金明權(quán)

（中電投電力工程有限公司， 上?！?00233）

淺談火電工程大體積混凝土施工方案審查

金明權(quán)

（中電投電力工程有限公司， 上海200233）

摘要：大體積混凝土施工質(zhì)量控制是火電發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。施工方案科學(xué)、合理是確保大體積混凝土施工質(zhì)量的前提之一。從技術(shù)管理角度，較為詳細(xì)地闡述了監(jiān)理工程師對火電工程大體積混凝土施工方案審查的重點(diǎn)內(nèi)容和審查要求，確保方案的適宜性、充分性和可操作性，確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，切實(shí)發(fā)揮監(jiān)理單位的把關(guān)作用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)理工程師；大體積混凝土；施工方案審查

0　引　言

目前混凝土結(jié)構(gòu)工程仍是火電工程項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，在所有的項(xiàng)目中仍是范圍最廣、項(xiàng)目最多、工程量最大，影響因素最多，質(zhì)量控制難度大，始終是火電工程土建工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是隨著機(jī)組容量愈來愈大，鍋爐基礎(chǔ)、汽輪機(jī)基座、煙囪基礎(chǔ)以及圓形煤場等建構(gòu)筑物基礎(chǔ)混凝土工程量也越來越大，部分 1 000 MW 等級塔式鍋爐筏板基礎(chǔ)一次混凝土澆筑量達(dá) 10 000 m3。大體積混凝土裂縫的防控問題更為突出，一旦結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)有害裂縫，影響了結(jié)構(gòu)的使用和耐久性，會危及全局的安全和效益，處理起來也相當(dāng)困難和棘手。

1　大體積混凝土施工方案審查

火電工程中的大體積混凝土的構(gòu)筑物，一般有高煙囪圓板基礎(chǔ)、鍋爐筏板式基礎(chǔ)、汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)底板、汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)層結(jié)構(gòu)、圓形貯煤倉基礎(chǔ)、雙曲線冷卻塔環(huán)基等，大體積混凝土施工方案審查除應(yīng)按照常規(guī)審查外，尚應(yīng)根據(jù)大體積混凝土施工的特殊性，重點(diǎn)進(jìn)行下列內(nèi)容審查。

1.1施工方案主要內(nèi)容審查

大體積混凝土施工方案內(nèi)容除應(yīng)包括一般施工方案內(nèi)容外，尚應(yīng)按照 GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》要求編制大體積混凝土澆筑體溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的計(jì)算、施工階段主要抗裂構(gòu)造措施和溫控指標(biāo)的確定、原材料優(yōu)選、配合比設(shè)計(jì)、制備與運(yùn)輸、溫控監(jiān)測設(shè)備和測試布置圖、混凝土澆筑運(yùn)輸順序和施工進(jìn)度計(jì)劃、混凝土保溫和保濕養(yǎng)護(hù)方法、主要應(yīng)急保障措施、特殊部位和特殊氣候條件下的施工措施等內(nèi)容。

1.2大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫控制措施

大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裂縫控制措施主要審查混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的齡期、選用的水泥品種、混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)約束條件、溫度收縮鋼筋設(shè)置、施工段劃分、施工縫設(shè)置與處理等是否合理，主要審查依據(jù) GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》第三章基本規(guī)定以及具體工程實(shí)踐，按照謹(jǐn)慎、保守的原則控制。

對火電工程而言，鍋爐基礎(chǔ)施工為關(guān)鍵路徑工作，采用28 d 標(biāo)養(yǎng)齡期混凝土強(qiáng)度與采用 60 d 標(biāo)養(yǎng)齡期混凝土強(qiáng)度，在工期上影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 32 d，主要是大體積混凝土內(nèi)部溫度較高，在高溫條件作用下，粉煤灰的火山灰反應(yīng)在早期即已開始，混凝土實(shí)際強(qiáng)度增長較標(biāo)養(yǎng)條件要快，其實(shí)體混凝土抗壓強(qiáng)度在 30 d 齡期時能基本夠達(dá)到要求的強(qiáng)度，完全可以滿足鍋爐鋼架吊裝要求。

大體積混凝土裂縫控制在設(shè)計(jì)方面采取的措施之一是結(jié)合大體積混凝土的施工方法配置控制溫度和收縮的構(gòu)造鋼筋。配置的構(gòu)造筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距。例如配置直徑 6 mm～14 mm、間距控制在 100 mm～150 mm。按全截面對稱配筋比較合理，含筋率應(yīng)控制在 0.3%～0.5% 之間，這樣可大大提高抵抗貫穿性開裂的能力。同時沿混凝土表面配置 φ6、間距 100 mm 的鋼筋網(wǎng)片，可提高面層抗表面降溫的影響和干縮的能力。

