白寶生，王桂杰，張永梅

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極端天氣條件下大體積混凝土施工質(zhì)量控制

白寶生，王桂杰，張永梅

（中國寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

在土建基礎(chǔ)施工中大體積混凝土基礎(chǔ)施工質(zhì)量要求嚴(yán)格，尤其是極端天氣條件下大體積混凝土施工質(zhì)量控制要求更加嚴(yán)格。文章通過實(shí)踐，從施工方法、質(zhì)量保證措施等方面對大體積混凝土基礎(chǔ)的施工過程進(jìn)行了分析和總結(jié)，以確保項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)、費(fèi)用目標(biāo)及進(jìn)度目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)。

極端天氣; 大體積混凝土; 施工方法; 質(zhì)量控制

近年來，石油化工企業(yè)新建、 技改升級項(xiàng)目較多，各EPC總承包單位項(xiàng)目隨之增加。各類煉化生產(chǎn)裝置的建設(shè)都具有資金投入大，技術(shù)要求高、運(yùn)行風(fēng)險大、施工難度大、建設(shè)周期短等特點(diǎn)。其中動、靜設(shè)備安裝往往是裝置建設(shè)的核心工作之一。這些設(shè)備通過與混凝土基礎(chǔ)的牢固連接保證了裝置安全、平穩(wěn)地運(yùn)行。作為動、靜荷載承載體的混凝土基礎(chǔ)往往是具有外形尺寸大、厚度大、埋深較深、結(jié)構(gòu)形式多樣的特點(diǎn)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定[1]，歸屬大體積混凝土居多。眾多工程實(shí)踐表明，對于大體積混凝土，由于受水化熱的影響，澆筑體內(nèi)外存在較大的溫度應(yīng)力，如果施工技術(shù)措施采取不當(dāng)，極易造成有害裂縫的出現(xiàn)，其危害程度極大，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故?？梢姶篌w積混凝土施工技術(shù)水平的高低對工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)起到舉足輕重的作用。本文根據(jù)多項(xiàng)施工管理工作的實(shí)踐，從已施工完成的眾多設(shè)備基礎(chǔ)中選取具有代表性的實(shí)例加以分析和總結(jié)，可作為與相關(guān)施工管理人員進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享，同時也可供今后類似工程借鑒。

1 工程概況

某北方石化公司新建一套汽油質(zhì)量升級裝置。該裝置的建設(shè)目的是：通過對現(xiàn)有汽油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行工藝調(diào)整、從而達(dá)到汽油產(chǎn)品質(zhì)量升級的目的，即裝置建成后所生產(chǎn)的汽油將達(dá)到國IV標(biāo)準(zhǔn)，同時兼顧國V標(biāo)準(zhǔn)?；谶@樣的建設(shè)目的，結(jié)合當(dāng)下日趨嚴(yán)峻的空氣污染壓力，使得項(xiàng)目建設(shè)的重要性和緊迫性突顯。根據(jù)建設(shè)單位的項(xiàng)目總體部署要求，限定該項(xiàng)目的建設(shè)周期僅為10個月，并確定項(xiàng)目建設(shè)中交時間為2013年9月30日。針對這一限制條件，通過對全部施工內(nèi)容及工序的推算，使得本工程土建施工無法避免地只能在整個冬季進(jìn)行，工程開工時間為2012年11月18日,交工時間為2013年9月30日。該裝置的施工單元由兩部分組成，即裝置區(qū)的施工和配套罐區(qū)的施工。裝置區(qū)土建基礎(chǔ)的施工時間是2012年12月至2013年3月；罐區(qū)土建基礎(chǔ)的施工時間為2013年6月至８月，可見該裝置的混凝土基礎(chǔ)施工分別在兩個最極端（冬季和夏季）的天氣條件下進(jìn)行，從專業(yè)技術(shù)上論證，這對大體積混凝土基礎(chǔ)的施工極為不利。針對這種情況，承包方根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，組織施工單位技術(shù)人員通過采取技術(shù)措施和嚴(yán)格質(zhì)量控制，按期保質(zhì)保量地完成了裝置所有的土建施工任務(wù)，為裝置順利建成創(chuàng)造了有利條件。

