大型双曲线冷却塔大体积混凝土防裂施工技术.pdf

7 3 8 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 3 卷 第 8期 2 0 1 2年 8月 Vo 1 4 3 No 8 Au g 2 01 2 大型双曲线冷却塔大体积混凝土防裂施工技术 王 慧 ( 华北水利水电学院 ， 4 5 0 0 1 1 ， 郑外1 ) 摘要 ： 某大型冷却塔工程属大体积混凝土结构 ， 施工中通过优化配合 比， 合理选材 ， 安排钢筋绑扎及模板 搭设工序 ， 从浇筑混凝土到后期养护施行全过程温度控制 ， 有效控制了结构开裂 ， 提高了工程质量 。 关键词 ： 双 曲线 ； 冷却塔 ； 大体积混凝土 ； 裂缝 ； 温度控制 ； 防裂 ； 人字柱 中图分类号 ： T U 7 5 5 7 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 2 ) 0 8 0 7 3 8 0 3 ANT I C RACK C oNS T RUCT I oN T ECHNI QuE oF I AS S I VE CoNC RE TE FoR LARGE HYPERBOLI C C0OLI NG TOW ER W ANG Hu i ( N o A h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o e l e c t ri c P o w e r ， 4 5 0 0 1 1 ， Z h e n g z h o u， He N a n ，C h i n a ) Abs t r a c t ： Du r i n g c o n s t r u c t i o n o f a l a r g e c o o l i n g t o we r o f ma s s i v e c o n c r e t e s t r u c t u r e ，s t ruc t u r a l c r a c k i s e f f e c t i v e l y c o n t r o l l e d a n d e n g i n e e ri n g q u a l i t y i mp rov e d t h r o u g h o p t i mi z a t i o n o f mi x i n g p r o p o r t i o n ，r e a s o n a b l e ma t e ria l s e l e c t i o n ，a r r a n g e me n t o f c o n s t ruc t i o n s e q u e n c e f o r s t e e l b a r b i n d i n g a n d f o r mwo r k i n s t all a t i o n ，a s we l l a s wh o l e c o u r s e t e mp e r a t u r e c o n t r o l f r o m c o n c r e t e c a s t i n g t o l a t e c u rin g Ke y wo r d s： h y p e r b o l a ；c o o l i n g t o w e r ；ma s s i v e c o n c r e t e ；c r a c k；t e mp e r a t u r e c o n t r o l ；a n t i c r a c k ；h e r r i n g b o n e c o l u mn 伴随着现代建筑结构形式的日趋复杂 ，大体积混 凝土工程运用也 目渐广泛。 但在现浇连续式结构 、 地下 构筑物及设备基础等各类大体积混凝土施工过程 中， 均易因温度应力和收缩应力引起大量有害裂缝。开裂 不仅影响建筑物美观 ，严重的会危害到结构的整体性 能， 为空气 、 水和其他一些侵蚀性介质进入混凝土提供 通道 ， 从而加速混凝土的劣化 ， 降低结构的耐久性 ， 同 时也增加了维护成本 ，缩短了结构安全使用寿命。