大体积混凝土在超高超跨坝体施工条件下的质量控制

魏臻 李浩 何兴 林行

[摘  要]：大体积混凝土一般情况下需要保证较好的和易性并控制水化热而保证结构实体质量，文章基于超高超跨的大体积混凝土浇筑背景。并通过对配合比进行优化，在确定外加剂数量及质量前提下分析出可行的浇筑方式，并对浇筑完成后的结构稳定措施在基于侧向应力的情况下进行保证。从而对超高超跨坝体混凝土施工事前、事中、事后进行了全面的质量控制。

[关键词]：大体积混凝土; 超高超跨; 质量控制

TU755.6+7B

混凝土在建设工程中是常用的建筑材料，确保混凝土的质量不仅在于搅拌工艺、运输组织、浇筑方式上，更体现于材料配合比及外加剂辅助作用对混凝土初凝、终凝和水化热的控制，在混凝土失去塑性时间和结构裂缝控制2个方面的把控，对最终结构成型质量有直接影响。大体积混凝土施工中的温度控制是保证施工质量的前提。现浇大体积混凝土多见于筏板基础、换填地基、设备基础等结构中。对于超高超跨坝体大体积混凝土的施工工艺，国内外常采用“积木式错台嵌填”方式分块浇筑。

在武隆仙女山机场项目施工过程中，为保证道槽区影响范围内土石方作业的正常施工开展，需要在跑道南侧的V字型山谷内修筑一个基坑深度20 m，坝主体高度40 m（合计60 m高），坝体跨度132 m的大型混凝土挡土坝结构以抵抗道槽区土石方压力（图1），本文以此为背景，且在施工现场无法泵送混凝土的前提下，探索一种满足现场条件的浇筑方式且不造成混凝土离析，确保结构质量达标的施工工艺。主要是浇筑方法、材料配合比、温度控制3方面的质量保证措施，形成一套完整的施工工艺。

1 浇筑方法选择

现浇混凝土输送方式主要有泵送、塔吊运输、梭槽。根据混凝土标号、运输距离、运输高度等综合考虑其和易性。浇筑的顺序为自上而下浇筑。首先对C25/C30 2个标号混凝土进行分组，同时对不同运输方式进行分析，并通过实验验证其技术指标的可行性。最后根据现场实际情况在考虑综合经济效益的情况下，采取最合理的一种运输方式。

1.1 滑轮吊装漏斗浇筑

采用该种方式需要完成水平距離45 m、垂直距离70 m左右的运输准备。在根据现场情况准备斜跨钢缆安装后，完成一次漏斗装料和放料过程，需要7.5 min。漏斗容量0.8 m3。每一浇筑块平均体积为1 200 m3。需要187.5 h。按最理想状态等节奏流水施工组织，每次混凝土浇筑的施工间歇为96 h，当浇筑14次后，自由时差可以最放大至48 h。利用施工间歇和自由时差作为混凝土前期养护时间以提升强度，最大可至144 h。小于187.5 h。故采用该种方式进行混凝土浇筑工期不能满足要求。

1.2 泵送混凝土浇筑

采用泵送混凝土，较之于吊装漏斗分析，可以大大提升浇筑速度。但是由于施工现场条件为从上至下进行混凝土浇筑。混凝土为C25和C30。对浇筑高度超过80 m的现场情况，到达浇筑点混凝土的和易性必须满足较好的要求（未离析的情况下塌落度满足100～145 mm），在保证水灰比为0.65～0.56的前提下，进行粗骨料集配调整。发现最终混凝土的和易性并不理想。同时现场取样后的7 d和28 d强度并不能满足标养要求且仅能达到设计值的85%～90%，为保证施工质量，不采用该浇筑方式。

1.3 梭槽自卸式浇筑

采用梭槽自卸式浇筑，根据现场高跨比计算出的坡度，可以达到28%～45%。在塌落度达到120 mm以上时，根据现场试验能够满足混凝土自卸。故采用梭槽自卸式浇筑。但由于梭槽长度较长，对于水泥浆的流失和水分蒸发有一定影响。故在满足最佳配合比、粗骨料集配、最低塌落度要求的前提下，对外加剂种类、数量进行了多次试验，确定一种最优复合外加剂以满足现场要求。对输送高度及塌落度影响数据分析见图2、图3;同时，对输送高度及和易性进影响数据分析见图4、图5。

根据以上数据分析，当采用3种复合外加剂，且在满足浇筑高度和长度的情况下，效果最佳。故对3种外加剂进行试验，配置出最佳配合比，用于现场混凝土的搅拌。

2 混凝土配合比确定

在确定了用梭槽进行长距离运输且保证混凝土和易性的情况下，选择最优配合比的首要考虑因素，既保证混凝土最终终凝后的强度，又有合理的材料成本。根据施工现场浇筑时期的温度情况进行数据统计并作出科学的配合比，拌制出最适用的混凝土，保证施工质量（表1、表2）。

