝土上堆放钢筋、模板和钢管等材料，使得混凝土内部出现结构性的施工裂缝。这种裂缝对混凝土结构是有害的。

2.3收缩裂缝

混凝土表面水分由于外界气候和风力的影响蒸发到空气中，那么混凝土体积将会出现收缩现象，而混凝土收缩受到周边结构的约束很容易出现收缩应力，应力进一步发展就容易形成龟裂状的收缩裂缝。收缩裂缝产生的主要影响因素是水和水泥的用量。这两种因素用量越大，那么其收缩的程度就越大。收缩裂缝对混凝土结构影响不大，但是对混凝土表面密实度有一定影响。

3大体积混凝土施工质量管理

3.1混凝土配合比设计及原材料选择

为使大体积混凝土具有良好的抗侵蚀性、体积稳定性和抗裂性能，混凝土配制应遵循如下原则：⑴选用低水化热和含碱性量低的水泥，避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；⑵降低单方混凝土中胶凝材料及硅酸盐水泥的用量；⑶选用坚固耐久、级配合格、粒形良好的洁净骨料；⑷尽量降低拌和水用量，使用性能优良的高效减水剂；

⑸有抗渗要求的钢筋混凝土应采用较大掺量矿物掺和料的低水胶比混凝土。单掺粉煤灰的掺量不宜小于25％，单掺磨细矿渣的掺量不宜小于50％，且宜使用粉煤灰加硅灰、粉煤灰加矿渣或两种以上的矿物掺和料。

3.2大体积混凝土浇筑质量管理

3.2.1混凝土浇捣布置原则

根据底板混凝土方量及泵车浇筑速度（60m³/h）计算，结合现场实际情况，拟配备2辆泵车进行混凝土浇筑，各浇筑区域均采用分段分层踏步式推进的浇筑方法连续浇捣施工时，由于商品混凝土流动度较大，因此浇筑顺序为“分段定点、一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”。

3.2.2泵车停放布置

以水闸底板最大浇筑方量为例，浇筑方量：750m3，泵车浇筑半径40m，浇筑前，搅拌站根据现场情况及生产情况编制供保方案，泵车停靠在东西两侧大堤上。

3.2.3混凝土浇捣措施

混凝土浇捣前，组织管理人员向操作班组进行技术质量交底，使其掌握浇捣方案、质量要求和关键部位的施工工艺。混凝土浇筑施工时，应规定联络信号和配备通讯设备，可采用有线或无线通讯设备等进行混凝土泵、搅拌运输车和搅拌站与浇筑地点之间通讯联络。施工现场应有统一指挥和调度，以保证顺利施工。

混凝土输送应连续进行。如必须中断时，其中断时间不得超过混凝土从搅拌至浇筑完毕所允许的初凝时间。混凝土浇筑即将结束前，应正确计算尚需用的混凝土数量，并应及时告知混凝土搅拌处。浇捣时应防止混凝土的离析，泵管口与浇筑面距离应控制在1m以内。安排专人负责振动机的捣振，专人负责看模，发现模板、钢筋、预埋件、留洞有变形、移位及破坏情况应立即进行整修。

混凝土浇筑可根据面积大小和混凝土供应能力采取全面分层、分段分层或斜面分层连续浇筑，分层厚度300~500mm且不大于震动棒长1. 25倍。分段分层采取踏步式分层推进，一般踏步宽为1.5~2.5m。斜面分层浇灌每层厚30~35cm，坡度一般取1:6~1:7。

混凝土浇筑宜逐层上升。浇筑时，要在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层混凝土，避免产生冷缝，并将表面泌水及时排走。混凝土浇筑前应对混凝土接触面先行湿润，对补偿收缩混凝土下的垫层或相邻其他己浇筑的混凝土应在浇筑前24h晒水浇湿。

底板混凝土施工期间，配备振捣器5台，备用3台。每辆泵车至少有5台振动器负责配合振捣，振动器移动间距为400mm左右，流淌部分应及时跟踪振捣，避免冷缝。振捣混凝土应使用高频振动器，振捣棒的插入点间距为1.5倍振动器的作用半径，防止漏振。斜面推进时振捣棒应在坡脚与坡顶处插振。振动混凝土时，振动器应均匀地插拔，插入下层混凝土50cm左右，每点振动时间10~15s以混凝土泛浆不再溢出气泡为准，不可过振。

