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濒临热带地区大型船闸混凝土温控施工技术研究杨维豪刘娟

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：杨维豪刘娟

[导读] 藤峡船闸混凝土稳控要求高、混凝土浇筑方量大、工程所在地全年温度高，本文主要介绍了大藤峡船闸混凝土温控施工技术的研究。

        中国葛洲坝集团第一工程有限公司湖北宜昌 443002
        摘要：大藤峡船闸混凝土稳控要求高、混凝土浇筑方量大、工程所在地全年温度高，本文主要介绍了大藤峡船闸混凝土温控施工技术的研究。
        Research on concrete temperature control construction technology of large ship lock in tropical area
        WeiHao-Yang Liu Juan
        [Abstract]the requirements of concrete stability control of datangxia lock are high，the quantity of concrete pouring is large，and the temperature of the project site is high all year round.This paper mainly introduces the research on the construction technology of temperature control of concrete of the catapult lock.

        1.概述
        大藤峡水利枢纽工程所在流域地处我国低纬度地带，属于亚热带季风气候区，全年气温较高，温度控制难度大。同时，船闸工程混凝土工程量大、施工工期紧、强度高、高峰强度持续时间长。且混凝土建筑物块体尺寸较大，特别是船闸主体部位，混凝土温控标准严格。受以上因素综合影响，船闸混凝土温度控制难度较大。
        2.温控施工重难点
        船闸工程混凝土温度控制重、难点具体如下：
        （1）黔江流域地处我国低纬度地带，属亚热带季风气候区，春季阴雨连绵，雨日较多；夏季高温湿热，暴雨频繁。坝址附近多年平均气温21.5℃，极端最高气温39.2℃。外界全年平均气温高，温度控制难度大。同时，设计针对混凝土温控标准提出了严格的标准，其中船闸工程混凝土温度控制标准为：强约束区基础温差为15℃～19℃，弱约束区基础温差为17.0℃～22.0℃，上下层温差为15℃，内外温差为15℃。
        （2）混凝土块体较大，特别是船闸主体部位，最大块体仓位面积为2646m2，单仓混凝土浇筑时间长，浇筑过程仓面温升控制难度大。
        （3）混凝土工程量、工期紧、月高峰强度高、持续时间长，月高峰强度约13.0万m³/月，且需全年温控，温控配套系统规模大，运行、管理难度大。
        3.施工技术
        1.优化船闸大体积混凝土配合比
        船闸混凝土原设计龄期为28天，混凝土浇筑初期水化反应快、水化热大，通过对比分析将船闸混凝土设计龄期由28天更改为90天，以降低水泥的用量；同时掺加高效减水剂，减少拌和用水量，降低水泥用量。
        船闸大体积混凝土原设计龄期为28天，水泥采用P.O42.5中热水泥，由于中热水泥水化热大，且28天设计龄期混凝土水泥用量较大，水化反应速度较快，致使混凝土内部温升速率过快，形成较大的内外温差，最大温差可达20℃，超过技术要求规定的15℃。过大的内外温差，导致混凝土内部产生较大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。
        针对上述问题，通过对坝址区水泥生产厂家生产的水泥调查发现，广西鱼峰水泥股份有限公司生产的低热水泥水化热较其生产的中热水泥水化热降低约33KJ/Kg，满足国家标准要求，采用低热水泥进行混凝土配合比试验，同时为降低每立方米混凝土水泥用量，将原混凝土28天设计龄期调整为90天龄期。
        在使用低热水泥及90天设计龄期的混凝土其每方混凝土水泥用量较采用中热水泥及28天设计龄期的混凝土减少41kg，有效降低了混凝土内部水化热；同时在混凝土中掺加MgO，掺量为4.5±0.5%，以增加混凝土后期膨胀，抵消后期自生体积变形，提高混凝土安定性，防止混凝土产生裂缝。
        2.优化出机口及混凝土浇筑温度控制标准
        由于广西地处亚热带，属亚热带季风气候，受海风、季节性风、降雨等影响，日平均气温变化较大，若按照原设计要求进行预冷混凝土拌制，则其拌制难度大，且根据实测数据，在采取保温措施下混凝土自拌合楼运输至浇筑部位后平均温升为2～3℃，难以满足设计要求的入仓温度。
        针对上述问题，通过对坝址区多年月平均气温进行统计，提出根据月平均气温来控制混凝土出机口温度，并对按照月平均气温确定的混凝土出机口温度进行复核。
        根据复核成果，由月平均气温确定的混凝土出机口温度可满足船闸混凝土浇筑温度及入仓温度需求。
        在采用上述控制措施后，成功的解决了温控混凝土拌制困难及运输过程中温升导致混凝土浇筑温度无法满足设计要求的现象。
        3.冷却水系统布置
        根据船闸冷却通水需求，并结合船闸现有地形条件，在船闸上下闸首、下游引航道各布置一个冷却基站，以供船闸、上游导航墙及下游导航墙混凝土温控需要。
        根据船闸冷却通水需求，并结合船闸现有地形条件，在船闸上下闸首、下游引航道各布置一个冷却基站，以供船闸及下游导航墙混凝土温控需要。
        根据《船闸混凝土温控技术要求》，高温季节（4月～10月）浇筑的混凝土采用两期通水冷却，低温季节（11月～次年3月）浇筑的混凝土采用一期通水冷却。
        混凝土温度控制标准提高后，通水水温相应降低，混凝土一期通水及二期通水均需采用制冷水。为此，冷却水需用量为一期通水及二期通水叠加。
        据黔江水温观测资料统计成果（桂平市气象站），取黔江水温为21℃。期间，一期冷却通水水温取10℃，二期通水水温取15℃。冷却通水设备容量采用下式计算：
        Q=CVγ△t
        式中：
        Q—设备制冷容量，1×104Kcal/h；
        C—水的比热容，4.2KJ/（kg•℃）=1Kcal/（kg.℃）；
        V—流量，m³/h；
        γ—水的比重，1×103kg/m³；
        ▽t—温度变化值，℃。
        根据制冷设备容量及冷却水流量进行设备选型，具体见下表：
        表1-5      拟选冷水机组主要参数表