因 此 ，防止大体积混凝土结构开裂已是工程界密切关注 的技术难题 3 】 。 1工 程概 况 某市落成 的一座2 x 3 5 0 MW燃气电站内 ， 配套建造 了两座4 0 0 0 m 2 自然通风逆流式双曲线冷却塔 ， 主要包 含环形基础 、 水池 、 人字柱及环梁 、 风筒 、 塔内淋水装置 等部分 。塔体地面以上部分最大直径为7 7 3 5 8 m， 设4 0 对人字柱 ， 柱体直径5 3 0 mm。 2 配合 比设计及材料优选 2 1 精准 设计 混凝 土配合 比 混凝土配合比设计时 ， 混凝土的具体配合比 、 水灰 比、 水泥用量 、 添加剂品种及用量等必须通过试验精确 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 2 7 基金项 目： 河 南省教育厅 自然科学研究计划项 目( 2 0 1 l B 5 6 0 0 o 9 ) 作者简介 ： 王慧 ( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 河 南鹤壁人 ， 讲师 ， 国家一级注册建造师 ， e ma i l ： 8 9 7 6 7 2 5 8 5 q q t o m 确定。利用混凝土6 0 d 龄期强度 的设计理念， 在保证混 凝土具有良好工作性能的前提下 ，尽可能降低混凝土 单位用水量 ， 使水灰比不大于0 5 ， 降低砂率和坍落度 ， 合理掺用减水剂 、 膨胀剂及粉煤灰 ， 以配制出高强 、 高 效 的抗裂混凝土。 2 2优选 原材 料 水泥用量过多导致水化热释放量大是大体积混凝 土出现裂缝的重要原因之一。 在选择水泥时 ， 优先选用 水化热低 、水泥强度等级不低于4 2 5 的普通硅酸 盐水 泥 。 其铝酸三钙含量应低于8 。控制环形基础的水泥 用量不超过3 0 0 k g m 。简壁及人字柱的水泥用量不超 过3 5 0 k g m 。 骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝 对体积的8 0 8 3 。工程 中要求选择线膨胀系数小 、 岩石弹性模量较低 、 表面清洁无弱包裹层 、 连续级配良 好的骨料 。 其中， 碎石最大粒径不得大于结构最小截面 的1 4 。 主要规格为5 1 6 mm 和 1 6 3 1 5 mm， 1 7 mm的骨 料对 混凝土 的强度 影响较大 ，一般应保持 在2 0 3 6 。砂子规格为中粗砂 ， 但直径小于0 2 mm的细粉料 含量要保证在7 左右 ， 以提高混凝土 的密实性 、 耐久 性和抗裂性 ， 减小水泥用量。 2 3 掺加 粉煤 灰和外 加剂 具有优良性质的粉煤灰在一定掺量下可增加混凝 土的强度和密实度， 减少其收缩变形和泌水量 ， 降低胶 凝材料体系的水化热。高效减水剂和膨胀剂的复合使 2 0 1 2 年 8 月 王慧 ： 大型双 曲线冷却塔大体积混凝土防裂施工技术 7 3 9 用则对减少大体积混凝土单位 用水量 和胶凝材 料用 量 ， 改善新拌混凝土的工作强度 ， 降低水化热 ， 减 少内 外温差起着重要作用。工程 中适量掺加优质粉煤灰及 混凝土减水剂和膨胀剂 ， 其 中， 外加剂进厂后均按国标 批量取样进行检测试验 。其使用和存放也严格按规定 执行 。 3 施工工艺优化 主要施工工序包括 ：地基处理一环形基础施工 池壁及池底板施工一人字柱施工一上环梁施工一筒壁 施工一塔心构件吊装_ + 中央竖井及主水槽施工等 。 3 1 钢筋 绑扎 及模板 支 固 为减少施工缝处 因结合面处理不当弓 1 发的裂缝 ， 须科学安排钢筋绑扎及模板支固工序 。尽量减少施工 缝的数量 ，对人字柱及上环梁部分采用一次浇筑成型 的方案。细化钢筋网格 ， 优化模板支设工艺 ， 一次性完 成钢筋绑扎和模板支固工序 ，才能保证混凝土顺利连 续 浇筑 。 3 1 1 “ 人 ” 字柱 “ 人 ” 字柱施工前先搭设排架系统 ， 作为模板的固 定支撑体系。排架采用传统的钢管组合成适 当的高度 和截面 ， 环 向满堂布置 ， 牢固可靠 ， 能防止位移和变形 ， 保证结构侧面位置与尺寸准确无误 ( 图1 ) 。 