2 大體積混凝土基礎(chǔ)施工方法及質(zhì)量控制

2.1 選取混凝土基礎(chǔ)的控制對象

根據(jù)大體積混凝土術(shù)語的定義：“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”[1]。項(xiàng)目部技術(shù)人員對裝置區(qū)的各種基礎(chǔ)進(jìn)行識別和分類，最后確定構(gòu)架（反應(yīng)器R-101、R-201和R-202三個設(shè)備構(gòu)成的聯(lián)合基礎(chǔ)）、原料罐（D-107A、D-107B）和三臺浮頂儲罐為大體積混凝土，需要從混凝土配合比優(yōu)化、施工溫度控制計(jì)算技術(shù)方面和泵送混凝土、混凝土裂縫控制質(zhì)量控制方面加以嚴(yán)格管理[2,3]。

2.1.1 構(gòu)架基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)形式為長方體的聯(lián)合基礎(chǔ)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。外形尺寸（長×寬×高）22 000×8 000×1 300（mm），墊層采用C15混凝土，承臺采用C30混凝土現(xiàn)澆，構(gòu)架基礎(chǔ)之上布置了三座反應(yīng)器基礎(chǔ)及多座構(gòu)架基礎(chǔ)。

2.1.2 原料罐基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)形式為圓柱體基礎(chǔ)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單個外形尺寸：底板厚度為2 400 mm，直徑3 300 mm，墊層采用C15混凝土，承臺采用C30混凝土現(xiàn)澆。

2.1.3 浮頂儲罐基礎(chǔ)

基礎(chǔ)為圓柱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚度為2 200 mm，直徑16 000 mm?；炷翉?qiáng)度等級為C30

2.2 大體積混凝土基礎(chǔ)的冬季施工方法及質(zhì)量控制

根據(jù)施工計(jì)劃的安排，構(gòu)架基礎(chǔ)和原料罐基礎(chǔ)的施工時間確定在2013年1月1至1月30期間。對此承包商項(xiàng)目部高度重視，組織施工單位技術(shù)人員從施工方法和質(zhì)量控制手段兩個方面同時著手，并結(jié)合冬季施工的特點(diǎn)，制定了切實(shí)可行的施工方案。方案除規(guī)定了常規(guī)混凝土基礎(chǔ)施工的方法外，重點(diǎn)對澆筑體可能達(dá)到的最高溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力等條件進(jìn)行了測算和分析，確定了本次大體積混凝土的各項(xiàng)溫控指標(biāo)，如溫升峰值，內(nèi)外溫差、降溫速率、混凝土表面與環(huán)境溫差等；近而制定出有關(guān)溫控的施工技術(shù)措施，如混凝土原材料配比、運(yùn)輸過程、養(yǎng)護(hù)中降溫、保濕及溫度監(jiān)測方法等。從技術(shù)上預(yù)防了有害裂縫的產(chǎn)生。采取的主要措施如下：

采用暖棚法施工：先用蒸汽預(yù)熱凍土，進(jìn)行土方開挖后，立即搭設(shè)暖棚，使整個大體積混凝土的施工完全在暖棚內(nèi)進(jìn)行，暖棚采用蒸汽排管供熱，使棚內(nèi)溫度控制+10 ℃以上的條件下施工，并設(shè)專人進(jìn)行24 h值班看守。

對混凝土的要求：嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，優(yōu)選質(zhì)量高、信譽(yù)好、長期合作和冬季施工經(jīng)驗(yàn)豐富的商品混凝土站生產(chǎn)的混凝土；注意到運(yùn)輸過程中防止因混凝土熱量散失出現(xiàn)的表層凍結(jié)，混凝土離析、水泥砂漿流失，坍落度變化等問題，在砼罐車表面采取覆蓋棉被的方法進(jìn)行保溫，使混凝土入模溫度不低于10 ℃；考慮滿足連續(xù)澆筑的要求，在暖棚外的附近還增設(shè)了一個?？宽殴捃嚨呐R時保溫棚，以配合保持混凝土入模溫度符合工藝要求。