大體積混凝土基礎(chǔ)施工分段有利于裂縫控制，分段間距和一次澆筑混凝土塊體體積越小，對控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫越有利。對于雙曲線冷卻塔環(huán)基、圓形貯煤倉基礎(chǔ)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分段施工，但對汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)、筏板式鍋爐基礎(chǔ)從結(jié)構(gòu)整體性考慮，設(shè)計(jì)要求一次性整體澆筑。裂縫控制的主要措施：一是配置合理的溫度收縮鋼筋；二是嚴(yán)格控制混凝土溫差和溫降。通過近 20 年的工程實(shí)踐已經(jīng)證明是完全可以滿足混凝土裂縫控制要求。

1.3大體積混凝土的溫控驗(yàn)算審查

大體積混凝土的溫差或溫升、溫降梯度過大并有一定的內(nèi)外約束，是產(chǎn)生裂縫的主要原因。工程實(shí)踐證明，嚴(yán)格控制溫控指標(biāo)是防止大體積混凝土有害裂縫出現(xiàn)的重要技術(shù)措施，溫控計(jì)算是大體積混凝土施工方案的核心、關(guān)鍵內(nèi)容。

1.3.1溫控指標(biāo)

GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》要求在施工方案階段對大體積混凝土澆筑塊體在澆筑前應(yīng)進(jìn)行溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力的驗(yàn)算分析，對混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值、混凝土澆筑塊體的里表溫差、混凝土澆筑體的降溫速率和混凝土澆筑體表面與大氣溫差提出了控制參考指標(biāo)如下。

(1)混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃。

(2)混凝土澆筑塊體的里表溫差(不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度) 不宜大于 25℃。

(3)混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于 2.0℃/d。

(4)混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于 20℃。

在上述指標(biāo)中，混凝土澆筑塊體的里表溫差與混凝土澆筑體表面溫度不僅與混凝土絕熱溫升有關(guān)，也與混凝土入模溫度有關(guān)?；炷寥肽囟仍礁撸谕獠凯h(huán)境溫度一定的條件下，水泥水化速度也越快，不利于水化熱延緩釋放，混凝土溫升梯度也大，混凝土澆筑塊體的里表溫差也越大，混凝土澆筑體表面與大氣溫差也越大。此外，大體積混凝土是否產(chǎn)生貫穿性裂縫不僅與內(nèi)部溫差有關(guān)，也與內(nèi)部溫升梯度有關(guān)。因此，溫控指標(biāo)尚應(yīng)按照 GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》要求增加混凝土入模溫度指標(biāo)(混凝土入模溫度不宜大于 30℃，并盡可能低)。

對于不同結(jié)構(gòu)形式的大體積混凝土，溫控指標(biāo)不應(yīng)機(jī)械套用規(guī)范控制的指標(biāo)，還應(yīng)根據(jù)工程施工的環(huán)境條件以及有關(guān)工程的實(shí)測數(shù)據(jù)，確定合適的控制指標(biāo)。

1.3.2混凝土的絕熱溫升

混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值是關(guān)鍵溫控指標(biāo)之一，GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》附錄 B.1明確了混凝土的絕熱溫升的計(jì)算公式(B.1.4)，從公式可以看出，混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值與膠凝材料水化熱總量成正比，GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》4.2.2 已將進(jìn)行水化熱進(jìn)行復(fù)驗(yàn)作為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。因此，監(jiān)理工程師應(yīng)在施工組織總設(shè)計(jì)(至少在土建專業(yè)施工組織設(shè)計(jì)審查時)應(yīng)要求施工單位必須提前對擬用的水泥進(jìn)行水化熱復(fù)驗(yàn)，同時混凝土膠凝材料的水化熱試驗(yàn)，避免由膠凝材料的水化熱推算混凝土水化熱帶來的誤差，膠凝材料的 3 d 和 7 d 水化熱控制指標(biāo)應(yīng)滿足 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求。

因此，監(jiān)理工程師在審查大體積混凝土施工方案混凝土的絕熱溫升計(jì)算時，應(yīng)采用經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)的混凝土配合比單方水泥用量和水化熱復(fù)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，混凝土絕熱溫升的其他計(jì)算參數(shù)，盡可能采用混凝土配合比試驗(yàn)中的實(shí)際數(shù)據(jù)，避免由膠凝材料的水化熱推算混凝土水化熱帶來的誤差，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確性；有條件時，還可以通過混凝土絕熱溫升測試設(shè)備測定混凝土的絕熱溫升，從而在配合比設(shè)計(jì)過程中控制混凝土絕熱溫升。