3.2.4混凝土的泌水处理

大流动性混凝土在浇筑、振捣过程中，上涌的泌水顺混凝土坡面下流到坑底由于混凝土垫层在施工时，已预先在纵向上做出2cm的坡度，使大部分泌水顺垫层坡度流至两侧模板，随着混凝土浇筑向前推进被赶至基坑顶端，由顶端模板的预留孔排出。

当混凝土大坡面的坡脚接近模板时，改变混凝土浇筑方向，从顶端往回浇筑与原斜坡相交成一个集水坑，另外有意识地加强两侧模板处的混凝土浇筑强度，这样集水坑逐步在中间缩小成水潭，用软轴泵或人工及时排除采用这种方法排除最后阶段的所有泌水。

3.2.5混凝土浇捣标高控制

严格控制板面标高，用水平仪将标高引测至基坑，用短钢筋标明红漆，电焊在底板表面钢筋上以控制标高，布置的间距为@2000*2000mm。大体积混凝土表面的水泥浆一般较厚，初凝前先用长刮尺按标高刮平，再用铁滚筒滚压两遍，稍待收水后抹平压实，对阴角处散落混凝土及浆液及时清理干净。

3.3混凝土温控措施

在大体积混凝土施工中，将从混凝土的原料材选择、配比设计以及混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣到通水、养护、保温等全过程实行有效监控，具体措施如下：

3.3.1混凝土浇筑温度的控制

降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要。相同混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。混凝土的入模温度应视气温而调整。在炎热气候下不应超过28℃，冬季不应低于5℃。在混凝土浇筑之前，通过测量水泥、粉煤灰、砂、石、水的温度，可以估算浇筑温度。若浇筑温度不在控制要求内，则应采取相措施。

夏季降低混凝土入仓温度的措施有：

⑴水泥使用前应充分冷却，确保施工时水泥温度≤50℃。⑵搭设遮阳棚，堆高骨料、底层取料、用水喷淋骨料。⑶避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过35℃。为此，应合理安排工期，尽量采用夜间浇筑。⑷当浇筑温度超过28℃，应采用拌和水加冰措施。⑸当气温高于入仓温度时，应加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升。混凝土输送管外用草袋遮阳，并经常洒水。⑹混凝土升温阶段，为降低最高温升，应对模板及混凝土表面进行冷却，如洒水降温、避免暴晒等。

3.3.2控制混凝土浇筑间歇期、分层厚度

各层混凝土浇筑间歇期应控制在合理的时段。为降低老混凝土的约束，需做到薄层、短间歇、连续施工。如因故间歇期较长，应根据实际情况在充分验算的基础上对上层混凝土层厚进行调整。

3.4混凝土养护措施

3.4.1养护基本要求

混凝土浇筑后，必须及时在钢模外包裹遮阳布或浇水降温，并立即覆盖混凝土表面，进行保温保湿养护。因施工期间温度较高，混凝土结构物早期养生采用补水养生，在养护期间，需对蓄水物质定时注水以保证持续湿润状态，养生时间不得少于14 天，并且尽可能延长养生时间至28天。在浇筑完成后，12h以内应进行养护；混凝土强度未达到设计强度40%以前，严禁任何人在上面行走、安装模板支架，更不得作冲击性或上面任何劈打的操作。 拆模后养护，混凝土结构物拆模后，应迅速采用塑料布等材料将露出的混凝土表面覆盖，进行养护，当采用塑料布覆盖养护时，养护不得少于14 天。

3.4.2养护工序

覆盖养护是最常用的保温保湿养护方法。主要措施是： 在初凝以后开始覆盖养护，在终凝后开始浇水（约12小时后）即对浇筑完的混凝土（包括没有拆模的结构物） 表面包裹一层蓄水物质，用塑料薄膜包裹封闭，覆盖草袋、草帘、麻袋片、编制布等物。 浇水工具可以采用水管、水桶、小型水泵等工具保证混凝土的湿润度。