人 ： 字 柱 1 l f 卜 钢 管 排 架 、 、 L l 缆 风 绳 | l 图 1 人字柱钢管排架 系统 人字柱模板系统选用质量优 良的定型钢模板 ， 两 片钢模扣合在一起 ， 用钢管扣件加固 ， 整体用钢架管支 撑 ， 并架设于排架上。模板缝用砂浆封堵使之不漏浆 ， 成品混凝土表面光洁 ， 避免了因局部缺陷引发 的裂缝。 为防止后期混凝土振捣时 ，振动棒窜入环向箍筋内卡 死 ， 可分段完成模板支设 ， 即混凝土浇筑一段支设一段 模板 。 因在灌注环形基础时已将柱钢筋锚入下部混凝土 内， 柱上部钢筋可与埋入的下部钢筋直接焊接连接。 但 应确保钢筋网细密有致 ， 提高混凝土的抗裂能力。 3 1 2上 环 梁 上环梁按内侧钢筋一支内模 外侧钢筋 支外模 的顺序完成钢筋绑扎工序。 上环梁底板用5 0 m m厚木模板 ，按全圆锥曲面展 开配制。内外侧模板用定型钢模板竖向排列， 每4 块模 板间嵌一楔形木条 ， 嵌缝条上钻孔并穿插 1 4 和01 2 两 道对拉螺栓以固定内外模板。内模板一次支设至环梁 高度 。外模板在钢筋绑扎完后支设( 图2 ) 。 上 环 粱 外模 内模 钢管系统 图 2上环梁模板系统 3 2采用跳仓法分段施工 冷却塔中环形基础、 水池均为大体积混凝土结构， 采用新技术跳仓法l 4 I 5 1分块浇筑 ， 可使混凝土内部热量 短距离释放 ， 从而减小温度应力和混凝土干缩值 。 环形 基础分段施工顺序如图3 所示 。 按施工规范最长段不宜 超过3 0 m的规定 ， 依据环形基础周长将其分为1 2 段 ， 依 次隔段浇筑 ，相邻两段浇筑时间确保间F K 5 d 以上 ， 各 段之间留竖向施工缝。 同时 ， 每节段内混凝土采用薄层 浇筑法 ，每层厚度控制在4 0 0 mm左右，层间向前延伸 铺设长度为3 5 13 3 ，并控制混凝土浇筑速度 ， 分层浇筑 间隔以不超过混凝土初凝时间为限，以便水化热在浇 筑过程中及时散发 。水池池壁分段浇筑时与环形基础 相对应 ， 每段环形基础上对应两段池壁。 水池底板则对 整体底板分块浇筑 图 3 环形基础混凝土跳仓浇筑 3 3 振捣及养护 施工过程中采用二次振捣以加强混凝土的振捣 ， -7 4 0 建筑技术 第 4 3卷 第 8期 即在第一次振捣完毕后，在混凝土初凝前再进行二次 振捣 ， 以增加混凝土密实度 ， 减 少混凝土内部微裂缝 ， 提高混凝土的强度和抗渗性能。 分层浇筑部位 ， 还需将 振动棒插入下层混凝土5 e m左右， 消除层间接缝 ， 振捣 上层也需在下层混凝土初凝前完成 。振捣选用插入式 振动棒 ， 抉 插慢拔 ， 插点均匀， 不漏振 ， 每点振捣时间控 制在 2 0 s 左右 。 为防止外界气温作用下混凝土 中水分蒸发过快 ， 应在混凝土浇筑完毕后立即进行养护 ，以加强对其湿 度和温度的控制。 冷却塔垫层 、 环形基础 、 底板 、 预制构 件等在混凝土初凝后采用塑料布上铺草袋洒水的保温 保湿养护法 。 当混凝土内外温差超过2 0 时， 再覆盖一 层保温材料 ， 并根据测温结果调整保温层厚度 ， 养护时 间不少于1 4 d ，浇水次数应能保持混凝土处于湿润状 态 。 风筒 、 上环梁则采用表面及时涂刷混凝土专用养生 液 形成致密保护层的方法。 养护期间的混凝土强度不 小于1 2 N mm 后 ， 才能在其上踩踏或安装模板支架。 3 4适 当处 理施 工缝 改善 约束条 件 冷却塔体积庞大，在各部分结构交界处及分段分 层施工处 ， 留设有大量水平或竖向的施工缝 。 施工缝处 理不当， 新老混凝土不能平顺衔接 ， 它们之间的约束作 用就会明显增强 ， 继而也会导致混凝土开裂。 工程中在设有水平施工缝处 ，待混凝土浇筑完并 找平0 5 1 h 内 ， 喷涂一道缓凝剂 ， 使表面混凝土的凝固 迟于内部混凝土。 待下部混凝土终凝后 ， 用压力水冲洗 掉表面未凝固的砂浆 ， 明显露出骨料 ， 使施工缝处形成 干净粗糙的表面 ， 第二次浇筑前用水冲净即可。 设有竖 向施工缝处 ， 支模时在设缝位置固定密眼钢丝网 ， 浇灌 时允许少量砂浆漏出 ，待混凝土初凝后终凝前用压力 水冲洗掉砂浆 ， 终凝后拆除钢丝网， 形成理想施工缝表 面 。 