高溫地區(qū)超長(zhǎng)薄壁墻體混凝土澆筑技術(shù)應(yīng)用

藺東飛

（中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司，北京 100025）

卡塔爾大型供水項(xiàng)目E標(biāo)段（Primary Reservoirs and Pumping Station4）位于卡塔爾阿布納克拉市（Abu Nakhla），距卡塔爾首都多哈約30 km，距離卡塔爾重鎮(zhèn)賽義德20 km。該項(xiàng)目地處中東地區(qū)，屬于沙漠氣候，氣溫干燥，最高氣溫達(dá)到50℃。該項(xiàng)目主要包括2座5.0×105m3的蓄水池、2個(gè)回水池、1座加壓泵站、1座加氯間、1座主備用發(fā)電機(jī)房、3座遠(yuǎn)程發(fā)電機(jī)房、1座調(diào)壓系統(tǒng)、1座水質(zhì)檢驗(yàn)中心以及5座水質(zhì)測(cè)站。蓄水池是該項(xiàng)目的主要構(gòu)筑物，單個(gè)水池有9道導(dǎo)流墻，每道導(dǎo)流墻長(zhǎng)度為305 m，高度為11.2 m，厚度為0.4 m。

該項(xiàng)目的水池導(dǎo)流墻體具有超高、超薄、超長(zhǎng)的特點(diǎn)，施工難度大，主要難點(diǎn)體現(xiàn)在三個(gè)方面： （1）導(dǎo)流墻體施工分倉分縫若不合理，墻體就會(huì)出現(xiàn)裂縫，甚至失穩(wěn)垮塌，因此，需要重點(diǎn)研究施工分倉分縫方案，保障墻體的整體穩(wěn)定和表面光滑； （2）模板選型和腳手架平臺(tái)搭建方案如果不科學(xué)，則會(huì)造成模板和腳手架拆卸周轉(zhuǎn)不方便，因此，需要重點(diǎn)做好模板選型和平臺(tái)搭建方案，保證模板安裝作業(yè)平臺(tái)的安全穩(wěn)定和移動(dòng)便易； （3）混凝土澆筑振搗方式如果不當(dāng)，就會(huì)影響鋼筋籠和模板的穩(wěn)定性，造成混凝土表面有蜂窩麻面或出現(xiàn)漏筋，因此，需要重點(diǎn)做好振搗設(shè)備選型，采用科學(xué)的振搗方式，保障混凝土振搗的密實(shí)性。

文章介紹項(xiàng)目導(dǎo)流墻體混凝土澆筑采取的施工工藝，從導(dǎo)流墻體分倉分縫、模板和腳手架支撐方案、振搗方式等方面進(jìn)行施工優(yōu)化，解決導(dǎo)流墻體施工的分倉分縫合理性、模板鋼筋安裝的穩(wěn)定性、操作平臺(tái)支架搭設(shè)的便易性、墻體混凝土振搗的密實(shí)性等重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。

1 研究思路

項(xiàng)目采取的主要研究思路如下：

（1）在確定熱力學(xué)參數(shù)及相關(guān)條件基礎(chǔ)上，通過有限元計(jì)算，分析在不同分縫長(zhǎng)度條件下墻體的溫度應(yīng)力場(chǎng)，根據(jù)所得的分析結(jié)果選擇合適的分倉分縫長(zhǎng)度及高度，驗(yàn)證不同環(huán)境溫度下選定的分倉分縫長(zhǎng)度、墻體的混凝土應(yīng)力是否滿足規(guī)范要求，進(jìn)一步優(yōu)化墻體分倉分縫設(shè)計(jì)方案。

（2）在保證腳手架和模板整體穩(wěn)定性的前提下，研究整體移動(dòng)腳手架方案，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)墻體的連續(xù)施工，縮減工期。

（3）針對(duì)導(dǎo)流墻體超高的分倉特點(diǎn)，研究振搗設(shè)備的選擇方案，解決超高狹窄空間振搗缺陷問題。

2 導(dǎo)流墻體施工工藝

導(dǎo)流墻體混凝土澆筑采用的施工工藝流程為：水平施工縫處理→墻體鋼筋安裝→墻體端模安裝→墻體側(cè)面模板安裝→混凝土澆筑→拆模養(yǎng)護(hù)，具體分述如下：

2.1 水平施工縫處理

在前期的水池底板混凝土澆筑時(shí)已經(jīng)一同澆筑了高50 cm的墻體混凝土，在墻體鋼筋安裝前需將50 cm的墻體混凝表面的施工縫進(jìn)行鑿毛處理，然后再安裝膨脹止水條。

2.2 墻體鋼筋支撐架安裝

導(dǎo)流墻體鋼筋安裝采用一次綁扎到頂，考慮墻體鋼筋安裝較高，需設(shè)防傾覆措施，在墻體鋼筋沿墻體長(zhǎng)度方向每2.8 m設(shè)置一道三角形腳手架支撐，支撐架材料為φ48 mm鋼管，支撐架的斜撐固定于混凝土墊塊上，斜撐分別撐在豎桿的4 m和8 m處。