1.3.3混凝土溫度裂縫控制驗(yàn)算

GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》附錄 B 中“B.2 混凝土收縮變形值的當(dāng)量溫度～B.7 控制溫度裂縫的條件”提供了混凝土收縮變形值的當(dāng)量溫度、混凝土的彈性模量、溫升估算、溫差計(jì)算、溫度應(yīng)力計(jì)算、控制溫度裂縫的條件相應(yīng)計(jì)算公式。但是部分計(jì)算公式和參數(shù)的選取或通過現(xiàn)場試驗(yàn)、實(shí)測，無實(shí)測資料時可采用規(guī)范推薦的數(shù)值，在實(shí)際執(zhí)行過程中尚存在一定的難度：一是在審查施工方案時，對擬施工的大體積混凝土無法取得實(shí)測數(shù)據(jù)，一般火電現(xiàn)場土建試驗(yàn)室也不具備混凝土熱工試驗(yàn)的設(shè)備；二是規(guī)范附錄推薦的數(shù)值，是綜合了各種不同結(jié)構(gòu)形式、不同原材料、不同的配合比、施工工藝、不同施工環(huán)境，對具體的工程，驗(yàn)算的結(jié)果不能保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，存在正負(fù)兩個方面的誤差；三是即使對于相同混凝土強(qiáng)度等級的混凝土而言，不同的結(jié)構(gòu)形式、地基約束條件、混凝土配合比、外加劑、施工工藝等，選用一個標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行控制，并不妥當(dāng)。

因此，監(jiān)理工程師在審查方案混凝土溫度裂縫控制驗(yàn)算文件時，一是要求施工單位采用較為權(quán)威的計(jì)算軟件；二是驗(yàn)算的數(shù)據(jù)和參數(shù)選擇應(yīng)要求施工單位采用類似工程的實(shí)測數(shù)據(jù)；三是監(jiān)理單位也應(yīng)建立經(jīng)驗(yàn)反饋系統(tǒng)，收集典型工程的實(shí)測數(shù)據(jù)作為審查大體積混凝土溫度裂縫控制驗(yàn)算的對比資料；四是國內(nèi)對大體積混凝土的溫度場變化和裂縫產(chǎn)生的規(guī)律性還不能系統(tǒng)掌握，大體積混凝土的抗裂驗(yàn)算結(jié)果只能作為參考。

1.4大體積混凝土養(yǎng)護(hù)措施

根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料，大體積混凝土裂縫主要產(chǎn)生于兩個階段：一是混凝土澆搗后的溫升階段，因混凝土內(nèi)部與表面溫差過大，致使表面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，使混凝土表面開裂；二是在混凝土降溫階段，因混凝土內(nèi)部降溫速率過快，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生貫穿性裂縫。

大體積混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施是控制大體積混凝土溫度裂縫措施的重要組成部分，主要是在養(yǎng)護(hù)過程中，通過覆蓋保溫材料減小混凝土表面溫度的散失，控制大體積混凝土澆筑塊體的里表溫差和降溫速率，對控制大體積混凝土澆筑塊體表面裂縫和內(nèi)部貫穿性裂縫至關(guān)重要，大體積混凝土澆筑后保溫、保濕養(yǎng)護(hù)措施也必須進(jìn)行溫控驗(yàn)算。

監(jiān)理工程師在審查大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)措施時，主要根據(jù)混凝土溫度裂縫控制驗(yàn)算結(jié)果和混凝土澆筑塊體的里表溫差、混凝土澆筑體的降溫速率、混凝土澆筑體表面與大氣溫差控制指標(biāo)審查保溫計(jì)算文件。

為了確保溫控措施到位，監(jiān)理工程師應(yīng)審查應(yīng)急措施，在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中根據(jù)測溫情況，及時采取降低溫差的措施。

2　結(jié)　語

大體積混凝土施工方案是確保大體積混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。GB/T 50319—2013《建設(shè)工程監(jiān)理規(guī)范》與DL/T 5434—2009《電力建設(shè)工程監(jiān)理規(guī)范》均明確要求監(jiān)理單位對施工單位施工組織設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行審查，這是監(jiān)理工程師質(zhì)量控制重要工作之一。施工方案審查質(zhì)量高低不僅僅體現(xiàn)監(jiān)理單位的能力和水平，對工程實(shí)體質(zhì)量把關(guān)、控制監(jiān)理單位合同和法律風(fēng)險(xiǎn)也至關(guān)重要。

中圖分類號：F407.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1007-4104(2014)08-0018-03

收稿日期：2014-06-04

作者簡介：金明權(quán)(1966—)，男，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，高級工程師，國家注冊監(jiān)理工程師、注冊造價師、一級建造師，從事火電工程施工、監(jiān)理和建設(shè)管理工作累計(jì)近25年。

通信地址：上海市田林路888弄7號 中電投電力工程有限公司 火電新能源部；E-mail：jinmingquan1994@163.com