[ 摘要] 在特高壓1 000 kV 黃河大跨越施工中, 跨越塔N3 基礎(chǔ)設(shè)4 個承臺基礎(chǔ)及連梁, 混凝土方量大。為滿足高標準的要求, 決定采取不設(shè)施工縫、一次性澆注成形的方案。在施工中, 為避免水泥水化熱、溫度應(yīng)力和混凝土的收縮變形產(chǎn)生有害裂縫, 制定了詳細的技術(shù)措施和施工方案, 在原材料選用與配合比設(shè)計、混凝土供應(yīng)與澆筑、混凝土內(nèi)部溫度檢測與表面養(yǎng)護等方面采取了有效的措施, 取得了滿意的效果。
[ 關(guān)鍵詞] 特高壓; 黃河大跨越塔; 大體積混凝土施工
中圖分類號: TM835 文獻標志碼: B 文章編號: 1000- 7229 ( 2008) 01- 0009- 04
1 工程概況
黃河大跨越是1 000 kV 晉東南—南陽—荊門輸電線路工程的重要組成部分, 采用耐- 直- 直- 直-耐方式跨越黃河, 主跨檔1 220 m, 跨越段線路3.651km, 單回路架設(shè)?？缭剿舾?12 m, 全高122.8 m。
1 000 kV 黃河大跨越跨工程跨越塔N3 基礎(chǔ)工程共4 個承臺基礎(chǔ)及連梁, 單基跨越塔承臺混凝土體積為1 900 m3, 連梁混凝土體積為60 m3; 混凝土設(shè)計強度等級C30?；A(chǔ)施工中地腳螺栓為高強度螺栓M76 mm×2 400 mm ( 42CrMo) , 隨承臺一起澆筑。承臺長15 m, 寬15m, 高2.1 m; 連梁寬1.6 m, 高1.6 m, 長5.88 m, 連接4 個承臺, 單個承臺混凝土方量為475 m3, 4 個承臺及連梁混凝土總方量1 960m3。為了滿足特高壓工程高標準的特殊性要求, 我們在傳統(tǒng)施工技術(shù)上進行創(chuàng)新, 決定不設(shè)施工縫, 一次性澆注。同時為了達到鏡面混凝土的要求, 與有關(guān)廠家合作攻關(guān)特制了承臺鋼模板, 并在陽拐處倒角, 避免因應(yīng)力集中而損壞混凝土邊角。
2 大體積混凝土裂縫成因分析
大體積混凝土裂縫一般在混凝土澆注后短期內(nèi)形成, 主要是因為水泥的水化作用是放熱反應(yīng), 大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能, 在混凝土升溫至峰值后的降溫過程中, 內(nèi)部降溫速度比表層慢得多, 各部分的溫度變形產(chǎn)生的相互約束及外界約束的共同作用, 使得混凝土內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力相當復雜; 同時氣溫變化和澆注后的養(yǎng)護方式對混凝土裂縫的產(chǎn)生有一定影響。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值, 混凝土就會出現(xiàn)裂縫。
大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。在施工過程中考慮了下述因素, 并采取了相應(yīng)的措施。
2.1 水泥水化熱
水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量, 而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚, 表面系數(shù)相對較小, 所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去, 以至于越積越高, 使內(nèi)外溫差增大。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱, 內(nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在澆筑后最初的3~5 天。
2.2 溫度應(yīng)力
溫度應(yīng)力是由于溫差引起的變形造成的, 溫差愈大, 溫度應(yīng)力也愈大。同時, 在高溫條件下, 大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達60~70 ℃, 并且有較長的延續(xù)時間。
2.3 混凝土的收縮變形
混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。當混凝土這種自發(fā)變形受到外部約束時( 支承條件、鋼筋等) , 將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開裂。
3 大體積混凝土施工熱工計算
黃河大跨越承臺施工時間在5 月下旬, 需全面考慮施工溫度對混凝土質(zhì)量的影響。判斷混凝土施工溫度對混凝土質(zhì)量的影響有2 個主要指標, 即混凝土中心最高溫度與表面溫度的差、表面溫度與大氣溫度的差均不應(yīng)大于25 ℃。超過25 ℃需對混凝土原材料及施工溫度、水化溫度采取控制措施。