在环形基础 、水池池壁及底板各节段间以及环形 基础与底板、 人字柱等位置的施 l缆 处， 均预留了止水 条安放槽 ， 应埋设环形或十字形橡胶条止水卅【 ， 以防 止严寒气候条件下冷却塔渗水 ， 造成混凝土冻融破坏 ， 钢筋受损 。 对于高度较大的风筒部位 ， 因无法一次浇筑 完成 ， 采用翻模法施工分层浇筑混凝土。 在每节模板的 顶面 则留设了外高内低的凹凸式水平施工缝 ， 既起止 水作用， 又能使筒壁外围不出现错台。 4 全过程温度控制 4 1控 制混凝 土 浇筑温 度 混凝土原材料 的预冷却 ，不仅可降低混凝土浇筑 温度 ， 还可削减混凝土内部水化热峰值。 本工程采用预 拌混凝土 ， 在浇筑关键部位时 ， 尽量避开高温时段 ， 使 混凝土入模温度控制在2 5 c I 二 以下。 4 2加强温 度监 测 为避免温度裂缝 ，须严格控制混凝土内部的最高 温度和降温速率 ， 减小内外温差。 施工时在每段混凝土 的中间和边角位置各设1 组测温点 ， 每组分上、 中 、 下3 点埋设测温管 ， 距表层1 0 0 1 5 0 m m处必须测温 。安排 专人用电子测温仪监测温度变化 ， 升温阶段每2 h 记录 一 次 ， 降温阶段每4 h 记录一次 ， 最终获取 了各测点温 度的平均值及每天最高温度值 。 监测结果显示 ， 混凝土 内部与外界最大温差控制在2 5 以内。 5 实施结果及 建议 由于在冷却塔施工过程 中采取了一系列积极有效 的防裂措施 ， 冷却塔主体部分混凝土基本上不裂不渗 ， 无深层有害裂缝产生。 根据该工程施工经验 ， 在今后大 体积混凝土施工中提出如下建议 。 ( 1 )从源头着手严把材料关 ， 设计适用的混凝土 配合比， 优化原材料颗粒级配 ， 并适量添加粉煤灰及外 加 剂， 以提高混凝土密实性 ， 降低水化热 ， 减少温度裂 缝 。 ( 2 )结合结构特点 ， 对部分构件采用无施工缝的 一 次浇筑成型方案， 采取适当施工措施 ， 保证模板无缝 对接 ， 钢筋细密有致 ， 避免施工不当引发裂缝 。 ( 3 )从控制混凝土入模温度 、 分段分层浇筑 、 进行 保温保湿或养生液养护及二次振捣到后期温度监测 ， 全过程施行温度控制措施 ，可较大程度避免有害温度 裂缝及收缩裂缝的产生。 ( 4 )在必要的施工缝处 ， 可通过面层处理保障新 老混凝土的平顺衔接 ， 减少约束效应下的裂缝 ， 并通过 埋设橡胶止水带及错层处理等方法 ， 防止结构渗漏。 参考文献 1 陈 昌平， 刘显刚大连造船厂新建3 0 万t 船坞大体积混凝 土防裂技 术 措施 J 大连大学学报， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 2 ) ： 4 3 - 4 6 2 查进葛， 新民， 曾艳， 等 野三河大桥主墩底 座高强大体积 混凝土防 裂施工技术 J 武汉理 工学报， 2 0 0 7 ， 3 1 ( 6 ) ：1 0 0 6 1 0 0 9 3 叶以挺， 李 东， 郑伟敏 超长地下 工程大体积混凝 土温控抗 裂技术 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ：1 1 3 - 1 1 5 4 高芳胜， 杨 琳， 尤立峰， 等 跳仓法施工新技术 J 建筑技术， 2 0 1 1 ,4 2 f 5 ) ： 4 3 1 - 4 3 5 5 周杰， 石淑媛 发 电厂冷却塔环基施 工裂缝温度控制措施 J 安徽 建筑， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 3 8 - - 4 0 6 D I T 5 2 1 0 1 2 0 0 5 ， 电力建设施 工质量验收及评定规程 I S 7 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质量验收规范I S 8 刘树 国 冷却塔风 筒施工缝止水 措施探讨 J 北京电力 高等 专科 学校学报。 2 0 1 0 ( 8 ) ： 9 9 1 0 0