鄒鵬飛ZOU Peng-fei；強(qiáng)晟QIANG Sheng

（①寧波市水利工程質(zhì)量安全管理中心，寧波 315032；②河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098）

0 引言

普通混凝土單元工程質(zhì)量評(píng)定分為基礎(chǔ)面或施工縫處理、模板安裝、鋼筋制作及安裝、預(yù)埋件（止水、伸縮縫等）制作及安裝、混凝土澆筑（含養(yǎng)護(hù)、脫模）、外觀質(zhì)量檢查等6 個(gè)工序，其中鋼筋制作及安裝、混凝土澆筑（含養(yǎng)護(hù)、脫模）工序宜為主要工序[1]。

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸不小于1m 的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因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[2]。不同的施工方法對(duì)改善大體積混凝土溫度場及應(yīng)力場具有一定作用，其中設(shè)置后澆帶是大體積薄壁結(jié)構(gòu)常用的防裂手段之一。

與普通混凝土相比，泵站底板設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土單元工程的質(zhì)量評(píng)定有幾個(gè)特點(diǎn)：

①大體積混凝土應(yīng)采用能有利于降低混凝土絕熱溫升的原材料、技術(shù)參數(shù)等，例如混凝土標(biāo)號(hào)、齡期、配合比、外加劑等。

②后澆帶作為稍后澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)，周邊混凝土結(jié)構(gòu)澆筑已完成，無需再與已澆塊相鄰側(cè)安裝模板，可按施工縫的標(biāo)準(zhǔn)處理。同時(shí)后澆帶混凝土澆筑時(shí)間較先澆塊的間隔不得大于7d[2]。

③后澆帶結(jié)構(gòu)內(nèi)部配置的鋼筋是隨著先澆塊混凝土施工完成而制作與安裝完成的，在后澆帶混凝土澆筑前，須保證配置的鋼筋滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求，消除已產(chǎn)生的不利影響。

④為便于大體積混凝土澆筑施工的順利進(jìn)行及質(zhì)量控制，后澆帶多設(shè)置在無預(yù)埋件或預(yù)埋件少的部位，且可能要考慮預(yù)埋件穿插在先澆塊與后澆帶之間的情況。

⑤大體積混凝土澆筑有溫度控制要求，故設(shè)計(jì)應(yīng)提出具體的澆筑溫度要求。要明確不同季節(jié)混凝土澆筑時(shí)的入倉溫度，混凝土入模溫度宜控制在5～30℃[2]。同時(shí)要保證混凝土的供應(yīng)能力滿足連續(xù)施工的需求。

⑥大體積混凝土應(yīng)采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)，拆模時(shí)間即要滿足強(qiáng)度要求，又要滿足溫控要求。

⑦大體積混凝土易產(chǎn)生有害裂縫，故對(duì)外觀裂縫的檢查顯得尤為重要且標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土可有效降低有害裂縫的產(chǎn)生。

設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土單元工程的施工質(zhì)量評(píng)定有其特殊性，本文結(jié)合華東地區(qū)某泵站底板設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土澆筑施工的工程實(shí)例的深入研究，對(duì)設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土單元工程的施工質(zhì)量評(píng)定進(jìn)行了探討。

1 工程實(shí)例

華東地區(qū)某大（二）型泵站設(shè)計(jì)流量150m3/s，平行布置4 臺(tái)單泵37.5m3/s 的豎井貫流泵，站身采用整體式C30鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，底板不分縫。泵站泵房結(jié)構(gòu)段三個(gè)方向主要特征尺寸為：

平面垂直水流方向：泵房總寬度45.20m，布置4 臺(tái)水泵機(jī)組，水泵機(jī)組軸間距11m，機(jī)組間由墩墻隔開。上游進(jìn)水口流道凈寬9m，中間采用厚1m 的導(dǎo)流墩分隔，單孔流道凈寬4m，機(jī)組之間隔墩厚2m，河岸側(cè)邊墩厚1.60m；下游側(cè)出水口流道凈寬8m，中間采用厚1.10m 的導(dǎo)流墩分隔，單孔流道凈寬3.45m，機(jī)組之間隔墩厚3m，河岸側(cè)邊墩厚2.10m。

平面順?biāo)鞣较颍赫旧砜傞L度47.40m。上游側(cè)進(jìn)水流道長度18.90m（包含電機(jī)井），下游側(cè)出水流道長度24m。

高度方向：本泵站為單向排澇泵站，上游側(cè)進(jìn)水流道底板面高程-6.00m，下游側(cè)出水流道底板面高程-5.70m，站身底板厚2.30m～3.98m。水泵葉輪中心線高程-3.40m，站身上部設(shè)廠房，廠房工作間頂面高程3.60m。