在制定方案初期, 項目部做了混凝土配比單, 普通硅酸鹽水泥P.S42.5: 380 kg; 中砂: 707 kg; 10～25mm 石子: 1 153 kg; 水: 188 kg; 水灰比0.50; 外加劑( 緩凝高效減水劑建3B 型) : 3.9 kg。
3.1 混凝土溫度的計算
先求混凝土的最終絕熱溫升:
Th=WQ/(Cρ)=380×377/( 0.96×2 400) =62.2( ℃)
式中W———單位體積混凝土水泥用量, 取380kg/m3;
Q———水化熱, 取377 kJ/kg;
C———混凝土比熱, 取0.96 kJ/( kg·℃) ;
ρ———混凝土密度, 取2 400 kg/ m3。
查降溫系數(shù)ξ值, 可求出不同齡期的水化熱溫升( ξTh) , 不同齡期的混凝土溫度值見表1。
3.2 溫度應(yīng)力計算[1]
σ=E( t)×α×ΔT×S( t)×R/( 1- Vc) =2.55×104×1.0×10- 5×14.4×0.57×0.44/( 1- 0.15) =
1.08 N/mm2<1.1 N/mm2
式中σ———混凝土的溫度應(yīng)力, N/mm2;
E(t)———混凝土從澆筑后至計算時的彈性模量,N/mm2;
α———混凝土的線膨脹系數(shù), 取1.0×10- 5;
ΔT———混凝土的最大綜合溫差絕對值;
S( t)———考慮徐變影響的松弛系數(shù), 按混凝土松馳系數(shù)表選用;
R———混凝土的外約束系數(shù), 一般地基取0.25～0.50;
Vc———混凝土的泊松比。
由計算可知, 不會因降溫時混凝土收縮引起收縮裂縫。
4 混凝土裂縫的預(yù)防措施
4.1 精心設(shè)計配合比
精心設(shè)計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性能的情況下, 應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量, 采用“三低( 低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻( 摻高效減水劑和高性能引氣劑) ”的設(shè)計準則,生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。
4.2 正確選用水泥
工程中選用水化熱較低的建筑牌P.S42.5 礦渣硅酸鹽水泥。同時在配合比中注意盡量降低混凝土中的水泥用量, 以降低混凝土的溫升, 提高硬化后體積的穩(wěn)定性。
4.3 正確選用粗細骨料
在選擇粗骨料時, 工程中選用了10～25 mm 石子, 既可以減少用水量, 也可以相應(yīng)減少水泥用量,還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。
在選擇細骨料時, 選擇平均粒徑較大的中粗砂,細度模數(shù)為2.8, 從而降低混凝土的干縮, 減少水化熱量, 對混凝土的裂縫控制有重要作用。
4.4 合理摻加外加劑
工程中選用了緩凝減水劑建3B 型, 可減少拌和用水10%左右, 相應(yīng)地也減少了水泥用量, 降低了混凝土水化熱; 并且使混凝土緩凝, 保證混凝土初凝時間大于6 h, 以推遲水泥水化熱峰值的出現(xiàn), 使混凝土表面溫度梯度減少, 可使混凝土抗裂性能提高。
5 施工過程控制措施
5.1 控制混凝土入模溫度
入模溫度的高低, 與出機溫度密切相關(guān), 另外還與運輸工具、運距、轉(zhuǎn)運次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。
在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋, 以減少陽光的輻射, 同時對澆筑前的砂石用冷水降溫, 拌合站用水采用地下井水, 溫度在4 ℃左右。采用多存放幾天的水泥, 施工時進行通風, 降低水泥存放溫度, 使入模混凝土溫度控制在28 ℃以下。
混凝土拌合采用2 套JS750 及JS500 強制式混凝土攪拌站, 每小時生產(chǎn)能力30 m3, 2 臺生產(chǎn)能力為60 m3; 8 臺8 m3 的混凝土輸送車送料, 平均每小時入倉能力達40 m3。N3 承臺混凝土1 960 m3 總澆筑時間控制在60 h 之內(nèi)。
采用2 臺混凝土泵車布料, 嚴格控制混凝土的澆筑速度, 一次澆注的混凝土不可過高、過厚, 以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實, 嚴格控制振搗時間、移動距離和插入深度, 嚴防漏振及過振。
5.2 采用科學澆注流程
澆注流程: 混凝土澆筑采用“分段定點, 薄層澆筑; 斜面分層、循序推進; 一次到頂、最后合攏”的方法。每個澆筑薄層澆筑長度按2 m 控制, 具體澆筑分層見圖1 所示。
澆注方向為從A 腿承臺分斜層澆筑。A 腿澆完后通過兩邊的連梁, 分別向B、D 腿澆筑, B、D 腿的承臺澆完后, 通過連梁分別向C 腿澆筑, 最后將C 腿承臺澆筑完成, 不留任何施工冷縫。澆注順序見圖2。
為了緊密配合施工進度, 確保混凝土的連續(xù)均勻供應(yīng), 經(jīng)過周密的計算和準備, 配備了8 輛8 m3攪拌車和2 輛三菱泵車, 始終保持了穩(wěn)定的供應(yīng), 基本上做到了泵車不等攪拌車, 攪拌車不等泵車, 未發(fā)生堵泵現(xiàn)象。
