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1、三峡永久船闸地下输水系统混凝土温控标准及防止裂缝措施朱文华 陈燕和（三联总公司 湖北 宜昌 三峡） 摘 要本文阐述了三峡永久船闸地下输水系统混凝土温控措施、标准和调整过程，以及采取将混凝土设计龄期由28天调整为90天，分段长度由12m缩短至8m等措施，有效地避免和减少了混凝土裂缝的产生，为国内其它地下工程的温控措施、标准及防裂措施提供了很好的参考价值。关键词地下工程 温控试验 标准 防止裂缝措施1概述三峡永久船闸地下输水系统工程由南坡、中隔墩、北坡三条输水隧洞和36条竖井组成。隧洞总长度为5296m，竖井总长度为2173m，衬砌混凝土总工程量为45万m3。衬砌混凝土主要为泵送混凝土，设计标号为
2、二级配R28300，抗冻、抗渗标号分别为D150 、S8。输水隧洞标准段衬砌分段长度为12m，衬砌厚度为0.6m1.0m，设计允许混凝土最高温度为3436以内。为满足混凝土允许最高温度，设计规定衬砌混凝土在410月浇筑时，浇筑温度控制在1618（68月取低值）以内，11月至次年3月可自然入仓。1999年混凝土施工初期有相当部分结构段在二分之一长度附近产生了裂缝，为研究较为合理的温控标准和温控措施，以避免和减少温度裂缝，三联公司先后在中六平洞、北六竖井以及北一延长段埋设了观测仪器。本文具体阐述了根据观测分析成果，提出的新的温控措施、标准及防止裂缝措施，并成功地付诸了实践。施工实践证明这些措施是相
3、当有效的，基本上避免了混凝土温度裂缝的产生，达到了预期的目的。2温控标准、措施的调整混凝土施工初期，温度控制的标准是依据三峡工程永久船闸地下工程混凝土施工技术要求。具体要求是输水系统混凝土温度设计允许混凝土最高温度为3436以内，为满足混凝土允许最高温度，设计提出衬砌混凝土410月浇筑时，浇筑温度控制在1618（68月取低值）以内，11月至次年3月混凝土可自然入仓。在混凝土施工过程中，混凝土温度控制也是按照以上要求严格执行的。为保证混凝土的施工质量，了解永久船闸地下输水系统混凝土实际的温升情况，1999年4月按业主和监理的要求，在M136块顶拱和N136集水井侧墙两部位衬砌混凝土浇筑过程中埋设
4、温度计，实测混凝土温升。M136块顶拱(R28300)为低温混凝土浇筑，出机口温度按14控制，浇筑温度按设计提出的1618控制；N136(R28350)集水井为常温浇筑，浇筑温度小于28。具体观测结果见（表1）。M136、N136测温结果 表1部位出机口温度 浇筑温度 实测最 高温度 设计允许 最高温度 超温 实测设计要求M1368.7(11次)12.1(11次)161852.85(中)343616.8518.85N13624.5(3次)27.1(3次)/54.25(中)343618.2520.25 从观测资料看, M136块顶拱出机口温度为8.7（小于14），浇筑温度为12.1，小于设计提出
5、的1618，均达到了设计要求。但实测混凝土最高温度为52.85，还是远远的超出设计允许最高温度3436；N136块浇筑温度为27.1，小于水工规范提出的28，实测混凝土最高温度54.25，超出设计允许最高温度3436，这表明混凝土最高温度超过设计允许最高温度。经初步分析，主要原因是混凝土设计龄期为R28300（泵送），混凝土标号高，水泥用量大，混凝土温升高。尽管采用低温混凝土，标准段衬砌厚度为0.6m1.0m，属薄壁结构，散热快，但混凝土温度还是超过设计允许最高温度。针对此情况，设计研究后决定，地下隧洞标准段和竖井段衬砌混凝土最高允许温度可不做为温度控制标准，控制泵送混凝土出机口温度为1214
6、，浇筑温度按1820控制。竖井浇筑温度宜与地面混凝土标准一致，即出机口温度为12，浇筑温度为18。3混凝土温控试验永久船闸输水系统属地下工程，标准段衬砌厚度为0.6m1.0m，混凝土受围岩约束强，混凝土标号高，水泥用量大，故混凝土温升高。根据现场已浇筑的衬砌混凝土巡视检查，施工初期有不少的结构段在边墙部位早期（即10d以内）就产生了不同程度的贯穿性裂缝，裂缝部位一般在结构块长度二分之一附近，垂直洞轴线沿边墙向顶拱发展。为了研究输水隧洞温度与应力分布规律，得出较为合理的温控标准和温控措施，以避免和减少温度裂缝，特别是危害性贯穿裂缝。经建设四方共同研究决定，在输水隧洞内第NY9和第NY10两个结构
7、段进行浇筑温控混凝土和浇筑温度25混凝土试验。试验由三联公司实施，监理、业主单位共同协作进行，理论分析由武汉水利电力大学进行。通过对近半年的观测结果进行的理论分析，综合材料性能试验以及现场裂缝发生与发展情况看，早期混凝土产生裂缝的主要原因是水泥水化热温升后迅速的温降产生的拉应力超过允许抗拉强度。4防止裂缝采取的措施通过以上分析，并结合地下工程的实际施工情况，防止裂缝特别是贯穿性裂缝，采取了以下防裂措施。4.1混凝土设计龄期调整为有效的减少水泥用量，降低水化热，从而减小混凝土温升。根据永久船闸结构混凝土承受设计荷载时间均在一年以后，可以利用混凝土的后期强度这一特点，将混凝土的设计龄期从28天调整