本工程泵站底板、墩墻身、進(jìn)水池清污機(jī)橋段底板、泵房±0.00 頂板等結(jié)構(gòu)屬大體積混凝土范疇，同時(shí)底板基礎(chǔ)為深入弱風(fēng)化基巖鉆孔灌注樁，對(duì)底板有一定的約束。為避免或減輕泵站混凝土產(chǎn)生開裂的風(fēng)險(xiǎn)，研究泵站結(jié)構(gòu)最佳溫控方案，經(jīng)多種方案計(jì)算比較分析，參建單位最終采取設(shè)置后澆帶、冷卻水管降溫以及必要的外部保溫措施，同時(shí)優(yōu)化混凝土配合比、摻入外加劑等方案來控制泵站大體積混凝土的澆筑質(zhì)量。對(duì)此方案進(jìn)行了精細(xì)化數(shù)值仿真計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)澆筑質(zhì)量控制措施進(jìn)行了量化。

2 設(shè)置后澆帶的泵站結(jié)構(gòu)精細(xì)化數(shù)值仿真計(jì)算

為研究泵站結(jié)構(gòu)混凝土施工期溫度場和應(yīng)力場，涉及荷載主要為混凝土自重及變溫荷載，計(jì)算邊界：泵站上游方向地基尺寸與底板尺寸相同，不向外延伸；泵站左右岸方向地基尺寸與底板尺寸相同，不向外延伸；泵站豎直方向地基向下延伸至樁基承載面弱風(fēng)化基巖面。

有限元模型整體坐標(biāo)系：順?biāo)鞣较驗(yàn)閄 軸，指向下游為正，起點(diǎn)位于底板上游邊界，豎直方向?yàn)閅 軸，向上為正，采用高程表達(dá)；橫河向?yàn)閆 軸，指向右岸為正，起點(diǎn)位于右岸邊墻。

溫度場仿真計(jì)算時(shí)，假定計(jì)算域內(nèi)地基的四周和底面為絕熱邊界，上表面為散熱邊界。泵站結(jié)構(gòu)外表面均為散熱邊界。

應(yīng)力場仿真計(jì)算中，地基的四周和底面施加法向約束，上表面為自由邊界，結(jié)構(gòu)永久縫面為自由邊界，其他表面為自由邊界。

將泵站進(jìn)行建模和仿真計(jì)算，通過合理的邊界條件進(jìn)行模擬。其中不設(shè)置后澆帶及相關(guān)溫控措施的模型總單元數(shù)為229833 個(gè)；設(shè)置0.8m 寬后澆帶，冷卻水管及表面保溫，模型總單元數(shù)為311826 個(gè)[3]。（不）設(shè)置后澆帶有限元模型如圖1 與圖2。

圖1 不設(shè)置后澆帶有限元網(wǎng)格圖

圖2 設(shè)置后澆帶有限元網(wǎng)格圖

底板在1 月份澆筑，在環(huán)境溫度較低的條件下，混凝土的水化反應(yīng)不充分，故水化放熱量小。由計(jì)算結(jié)果圖3和圖4 可見，在水管冷卻措施作用下，底板內(nèi)部混凝土內(nèi)部最高溫度為45.0℃，大部分區(qū)域最高溫度在40～43℃。底板基本都在2d 左右達(dá)到溫度峰值，在木模板拆除后，在水管冷卻的作用下內(nèi)部溫度降低，內(nèi)外溫差控制較好，底板未出現(xiàn)早齡期拉應(yīng)力超標(biāo)現(xiàn)象。

圖3 泵站底板內(nèi)部測點(diǎn)溫度擬合曲線圖

圖4 泵站底板表面測點(diǎn)溫度擬合曲線圖

在應(yīng)力方面，由表1 可見，早期底板拉應(yīng)力主要發(fā)生在底板外表面，后期表面部分逐步變?yōu)閴簯?yīng)力，內(nèi)部逐步變?yōu)槔瓚?yīng)力。早期底板表面拉應(yīng)力值不超過1.10MPa，后期隨著內(nèi)部溫度降低，底板內(nèi)部拉應(yīng)力有所增加，大部分區(qū)域的主拉應(yīng)力值不超過1.50MPa。下游側(cè)底板靠近后澆帶底部角點(diǎn)處由于應(yīng)力集中引導(dǎo)致拉應(yīng)力較大，最大值達(dá)到2.30MPa，但區(qū)域較小，拉應(yīng)力超過2.00MPa 的局限在0.12m 范圍內(nèi)，僅在此范圍內(nèi)采取局部措施即可。