设备型号	制冷水量（m³/h）	设备制冷量（kw）	功率（kw）	备注
LSBLG-850 冷水机组	90	837.4	306
TGSD2400.4 冷水机组	180	2480	491
TGSD2100 冷水机组	360	2100	750

        （4）冷却水主管布置：结合船闸自身结构特点，船闸冷却水主管采用分层布置，分层布置时采用三角架架设钢栈桥，冷却水主管铺设在钢栈桥上，以满足不同高程混凝土冷却通水需求。
        冷却水主管布置前首先将栈桥安装搭设完成，栈桥采用型钢加工制作，跨长分为3.2m及4.2m；上闸首栈桥分别布置于▽23.0m、▽37.0m、▽51.0m高程，闸室及下闸首段栈桥分别布置航槽侧▽32.0m高程，墙背侧▽49.5m高程，下闸首栈桥分别布置于，相邻层之间的栈桥通过转梯连接，形成人行通道，放置转梯段的栈桥采用4.2m宽的三角架。
        图1-1     闸室栈桥布置图

        同时为减少冷却水热量损失在栈桥上部搭设防雨棚，雨棚采用彩钢瓦搭设。
        （5）混凝土浇筑仓位规划
        由于大藤峡船闸上下闸首边墩尺寸较大，上闸首下块长40.8m，最大宽度44.98m，下闸首下块长46.0m，最大宽度为48.99m，若混凝土按照3.0m升层浇筑，则上闸首最大单仓方量为5505m³，下闸首单仓最大方量为6760m³，若按照1.5m升层浇筑，则上闸首最大单仓方量为2752.5m³，下闸首单仓最大方量为3380m³，单仓浇筑方量大，强度高，若按照3.0m进行浇筑，则混凝土温控难度大，难以满足设计要求；根据相关经验及现场验证性试验结果，在室温条件下不采取冷区措施的条件下，混凝土水化热变化在一定时间内呈现线性增加趋势，并在60h后达到峰值，温度升高约37.5℃；按照以上结论，以上闸首左边墩为例▽12.0m～▽15.0m高程为例，若按照3.0m升层，混凝土工及6706m³，，此仓位浇筑前在▽12.0m高程布置1层冷却水管，冷却水管的有效冷却厚度为1.5m～2.0m，故当此仓位收仓后▽13.0m～▽14.0m混凝土已浇筑完成55h～74h，此时混凝土水化热达到峰值，仓位中间并未设置冷却水管，混凝土内部温度较高，温度应力同时达到峰值，混凝土易产生裂缝。
        为解决上述问题，在保证混凝土浇筑进度的前提下，对船闸大仓位的模板按照3.0m安装，混凝土按照1.5m浇筑混，浇筑中途设置中转调节仓位，浇筑时采用喷雾机降低环境温度，中转调节仓位浇筑完成后及进行仓面处理，同时铺设冷却水管，上层混凝土浇筑时间需与下层混凝土收仓间隔时间不小于3d，同时最长间歇时间不超过21d。同时混凝土浇筑时尽量避开高温时段，即白天进行备仓工作，夜晚气温较低时浇筑混凝土，减少混凝土浇筑时热量倒灌。
        4.结语
        由于大藤峡水利枢纽位于亚热带地区，全年气温较高、船闸混凝土浇筑方量大、上下闸首单仓浇筑方量大，通过对混凝土浇筑过程中的温控施工技术研究，有效解决了上述问题，保证了混凝土施工质量。