8、为90天，同时掺加20%的粉煤灰。混凝土配合比调整是在原配合比试验资料的基础上进行调整的，混凝土强度保证率及配制强度等相关参数保持不变，调整前、后的配合比（见表2）调整前、后施工配合比 表2混凝土级配混凝土 标号W/CF%Sp %M-II %DH9 0/万W kg/m3Ckg/m3Fkg/m3C+Fkg/m3备注二R283000.420410.60.2514529073363调整前二R903000.4520430.60.2514024962311调整后4.1.1混凝土配合比调整前后绝热温升比 水泥水化热检验试验时，粉煤灰采用珞璜灰，水泥用华新中热525硅酸盐水泥。水泥水化热检验结果见表3水泥水
9、化热检验结果表 表3珞璜灰（%）外加剂品种及掺量（%）水化热（kJ/kg）1d2d3d4d5d6d7d015720423425627028128720JM-II 0.843121160181193201207 由计算结果表4可以看出，输水隧洞混凝土的绝热温升在调整前后变化明显，3天和7天的混凝土绝热温升分别降低3.6和4.6，节约胶凝材料48kg/m3。混凝土配合比调整后，技术、经济效果明显。混凝土绝热温升计算结果表 表4工程部位混凝土标号胶凝材料总量(kg/m3)胶材水化热（kJ/kg）混凝土绝热温升(）3d7d3d7d平洞R2830036316020725.232.5R9030031116
10、020721.627.9 混凝土绝热温升采用T=WQ/cp式计算，式中各符号含义及取值如下； W每m3混凝土中胶凝材料用量，按表胶凝材料总量确定； Q每kg胶凝材料水化热（kJ/kg），20%粉煤灰掺量时，水化热取表3中试验结果，计算结果为初始温度20条件下的推定值； C混凝土的比热，在计算时取0.97（kJ/kg.）； P混凝土容重，取2380kg/m3。4.2分缝长度调整针对混凝土衬砌长度与衬砌表面的拉应力的关系也做了一些初步的分析和计算。永久船闸地下输水隧洞分段长度为12m。计算表明：当衬砌长度缩为10m时，衬砌表面附近的拉应力可减少21.4%；当衬砌长度缩为8m时，衬砌表面附近的拉应力
11、可减少40%。显然，衬砌长度缩短，拉应力可大幅度减小，对抗裂是有利的。根据设计协调会的意见，在满足施工总进度的条件下，2000年5月将隧洞南、北坡标准段的分缝间距由12m缩短为8m，以减小产生温度裂缝的风险。4.3采用低温混凝土浇筑 为了有效的降低混凝土的最高温度，除了减少混凝土的水泥用量，降低水化热温升以外（调整混凝土设计龄期）这一项措施以外，还可以通过采取低温混凝土浇筑，也就是控制浇筑温度来降低混凝土最高温度。降低了混凝土最高温度，也就使温降速度放缓，可以降低温降产生的拉应力，从而减少早期温度裂缝的风险。在混凝土施工过程中，是按以下措施实施的。4.3.1严格控制出机口温度。出机口温度14，
12、特殊部位出机口温度7。洞内混凝土浇筑温度按16-18控制。4.3.2合理配置施工设备和加强施工组织措施。根据施工仓号的情况，对混凝土泵车、搅拌车及起吊设备合理调配，保证混凝土浇筑的连续性，缩短仓面混凝土的覆盖时间，加强施工组织管理措施，根据仓号部位合理设计入仓方式 ，以减少温度回升。4.3.3加强出机口和现场温度控制。禁止出机口混凝土温度超标和运至现场停滞时间过长的温度超标的混凝土入仓。4.4保温措施 对于薄壁结构混凝土来讲，为了避免混凝土产生温度裂缝，养护和保温工作十分重要。在养护和保温材料方面加大投入，组织专门的班组进行此项工作。在混凝土浇筑收盘后进行洒水和拆模后混凝土表面进行喷水养护。冬
13、季做好保温工作，对洞口进行封堵，以保证洞内稳定的温度和湿度环境。5总结三峡永久船闸地下输水系统属地下工程，水工隧洞设计规范关于衬砌混凝土的温控内容较少，也没有明确、具体的措施；国内关于地下工程的温控研究也甚少，一般都无严格的温度控制措施。鉴于三峡永久船闸地下输水系统工程的重要性，采取了如此严格的温度控制措施，并且还埋设了仪器进行温控研究，这在国内地下工程尚属首次。通过研究结果及所采取措施的效果来看，这些措施是相当有效的，基本上避免了标准段温度裂缝的产生，达到了预期的目的。对于井间段，尽管采用了低温混凝土浇筑，由于混凝土标号高（R28450），结构段较长（15m），还是产生了裂缝，这也是值得研究的一个问题。地下输水系统在混凝土施工过程中，所采取的一系列综合温控防裂措施，对于地下衬砌混凝土工程施工具有重要的参考价值。参考资料1 三峡水利枢纽混凝土工程温度控制研究2 水工混凝土的温控与防裂3 水工隧洞设计规范作者简介:朱文华：三联总公司试验室主任，助理工程师，来自水电十四局。 5