表1 底板不同時(shí)段的最大拉應(yīng)力值及位置

經(jīng)對(duì)泵站結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，泵站混凝土施工采取設(shè)置后澆帶、冷卻水管降溫及采用必要的外部保溫措施可滿足大體積混凝土澆筑時(shí)的溫控要求。具體為后澆帶寬度80cm、冷卻水管間距1m×1m、通水流量3m3/h 及通水時(shí)間14d，側(cè)面和頂面采用保溫措施。

3 混凝土質(zhì)量評(píng)定控制要點(diǎn)

①為有效降低混凝土的絕熱溫升，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了專題研究，以確保其可行性。較常規(guī)混凝土相比，本工程混凝土配合比的特別處體現(xiàn)在：采用中熱硅酸鹽水泥；摻加粉煤灰，以降低水化熱提高抗?jié)B性能；摻加S95 港新礦粉，以減少水泥摻量，降低水化熱并增加混凝土的和易性與抗裂性；摻入具有減水、引氣、防滲、抗凍、緩凝、泵送等綜合性能的ZWI-A-IX 外加劑，可減少水泥用量，降低水化熱；摻加改性聚丙烯纖維，增加混凝土的抗裂性[4]。

施工期間根據(jù)天氣及材料等實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整控制混凝土水灰比在0.5 左右，控制混凝土坍落度在150±30mm，且雨天施工時(shí)采用有效遮擋。

②泵房底板按照設(shè)計(jì)后澆帶位置劃分為4 塊：底板1區(qū)（東北角）、底板2 區(qū)（東南角）、底板3 區(qū)（西南角）、底板4 區(qū)（西北角）。泵房底板長47.40m，寬45.20m。中間縱橫平行中軸線后澆帶寬度0.8m，通長布置。

泵房基礎(chǔ)底板澆筑次序：1 區(qū)→2 區(qū)→3 區(qū)→4 區(qū)。1區(qū)澆筑時(shí)間為2018 年1 月16 日，每區(qū)塊澆筑時(shí)間間隔為4d。底板后澆帶根據(jù)先澆塊的進(jìn)度依次澆筑完成。

墩墻身澆筑次序：邊墩1（北側(cè)）→邊墩2（南側(cè)）→中墩1（北側(cè)）→中墩2（中間）→中墩3（南側(cè)）。每個(gè)墩墻身混凝土一次性澆筑完成。澆筑時(shí)間為2018 年4 月10 日。

清污機(jī)橋底板澆筑時(shí)間為2018 年4 月5 日，一次性連續(xù)澆筑完成。

泵房±0.00 頂板澆筑時(shí)間為2018 年5 月1 日，一次性連續(xù)澆筑完成。

③混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，間距1m×1m、通水流量3m3/h 及通水時(shí)間14d，通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，減小內(nèi)表溫差，控制混凝土內(nèi)外溫差小于20℃?；炷林行臏囟群突炷帘砻鏈囟戎畈淮笥?5℃，混凝土表面溫度與大氣溫度之差不大于20℃。通過測溫點(diǎn)測量，掌握內(nèi)部各測點(diǎn)溫度變化，以便及時(shí)調(diào)整冷卻水的流量，控制溫差。

④底板單塊區(qū)域內(nèi)的混凝土采取斜面分層、依次推進(jìn)、整體澆筑的方法，使每次疊合層面的澆筑時(shí)間間隔不大于3h，小于混凝土的終凝時(shí)間（已摻加有緩凝劑作用的外加劑），施工過程中，不得因人員、機(jī)械等原因停止施工或在混凝土終凝前再次留施工縫。

⑤底板混凝土澆筑前，對(duì)模板安裝定位、鋼筋綁扎、冷卻水管、測溫管、預(yù)埋件、預(yù)埋管線、預(yù)留孔洞進(jìn)行交接檢查并經(jīng)監(jiān)理及相關(guān)單位驗(yàn)收。后澆帶混凝土澆筑前，尤其要保證已綁扎好的鋼筋杜絕變形、偏位、走動(dòng)等現(xiàn)象，鋼筋、預(yù)留孔洞等質(zhì)量滿足要求。墩墻身混凝土按單個(gè)采取分層循環(huán)澆筑。控制混凝土的入模溫度不超過15℃（環(huán)境平均溫度為8℃）。

