西藏地區(qū)大體積混凝土施工技術(shù)

董秧生 楊曉秋 吳克信 楊勁松 楊 政 琚宜林

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610017

西藏地區(qū)大體積混凝土施工技術(shù)

董秧生 楊曉秋 吳克信 楊勁松 楊 政 琚宜林

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610017

大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，由于體積大，水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度較高，而表面散熱較快，形成較大的表里溫差，易導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂。西藏地處我國(guó)西南邊隅，自然條件惡劣，市場(chǎng)供應(yīng)及施工技術(shù)水平較低，針對(duì)類似偏遠(yuǎn)地區(qū)，因地制宜地采用降低大體積混凝土入模溫度，設(shè)置冷卻盤管及保溫大棚，嚴(yán)密監(jiān)控大體積混凝土溫度等措施，減小大體積混凝土由于各種溫度差而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，有效地保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

西藏；大體積混凝土；施工

0 前言

大體積混凝土施工的主要技術(shù)難點(diǎn)是防止混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，而造成大體積混凝土開(kāi)裂的主要原因是干燥收縮和降溫收縮，因?yàn)榇篌w積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后，水泥水化熱量大，溫度迅速上升，通常經(jīng)3～ 5 d達(dá)到峰值，然后緩慢降溫，溫度變化產(chǎn)生體積脹縮。由于體積大，水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，溫度較高，而表面散熱較快，形成較大的表里溫差。養(yǎng)護(hù)初期，混凝土強(qiáng)度低，在較大表里溫差作用下，易導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂，形成表面裂縫；養(yǎng)護(hù)后期，混凝土隨著散熱而收縮，但由于受到基底的約束，底部混凝土內(nèi)部受拉，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土當(dāng)時(shí)齡期的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂縫，裂縫向上發(fā)展，甚至貫穿整個(gè)基礎(chǔ)。

西藏地處我國(guó)西南邊隅，自然條件惡劣，市場(chǎng)供應(yīng)及施工技術(shù)水平較低，因地制宜地采取簡(jiǎn)單可行的施工措施，保證大體積混凝土的施工質(zhì)量具有實(shí)際意義。

1 工程概況

昆侖能源西藏有限公司100×104m3/d液化天然氣項(xiàng)目西藏城市燃?xì)獠糠郑ㄒ黄诠こ蹋┙ㄔO(shè)地點(diǎn)位于拉薩市，其中天然氣站位于拉薩河與堆龍河交匯處的河谷地區(qū)，海拔3632m，年蒸發(fā)量2280mm［1］?；A(chǔ)施工季節(jié)為四月，氣候變化無(wú)常，晝夜溫差較大，晝間最高氣溫近30℃，夜間氣溫近0℃。天然氣站2 000m3儲(chǔ)罐基礎(chǔ)為圓形筏板基礎(chǔ)，直徑18m，高1.5m，混凝土量380m3，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，屬大體積混凝土。

2 儲(chǔ)罐混凝土基礎(chǔ)施工控制要點(diǎn)

a）減少外部約束；

b）在入模溫度基礎(chǔ)上溫升值不大于50℃；

c）里表溫差不大于25℃；

d）降溫速率不大于2℃/d；

e）表面與大氣溫差不大于20℃［2］。

3 施工方法

3.1 材料選用

大體積混凝土應(yīng)選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。由于西藏地區(qū)無(wú)法提供低熱水泥，外地采購(gòu)周期過(guò)長(zhǎng)，所以儲(chǔ)罐基礎(chǔ)混凝土施工只能采用普通的42.5＃硅酸鹽水泥 （3 d水化熱270 kJ/kg，7 d水化熱350 kJ/kg）［3］，混凝土中也未摻加粉煤灰或礦渣粉，為儲(chǔ)罐基礎(chǔ)混凝土施工帶來(lái)很大的難度。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)采用商品混凝土粒徑較大、級(jí)配良好的骨料，摻入適量的減水劑，增大混凝土的和易性，減少水泥用量，降低水化熱。

3.2 降低外部約束

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的外部約束主要包括地基約束、模板約束?；A(chǔ)持力層為卵石層，地基承載力400 kPa。基礎(chǔ)墊層為100mm厚C10混凝土，墊層上設(shè)置一氈一油滑動(dòng)層，減少地基對(duì)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的約束。

3.3 溫控監(jiān)測(cè)