5.3 加強澆注后混凝土養(yǎng)護[2]
傳熱系數(shù)計算式:
β=1/( Σδi/λi+1/βq)
式中δi———各種保溫材料的厚度, m;
λi———各種保溫材料的導熱系數(shù), 詳見導熱系數(shù)表, W/(m·K) ;
βq———空氣層傳熱系數(shù), 取23 W/(m2·K) 。
混凝土虛設(shè)厚度計算式:
h′=K×λ混凝土/β
式中λ混凝土———混凝土的導熱系數(shù), 此處可取2.33 W/(m·K) ;
β———混凝土模板及保溫層的傳熱系數(shù)W/(m2·K) ;
K———計算折減系數(shù), 根據(jù)試驗資料可取0.666。
溫度計算中采用的計算厚度為:
H=h+2h′
式中H———混凝土的計算厚度;
h———混凝土的實際厚度;
h′———混凝土的虛厚度。
設(shè)2 層草袋總厚3 cm, λ草=0.14 W/(m·K) , 其傳熱系數(shù)β可按下式求得;
β=1/( Σδi/λi+1/βq) =1/( 0.03/0.14+1/23) =3.88 W/(m2·K)
此時虛設(shè)厚度:
h′=K×λ混凝土/β=0.666×2.33/3.88=0.4(m)
H=h+2h′=2.1+2×0.4=2.9(m)
混凝土表層溫度計算:
Tc=Tq+4×h′×(H- h′) ×( Tmax- Tq) /H2=26+4×0.4×( 2.9- 0.4) ×( 66.4- 26) /2.92=
45.2(℃)
式中Tmax———混凝土中心最高溫度, ℃。
因Tmax- Tc=21.2 ℃>20 ℃, 故需要保溫。
混凝土抹壓后, 當人踩在上面無明顯腳印時, 隨即用塑料薄膜覆蓋嚴實, 不使透風漏氣、水分蒸發(fā)散失帶走熱量。且在薄膜上蓋2 層草袋保濕保溫養(yǎng)護,以減少混凝土表面的熱擴散, 減少混凝土內(nèi)外溫差。
經(jīng)實測混凝土3 天內(nèi)表面溫度在48～55 ℃之間, 且很少發(fā)現(xiàn)混凝土表面有裂縫情況。
5.4 加強澆注后混凝土監(jiān)控
從混凝土澆筑完成到終凝這段時間的養(yǎng)護對混凝土而言十分重要。混凝土澆筑完畢后, 在其頂面及時加以覆蓋, 要求覆蓋嚴密, 并經(jīng)常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二: 一是蓄水保溫, 防止表面水分蒸發(fā)和抵抗受太陽輻射與刮風時溫度驟變, 二是保持內(nèi)外溫差的穩(wěn)定。
5.4.1 溫度監(jiān)控的最終目的是為了掌握混凝土內(nèi)部的實際最高溫升值和混凝土中心至表面的溫度梯度, 保證規(guī)范要求的內(nèi)部與表面的溫差小于25 ℃及降溫速率。
5.4.2 溫度是直接關(guān)系整個混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量的關(guān)鍵。為了客觀反映混凝土溫度狀況, 對自然溫度、混凝土內(nèi)部溫度、混凝土表面溫度等3 個項目進行測試, 便于及時調(diào)整溫控措施。
5.4.3 每個承臺立柱邊0.5 m 和承臺邊1 m 處位置, 距承臺下底面200 mm 承臺中間和距承臺上表面100 mm 處, 分別各預(yù)埋1 個電子測溫線。每基塔共布置24 個測溫線, 由專人負責連續(xù)測溫2 周。前1 周每間隔2 h 測1 次, 比規(guī)范規(guī)定每8 h 測2 次的頻率要大些; 后1 周每間隔4 h 測1 次。
本工程采用DM6801A 便攜式建筑電子測溫儀測溫。實測結(jié)果如表2。
6 結(jié)語
對于混凝土裂縫, 應(yīng)以預(yù)防為主, 上述各項技術(shù)措施是相互聯(lián)系、相互制約的。施工中必須結(jié)合實際、全面考慮、合理采用, 才能起到良好的效果。
6.1 混凝土強度按《混凝土強度檢驗與評定標準(GBJ107—87)》進行了測試, 屬合格。
6.2 由于采用了“雙摻技術(shù)”(緩凝減水劑和高性能引氣劑), 合理選擇原材料, 延緩了凝結(jié)時間, 減少了坍落度損失, 改善了混凝土和易性和可泵性。使得混凝土在高溫、遠距離運送條件下仍能順利泵送。
6.3 根據(jù)對混凝土裂縫成因的分析以及熱工計算,精心制定大體積混凝土施工方案, 加強養(yǎng)護及監(jiān)控,混凝土內(nèi)外溫度連續(xù)測2 周, 混凝土中心最高溫度出現(xiàn)在澆注后的3～5 天, 與文獻介紹的一致。內(nèi)外溫差僅為22 ℃, 且低于規(guī)范規(guī)定的不得大于25 ℃( 如溫差超過25 ℃, 則需采取降溫措施) 的要求。
6.4 經(jīng)各有關(guān)單位的嚴格檢查, 未發(fā)現(xiàn)有害裂縫(僅表面有個別收水裂縫)。混凝土密實平整光潔, 無蜂窩麻面。
7 參考文獻
[1] 江正榮.建筑施工計算手冊.北京: 中國建筑出版社, 2001.
[2] 葉琳昌, 沈義.大體積混凝土施工.北京: 中國建筑出版社, 1987.