⑥混凝土養(yǎng)護(hù)：混凝土成型后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。底板及墩墻側(cè)模暫不拆除，頂面混凝土澆筑完成后及時(shí)灑水，在澆筑12h 后覆蓋一層塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋一層阻燃草簾（根據(jù)需要增減），草簾上部再覆蓋一層黑心棉氈，以保證混凝土內(nèi)外溫差不超過20℃。養(yǎng)護(hù)材料待混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后方可拆除。拆除時(shí)，混凝土表面溫度與環(huán)境溫差要小于20℃。

⑦為保證混凝土澆筑過程中的質(zhì)量控制及措施及時(shí)有效，根據(jù)基坑底板及墩墻身的外形特點(diǎn)共布置了55 個(gè)棒式溫度計(jì)的測溫點(diǎn)，即底板4 個(gè)區(qū)塊、墩墻身5 個(gè)區(qū)塊、清污機(jī)橋底1 個(gè)區(qū)塊、泵房±0.00 頂板1 個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊均勻布設(shè)5 個(gè)測溫點(diǎn)，每個(gè)測溫點(diǎn)分為上、中、下三個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)點(diǎn)。待混凝土內(nèi)部溫度與外表達(dá)到一致后，采用M30水泥砂漿澆灌密實(shí)封閉測溫孔。

以上措施確保了模板制作及安裝工序中預(yù)留孔、洞等的質(zhì)量要求；鋼筋制作及安裝工序中對(duì)鋼筋制安的質(zhì)量要求；達(dá)到混凝土澆筑工序中入倉混凝土料的質(zhì)量要求，澆筑溫度滿足設(shè)計(jì)要求，滿足大體積混凝土養(yǎng)護(hù)方面的高標(biāo)準(zhǔn)；后澆帶混凝土澆筑時(shí)間間隔滿足規(guī)范的最低要求；外觀質(zhì)量檢查工序中表面裂縫符合設(shè)計(jì)要求，未發(fā)現(xiàn)肉眼明顯可見的裂縫。

本工程泵站底板、墩墻身、進(jìn)水池清污機(jī)橋段底板、泵房±0.00 頂板等結(jié)構(gòu)的大體積混凝土單元工程共51 個(gè)。施工完成后，經(jīng)施工單位自評(píng)、監(jiān)理單位復(fù)核，單元工程質(zhì)量全部合格，其中優(yōu)良48 個(gè)，優(yōu)良率94.1%，質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

與普通混凝土相比，大體積混凝土工程的質(zhì)量控制及質(zhì)量評(píng)定有其特殊性。本文結(jié)合華東地區(qū)某泵站底板設(shè)置了后澆帶的大體積混凝土澆筑施工的工程實(shí)例，針對(duì)設(shè)置后澆帶、冷卻水管降溫以及必要的外部保溫措施，同時(shí)優(yōu)化混凝土配合比、摻入外加劑等方案的大體積混凝土單元工程質(zhì)量評(píng)定得出以下幾點(diǎn)體會(huì)：①泵站底板等大體積混凝土工程施工中設(shè)置后澆帶，對(duì)大體積薄壁結(jié)構(gòu)防裂效果是顯著的；②在后澆帶混凝土施工前重點(diǎn)關(guān)注該部位預(yù)留孔、洞的尺寸及位置要滿足設(shè)計(jì)要求，杜絕鋼筋變形、偏位、走動(dòng)等不良現(xiàn)象；③后澆帶混凝土澆筑時(shí)間較先澆塊的時(shí)間間隔不能太長，規(guī)范要求不得大于7d；④入倉混凝土料的質(zhì)量要求較高，須進(jìn)行配合比試驗(yàn)。一般采用中熱硅酸鹽水泥，摻入粉煤灰、礦粉、外加劑等，以達(dá)到減少水泥摻量，降低水化熱，增加混凝土抗裂性能的目的；⑤混凝土澆筑時(shí)要滿足溫控方面的要求，即有不同季節(jié)混凝土澆筑時(shí)的入倉溫度，又有混凝土入模溫度的要求；⑥大體積混凝土養(yǎng)護(hù)方面的要求較高，即要關(guān)注混凝土表面溫度與環(huán)境溫度間的差值，又要關(guān)注混凝土表面溫度與體內(nèi)溫度差的范圍；⑦混凝土外觀質(zhì)量檢查時(shí)要特別關(guān)注表面裂縫情況，沒有或少有肉眼明顯可見裂縫的情況較好。