3.5混凝土温度应力和收缩应力分析

根据C35W6参考配合比设计，425#水泥300kg，水泥发热量377kj/kg，混凝土选择低温时段浇筑，混凝土浇筑入模温度控制在25℃以内。

3.5.1混凝土绝热温升

T—混凝土最大的水化热绝热温度

Mc—每立方米混凝土水泥用量

Q—每公斤水泥水化热量

C—混凝土比热容，在计算时可取0.96（kJ/kg.K）

—混凝土密度，取为2360kg/m³

─自然常数, ≈2.718

─随水泥品种、用量和入模温度等有关的单方胶凝材料对应系数，取值为0.384

经计算，绝热温升值在第17天达到最大，为49.9℃，计算结果如下表2：

t（d）	1	2	3	4	5	6	7	8	9	12	14	15	16	17
T（t）（℃）	15.9	26.8	34.1	39.2	42.6	44.9	46.5	47.6	48.3	49.4	49.7	49.8	49.8	49.9

3.5.2混凝土应力与抗拉防裂计算

⑴砼的收缩变形值

——龄期t时混凝土的收缩引起的相对变形值；

——在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取3.24×10^－4

e ——常数e=2.718；

M1、M2、M3…M11——各种不同条件下的修正系数；

⑵混凝土收缩相对变形值的当量温度

Ty（t）= /а

式中 а——混凝土的线膨胀系数，取1.0*10^-5

⑶混凝土弹性模量

E_（t）

E_（t）——砼t龄期时的弹性模量（N/mm²）

E_c——混凝土最终弹性模量（N/mm²），C35取E0=3.15×10⁴N/mm²

混凝土收缩值不同条件影响修正系数

M1	M2	M3	M4	M5	M6	M7	M8	M9	M10	M11
1.0	1.0	1.15	1.23	0.93	0.88	0.96	0.95	1.00	0.93	1.0

经计算，各龄期混凝土收缩变形值、当量温度及弹性模量如下表：

龄期（d）	3	6	9	12	15	17
（×10 ）	0.9	1.9	2.7	3.6	4.4	5.0
Ty（t）（℃）	0.9	1.9	2.7	3.6	4.4	5.0
E（t）（×104）	0.75	1.31	1.75	2.08	2.33	2.47

⑷混凝土收缩应力计算

—混凝土的温度应力（N/mm²）；

∆T—混凝土最大综合温差绝对值

T₀—混凝土入模温度

T_（t）—混凝土水化热绝热温度

T_y（t）—混凝土收缩相对变形值的当量温度

T_（h）—混凝土浇筑完成稳定后温度，一般根据气象资料取平均温度；

S_（t）—考虑徐变影响的松弛系数，一般取0.3~0.5

R—外约束系数，一般土基础区0.25~0.5

V（c）—泊松比，取0.15

收缩应力计算见下表：

收缩应力计算表

龄期（d）	3	6	9	12	15	17
∆T	20.7	28.8	32.0	33.5	34.6	35.2
	0.13	0.35	0.53	0.66	0.83	0.97
ftk（t）	1.31	1.84	2.05	2.14	2.18	2.19
K	10.35	5.30	3.89	3.23	2.63	2.27

4结语

通过计算，混凝土最大降温收缩应力及露天养护期产生的降温收缩应力均小于混凝土抗拉强度，安全系数K均大于1.15。所以，尽量保持底板表面湿润即可，混凝土内部不需要另外埋设降温水管，与此同时注意测温曲线变化，如内外温差过大，则砼外表面需覆盖薄膜或草袋蓄温以防裂纹产生。

参考文献：

［1］《水工混凝土施工规范》 SL677-2014［S］

［2］《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009［S］

［3］《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2010［S］

［4］水利项目混凝土工程施工质量控制要点分析[J].常秋山.地下水.2018-05-25

［5］水利工程大体积混凝土施工温度监测及施工质量控制措施[J].何欣航.居舍 2019-10-15