混凝土的澆筑：本次大體積混凝土的澆筑采用整體分層連續(xù)澆筑和推移式連續(xù)澆筑相結(jié)合的施工方法，分別如圖1和圖2所示。

圖1 整體分層連續(xù)澆筑示意圖

圖2 推移式連續(xù)澆筑示意圖

根據(jù)所使用振搗器的結(jié)構(gòu)形式、作用深度和混凝土的和易性，規(guī)定澆筑厚度為250~300 mm，并盡量縮短間歇時間，即在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢，同時配合二次振搗和及時二次抹面等工藝措施，防止基礎(chǔ)表面出現(xiàn)微裂紋等有害因素。

（5）加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督信息化管理。監(jiān)管方式要與時俱進(jìn)，對工程項(xiàng)目采取信息化手段開展監(jiān)控式管理，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)督。逐步推動流域內(nèi)水利工程建設(shè)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感遙測監(jiān)控系統(tǒng)[5]、水利工程質(zhì)量監(jiān)督信息系統(tǒng)等信息化工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與水利部、各省水利工程質(zhì)量信息平臺的互聯(lián)互通和信息共享，按政務(wù)公開相關(guān)規(guī)定發(fā)布質(zhì)量信息。同時與已建成的“全國水利建設(shè)市場信用信息平臺”聯(lián)網(wǎng)，將檢查出的質(zhì)量問題納入各生產(chǎn)經(jīng)營單位信用信息系統(tǒng)，由質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)參與信用體系評價和管理，為長江流域質(zhì)量監(jiān)督提供信息化科技保障。

混凝土養(yǎng)護(hù)及測溫：大體積混凝土采取保溫與保濕的養(yǎng)護(hù)方法，即澆筑后使用覆蓋塑料布及棉被的方法養(yǎng)護(hù)混凝土。根據(jù)外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)布置多處測溫點(diǎn)，以準(zhǔn)確監(jiān)測到澆筑體的最高溫升、里表溫差、降溫速度及環(huán)境溫度等。各點(diǎn)位布置如圖3所示。

圖3 溫度監(jiān)控點(diǎn)分布圖

在大體積混凝土澆筑的同時，按上述尺寸的要求設(shè)置了10組測溫點(diǎn)，每組測溫點(diǎn)分別沿澆筑體厚度方向依次設(shè)3個測溫點(diǎn)，共計(jì)30個測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)使用了直徑25 mm的塑料管，內(nèi)置溫度計(jì)測溫。并設(shè)專人24 h定時測溫，前兩天每2 h測量一次，之后每4 h測量一次，澆筑后第3天時測溫記錄如表1。

表1 構(gòu)架基礎(chǔ)測溫記錄

通過溫度變化監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)大體積混凝土的最高升溫出現(xiàn)在第四天，當(dāng)時暖棚內(nèi)環(huán)境溫度為28 ℃，測量孔內(nèi)最高溫度50 ℃，混凝土表層溫度39 ℃，之后陸續(xù)降溫，直至測量孔內(nèi)最高溫度降至33 ℃時停止了測溫，溫度監(jiān)控持續(xù)了8 d。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整個升、降溫速度控制在2~3 ℃/d范圍內(nèi)，暖棚內(nèi)環(huán)境溫度與混凝土實(shí)體溫差在20 ℃以內(nèi)，符合規(guī)范要求[4]。由于是冬季施工，基礎(chǔ)拆模較晚，拆模后經(jīng)對其外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)任何裂紋出現(xiàn)。

2.3 大體積混凝土基礎(chǔ)夏季施工方法及質(zhì)量控制

該工程共有3臺儲罐，其中一臺為微壓的壓力儲罐，基礎(chǔ)為圓柱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚度為2 200 mm，直徑16 000 mm。混凝土強(qiáng)度等級為C30，混凝土量為430 m3。按照施工計(jì)劃安排，施工時間為2013年7月至8月，正好處于三伏天期間，與構(gòu)一基礎(chǔ)施工方法的最大不同之處是：在做好保濕、保溫的同時，還要考慮降溫措施。因?yàn)槭┕さ沫h(huán)境溫度晝夜溫差大，日間氣溫可能達(dá)到34 ℃以上，而夜間有時不到20 ℃，這對大體積混凝土的溫度控制增加了難度，具體應(yīng)對技術(shù)措施如下：