建筑设备与建筑材料魏臻， 李浩， 何兴， 等： 大体积混凝土在超高超跨坝体施工条件下的质量控制根据试验，每1 m3混凝土在外加剂总量保证6.12 kg前提下：

（1）C25混凝土按减水剂3.2 kg，泵送剂1.7 kg，引气剂1.22 kg的配置下（总含量占比1.8%），能达到图2、图3中虚线的最佳状态。

（2）C30混凝土按减水剂3.25 kg，泵送剂1.6 kg，引气剂1.27 kg的配置下（总含量占比1.8%），能达到图4、图5中虚线的最佳状态。

3 施工顺序安排

施工现场为V字型下嵌式山凹地形。北侧最高点为92.7 m，南侧最高点为76.3 m，南北高差为16.4 m，两端均可布置嵌体式输送管，为保证坝体基础均匀承受南北两侧的荷载且不发生水平位移，采用南北侧同时浇筑混凝土。在两侧山体做好输送管道和梭槽后，自下而上，自宽而窄进行。在浇筑过程中，采用跳仓法进行施工，为尽量减少施工缝对结构整体性的影响，对终凝后混凝土面进行凿毛处理，施工前对混凝土面充分浇水冲刷，确保新老混凝土粘接良好。并根据浇筑时间和混凝土搅拌能力以及施工工效进行仓位工程量分析。

3.1 跳仓错台浇筑及温度控制

施工前，对现场作业面的施工工效及流水施工上、下工序总时差作了基本计算。决定采用长（20～26.5 m）×宽（30～35 m）×高（1.5～1.8 m）的尺寸进行分仓。对水化热进行控制。实际平均每次浇筑混凝土方量为：22×32×1.6=1126.4 m3。

Q=K·Q0

式中：Q为胶凝材料水化热总量;K为粉煤灰参合料调整系数;Q0为水泥水化热总量，取375 kJ/kg。

根据表1、表2中，计算得出粉煤灰含量值B：

B=80/（260+80+850）+（312+728）+170+6.12=3.32%

本工程配合比粉煤占比为B=3.32%，K值取0.975。

Q=375×0.975=365.630 kJ/kg

T=365.63×280×0.00027=28.438 ℃

T为1 m3混凝土释放的水化热转为混凝土内部温度为28.438 ℃。

针对每一仓块混凝土体内温度的降温措施，我们采用循环冷却水进行降温。循环水管为直径10 mmPVC管，按1 m3混凝土4 m长度布置。这种方式的降温措施能保证混凝土在终凝前所发生的水化热温度得到控制，使得每1 m3混凝土终凝前最高温度控制在28.438 ℃以内，基本测量（取平均值为28.2 ℃），即T1=28.2 ℃，混凝土表面温度为20.5～23.5 ℃（取平均温度为22 ℃）即T2=22 ℃;凝土结构外大气温度为11.5 ℃（取混凝土结构施工最繁忙期平均温度）即T3=11.5 ℃。

根据规范要求：T1-T2≤25 ℃，T2-T3≤20 ℃

项目实测情况：T1-T2=6.2 ℃，T2-T3= 10.5 ℃

温控措施有效防止了混凝土內部不均匀裂缝及外部龟裂，保证了混凝土的成型质量。

3.2 新旧混凝土粘结措施

由于跳仓法本身是为了保证各混凝土独立仓的填筑，为保证嵌入成型效果更好，对每一仓混凝土终凝后，其暴露面（侧面和顶面）均采用凿毛的施工工艺进行处理，另外对宽度加宽部位采用预埋连接钢筋方式。对双侧面和顶面3个面交接的独立仓，根据当日填仓浇筑气温，采取涂刷1∶2.5水泥砂浆一道。确保在进行流水施工时，每仓混凝土粘结效果更好。

3.3 成型混凝土附加荷载稳定措施

在先期混凝土浇筑成型后，对同条件混凝土试块和实体结构回弹14～28 d强度进行测定（表3）。

在满足设计要求强度80%以上，对坝体填土面进行土方回填，以保证坝体基础不发生位移。根据现场实体结构检测和同条件试块检测“双指标”测定，在龄期达到20 d后，能满足结构侧向应力受力要求。由于坝体填土面坡度为1∶0.15。在迎土面超过±0.00后，按每施工6.5 m进行土方回填，按虚铺厚度50 cm进行，并分层回填碾压，碾压周期以每层虚铺厚度接触混凝土结构面20 d以上为间隔，以保证侧压力对结构的影响最小，直至坝顶（图6）。

4 结束语

针对大体积混凝土施工，控制水化热防止结构内部裂缝的方式很多，但是在超高、超跨的施工条件下，既要保证混凝土的最终的和易性又要保证终凝时结构质量，需要对材料配合比、输送方式及温控措施3方面进行研究。本文以3种外加剂作为配合比参配指标保证了超高、超跨条件下的混凝土施工的质量控制，以传统的循环水降温保证了混凝土结构的质量控制。

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