3.3.1 測(cè)溫點(diǎn)布置

a）采用電子測(cè)溫儀測(cè)溫，在基礎(chǔ)水平方向共設(shè)三個(gè)測(cè)溫部位，分別為基礎(chǔ)中心、1/2半徑、基礎(chǔ)外側(cè)。其中基礎(chǔ)外側(cè)的測(cè)溫點(diǎn)設(shè)在基礎(chǔ)迎風(fēng)面，確保能測(cè)量到基礎(chǔ)外側(cè)的最低溫度，測(cè)溫部位布置見(jiàn)圖1；

b）在基礎(chǔ)厚度方向，每個(gè)測(cè)溫部位設(shè)3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別為基礎(chǔ)上表面、1/2厚度處、基礎(chǔ)下表面。基礎(chǔ)上、下表面的測(cè)溫點(diǎn)設(shè)在基礎(chǔ)表面以內(nèi)約50mm處，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2；

c）每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)一般設(shè)置一個(gè)測(cè)溫探頭，對(duì)于重要的測(cè)點(diǎn)（如基礎(chǔ)圓心部位1/2厚度處），可設(shè)置兩個(gè)測(cè)溫探頭。測(cè)溫探頭固定在鋼筋上，測(cè)溫探頭附近的鋼筋用塑料膠布充分包裹，避免測(cè)溫探頭與鋼筋接觸，影響測(cè)溫結(jié)果。測(cè)溫探頭安裝前，在水下1m處浸泡1 d；

d）設(shè)置專職測(cè)溫人員，測(cè)溫從基礎(chǔ)澆筑完成開(kāi)始，每日6次，分別為0：00、4：00、8：00、12：00、16：00、20：00。

3.3.2 控制溫升

為了控制混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上溫升值不大于50℃［2］，采取以下措施：

a）儲(chǔ)罐基礎(chǔ)1/22厚度處設(shè)置一層冷卻水盤管，盤管采用DN 50鋼管，水平間距0.8～1.2m，通過(guò)泵入地下水在冷卻盤管中的循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，冷卻盤管布置見(jiàn)圖1；

b）選擇夜間進(jìn)行混凝土澆筑施工，減少混凝土運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的日曬，降低混凝土的入模溫度。澆筑開(kāi)始時(shí)間為18：00，結(jié)束時(shí)間為第二天8：00?；炷翝仓陂g，平均氣溫9℃，混凝土入模平均溫度16℃；

c）加入緩凝劑，混凝土初凝時(shí)間12 h，終凝時(shí)間40 h，削平水泥水化熱峰值［3］；

d）控制澆筑速度，采用分層澆筑方式，每層厚度不大于0.3m，澆筑混凝土不超過(guò)30m3/h，保證混凝土初期水化熱能夠充分?jǐn)U散［2］。

3.3.3 控制里表溫差

里表溫差指混凝土澆筑體中心溫度與表面溫度之差，是產(chǎn)生混凝土澆筑體自約束應(yīng)力的主要原因，里表溫差不宜超過(guò)25℃［2］?；炷翝仓跗?，澆筑體中心溫度隨著水化反應(yīng)不斷增加。一般情況下，澆筑后3～4 d，中心溫度達(dá)到最高，而混凝土澆筑體表面溫度與保溫大棚的溫度密切相關(guān)，在養(yǎng)護(hù)階段，應(yīng)密切觀察儲(chǔ)罐基礎(chǔ)中心溫度及表面溫度，及時(shí)調(diào)整冷卻盤管中循環(huán)水流量及保溫大棚的加熱取暖。

3.3.4 控制降溫速率

降溫速率是指混凝土澆筑體內(nèi)部溫度達(dá)到溫升峰值后，單位時(shí)間內(nèi)溫度下降的值，降溫速率不宜大于2℃/d［2］。大體積混凝土應(yīng)盡量延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土的強(qiáng)度潛力和材料的松弛特性，利用混凝土的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到防止或控制溫度裂縫的目的。本工程采取兩個(gè)控制降溫速率的措施：一是基礎(chǔ)外側(cè)搭建保溫大棚，降低基礎(chǔ)散熱的速度；二是盡量減少冷卻盤管的循環(huán)水流量。

3.3.5 控制基礎(chǔ)表面與大氣的溫差

混凝土澆筑體表面與大氣的溫差是影響混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率的重要因素?；炷翝仓w表面溫度過(guò)低，會(huì)形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，極易產(chǎn)生裂縫，混凝土澆筑體表面與大氣的溫差不宜大于20℃［2］。拉薩氣候變化多端，晝夜溫差大，在基礎(chǔ)外側(cè)搭建保溫大棚，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)是保證基礎(chǔ)澆筑成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。保溫大棚保溫層為兩層帶膜土工布，保溫層距基礎(chǔ)側(cè)面1.5m，圓錐頂最高處高出罐基礎(chǔ)頂面1.5m。保溫大棚內(nèi)布置12臺(tái)電暖器，用于夜間加熱取暖，降低基礎(chǔ)表面與大氣的溫差，保溫大棚見(jiàn)圖2。