混凝土的澆筑：結(jié)合氣溫高和混凝土水化熱大的特點(diǎn)，本次大體積混凝土的澆筑選擇在夜間進(jìn)行，依然采用整體分層連續(xù)澆筑和推移式連續(xù)澆筑相結(jié)合的施工方法，厚度控制在250~300 mm之間，并盡量縮短間歇時間，即在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢，同時配合二次振搗和及時二次抹面等工藝措施，防止基礎(chǔ)表面出現(xiàn)微裂紋，提高觀感質(zhì)量。

混凝土養(yǎng)護(hù)及測溫：基于晝夜溫差大和混凝土產(chǎn)生水化熱的原因，采取既保濕、保溫又散熱的方法。澆筑后對基礎(chǔ)外壁使用塑料布和棉被包裹，作用是保溫和保濕；再在基礎(chǔ)上表面用磚砌出150 mm的凹槽，裝入100 mm厚的水，作用是保濕、保溫和散熱。溫度控制措施如圖4所示。

圖4 溫度控制措施

通過測量水層溫度和澆筑體溫度的變化情況及時掌握大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)過程，從而達(dá)到對溫升峰值，內(nèi)外溫差、降溫速率與混凝土表面等指標(biāo)的控制。通過溫度變化監(jiān)控，本次大體積混凝土的最高升溫發(fā)生第3天，當(dāng)時環(huán)境溫度為30 ℃、水層溫度溫度為35 ℃、測量孔（測量孔套管高出水面30 mm）內(nèi)最高溫度54 ℃，之后陸續(xù)降溫，直至測量孔內(nèi)最高溫度降至35 ℃時停止了測溫，溫度監(jiān)控持續(xù)了8 d。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整個升、降溫速度均控制在2~3 ℃/d范圍內(nèi)，環(huán)境溫度、水層溫度和混凝土實(shí)體溫度的溫差均控制在20 ℃范圍以內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。由于是夏季施工，基礎(chǔ)拆模后經(jīng)對其外觀質(zhì)量進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)任何裂紋出現(xiàn),然后進(jìn)行了回填處理，理由是回填土是最佳的保護(hù)介質(zhì)，是控制早期、中期開裂的有利因素。

以上是某北方石化公司新建一套汽油質(zhì)量升級裝置中兩個極端天氣條件下大體積混凝土施工的實(shí)例。在該工程竣工驗(yàn)收時，對上述基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)度測試和綜合評定，均達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，質(zhì)量合格。該裝置已于2013年9月30日實(shí)現(xiàn)工程中交，2013年12月6日試車成功并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

3 結(jié) 論

1）對于大體積混混凝土的澆筑采取分層澆筑，連續(xù)推進(jìn)等方法可靠、可行，可以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的整體性。

2）優(yōu)化混凝土配合比，采取控制原材料、施工前后的水化熱溫升和縮小內(nèi)外溫差等工藝措施，可以有效地控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差。

3）采取保溫保濕來養(yǎng)護(hù)的措施，監(jiān)控混凝土內(nèi)部的溫升變化，將內(nèi)外溫差控制25 ℃的允許范圍內(nèi)，能夠避免混凝土有害裂縫的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

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Construction Quality Control of Large Volume Concrete Under Extreme Weather Conditions

（HQC Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006, China）

The construction quality requirement of large volume concrete foundation is strict in civil engineering foundation construction, especially under extreme weather conditions. In this paper, the construction process of large volume concrete foundation was analyzed and summarized from construction methods and quality assurance measures, in order to realize the quality objectives, safety objectives, cost objectives and schedule objectives of the project.

extreme weather; large volume concrete; construction method; quality control

TQ 178

A

1671-0460（2016）09-2134-04

2016-06-25

白寶生（1964-），男，遼寧省撫順市人，1987 年畢業(yè)于撫順大學(xué)工業(yè)與民用建筑專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工總承包施工管理工作。Tel：024-57593682，E-mail：baibaosheng@hqcec.com。