表1 基礎(chǔ)溫度測(cè)量記錄及養(yǎng)護(hù)措施

圖2 保溫大棚

3.4 基礎(chǔ)拆模

大體積混凝土拆模條件決定于里表溫差及大氣溫度，一般分為三種情況：

a）里表溫差小于10℃，大氣溫度大于10℃時(shí)，全部拆模；

b）里表溫差10～15℃，逐層拆模；

c）里表溫差15～20℃，基礎(chǔ)表面與大氣的溫差大于10℃時(shí)，逐層拆模［4］。

本工程地處拉薩，大氣溫度多變，參考執(zhí)行第一種拆模情況，第7天拆除保溫大棚后，連續(xù)三日，里表溫差不大于5℃，平均氣溫17℃時(shí)，第10天拆除全部模板。

3.5 基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)

基礎(chǔ)拆模后，基礎(chǔ)表面先覆蓋一層塑料薄膜，上刺小孔，再覆蓋一層土工布（不帶膜）。養(yǎng)護(hù)用水水溫與混凝土表面的溫差不大于10℃［2］，白天利用西藏日照充分的條件，用曬熱后的溫水養(yǎng)護(hù)，晚間則將水加熱后養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間，基礎(chǔ)表面一直保持濕潤(rùn)狀態(tài)［5］。專職測(cè)溫人員按時(shí)測(cè)量基礎(chǔ)中心溫度、基礎(chǔ)表面溫度、保溫棚內(nèi)溫度及氣溫，根據(jù)溫控要求及時(shí)調(diào)整冷卻盤管及電加熱器的運(yùn)行狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間共15 d，基礎(chǔ)溫度測(cè)量記錄及養(yǎng)護(hù)措施見(jiàn)表1。

4 結(jié)論

針對(duì)類似西藏等偏遠(yuǎn)地區(qū)，因地制宜地采用降低大體積混凝土入模溫度，設(shè)置冷卻盤管及保溫大棚，嚴(yán)密監(jiān)控大體積混凝土溫度等措施，減小大體積混凝土由于各種溫度差而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，有效地保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。昆侖能源西藏有限公司100× 104m3/d液化天然氣項(xiàng)目西藏城市燃?xì)獠糠郑ㄒ黄诠こ蹋┩ㄟ^(guò)采取以上措施，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)混凝土澆筑質(zhì)量?jī)?yōu)良，未出現(xiàn)任何裂縫，節(jié)省了工程投資，保證了施工工期。

［1］許 剛，高海波，彭新科，等.昆侖能源西藏有限公司液化天然氣項(xiàng)目地勘報(bào)告［Z］.敦煌：中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司青海分公司，2011.

［2］GB 50496-2009，大體積混凝土施工規(guī)范［S］.

［3］嚴(yán)勁況.淺談大體積混凝土施工技術(shù)［EB/OL］.http：//www. zhulong.com/tech/detailprof689839yt.htm，2010-9-28.

［4］孫 杰，劉 江，孫少寧.水泥強(qiáng)度物理性能檢測(cè)報(bào)告［Z］.拉薩：拉薩天創(chuàng)源商品混凝土有限責(zé)任公司，2011.

［5］GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

Technology for Mass Concrete Construction in Tibet Area

DongYangsheng，YangXiaoqiu，WuKexin，YangJinsong，YangZheng，JuYilin（China Petroleum Engineering Co.，Ltd.SouthwestCompany，Chengdu，Sichuan，610017，China）

Aftermass concrete structure is poured，hydration heatcongregated in its interior isnoteasy to emitdue to itsbulky size.High internal temperature ofmass concrete structure and fastsurface heatdissipationwill result in large temperature differencebetween itsexteriorand interior，whichwilleasily result in concrete surface cracking.Tibetis located in southwestborder area of China，where natural conditions are very poor，marketsupply and construction technology level is very low.In remote areas similar to Tibet，suchmeasures are taken according to local conditions asmass concretemolding temperature decrease，installation of cooling coils thermal insulation canopy and closemonitoring of mass concrete temperature，decreased is internalstress resulting frommass concrete temperature differences，which can effectively assure construction quality ofmassconcrete structures.

Tibet；Mass concrete；Construction

A

1006-5539（2012）02-0082-03

2011-10-21

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重點(diǎn)工程資助項(xiàng)目（Z2010-4）

董秧生（1964-），男，江蘇興化人，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，學(xué)士，主要從事油氣田土建設(shè)計(jì)與施工工作。

NGO，2012，30（2）：82～84