2.3 墻體端模安裝

墻體端模安裝包括水平施工縫端模安裝和伸縮縫端模板安裝。

水平施工縫端模安裝：墻體端模采用Hy－Rib免拆鋼板網(wǎng)模板，在墻體鋼筋安裝完成后，將Hy－Rib鋼板網(wǎng)模板按縱向鋼筋間距開孔，然后將Hy－Rib鋼板網(wǎng)模板插入縱向鋼筋進(jìn)行安裝。Hy－Rib模板安裝完成后，再用90 mm×90 mm方木滿布在Hy－Rib模板后面作為豎肋，然后再用連接雙槽鋼的連接器，作為橫肋與墻體側(cè)面模板的雙槽鋼連接，用以加固模板支撐。

伸縮縫端模板安裝：伸縮縫端模采用普通膠合板，止水與端部模板同步安裝。以內(nèi)部止水帶為分割線，將填料板與普通膠合板分兩段安裝，先安裝填料板，然后在填料板外部安裝普通膠合板。一端的填料板和普通膠合板安裝完成后，再安裝中間止水帶并做好防水處理，然后安裝另一半填料板和普通膠合板。Hy－Rib模板安裝完成后，再用90 mm×90 mm方木滿布在普通膠合板后面作為豎肋，然后再用連接雙槽鋼的連接器，作為橫肋與墻體側(cè)面模板的雙槽鋼連接，用以加固模板支撐。

2.4 墻體側(cè)面模板安裝

墻體側(cè)面模板采用裝配式模板。在拼裝場(chǎng)地先拼裝好，然后再采用扁擔(dān)吊具和塔吊吊裝，并設(shè)置溜繩以調(diào)整模板位置。業(yè)主要求水池底板不能打錨栓，模板斜支撐用膨脹螺栓固定在混凝土預(yù)制塊上，現(xiàn)場(chǎng)在模板安裝前應(yīng)根據(jù)需要提前預(yù)制混凝土墊塊。

側(cè)面模板拼裝完成后，由塔吊協(xié)助安裝。由于導(dǎo)流墻厚度太窄，鋼筋較密，墻體鋼筋安裝完成后無法設(shè)置孔安裝拉桿，所以在導(dǎo)流墻模板安裝前，先將相對(duì)的兩塊模板提前根據(jù)設(shè)計(jì)鉆好拉桿孔，安裝時(shí)先安裝一側(cè)的模板，并且固定好，將兩側(cè)的錐帽、PVC管（聚氯乙烯，polyvinyl chloride）以及拉桿穿好，然后安裝另一側(cè)的模板至相對(duì)位置，調(diào)整好拉桿系統(tǒng)，并將斜撐固定在預(yù)制塊上，導(dǎo)流墻模板安裝示意見圖1。

圖1 導(dǎo)流墻模板安裝示意圖

2.5 墻體混凝土澆筑

墻體混凝土澆筑采用混凝土罐車從拌合站運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，然后用兩臺(tái)地泵配合兩臺(tái)天泵輸送至模板內(nèi)，在天泵工作半徑范圍內(nèi)的倉位用天泵澆筑，范圍之外的倉位用地泵配合布料桿澆筑。導(dǎo)流墻一倉澆筑到倒角以下5 cm，混凝土采用天泵分層澆筑，每層厚度不超過30 cm，層與層之間的澆筑時(shí)間間隔不得超過混凝土初凝時(shí)間。為縮短層與層之間的間歇時(shí)間，采用階梯式進(jìn)行推進(jìn)，并保證次層在前層混凝土初凝前澆筑。

2.6 拆模養(yǎng)護(hù)

墻體混凝土要在次日拆模，并立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。夏季采用覆蓋草簾澆水養(yǎng)護(hù)，或采用塑料薄膜覆蓋，保證其內(nèi)部濕度，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d。

3 導(dǎo)流墻體施工優(yōu)化

3.1 導(dǎo)流墻體分倉分縫優(yōu)化

在導(dǎo)流墻澆筑施工過程中，由于導(dǎo)流墻體具有超高、超薄、超長(zhǎng)的特點(diǎn)，在混凝土固化過程中釋放的大量水化熱會(huì)容易產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮變形，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土表面及深部開裂，發(fā)生滲漏。合理的分倉分縫不但能夠加速混凝土熱量的散發(fā)，使溫度分布較均勻，從而降低混凝土的自身應(yīng)力，而且能夠改變鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的邊界，從而改善其約束條件，減少混凝土結(jié)構(gòu)不能自由變形而引起的應(yīng)力。

3.2 不同環(huán)境溫度對(duì)混凝土應(yīng)力的影響

卡塔爾地區(qū)月平均氣溫在30℃以上，在大體積混凝土分層澆筑過程中，需要研究不同環(huán)境溫度下高10.6 m、長(zhǎng)14.4 m的混凝土結(jié)構(gòu)的最大溫度和溫度應(yīng)力變化情況。選取15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃等7種環(huán)境溫度，計(jì)算混凝土結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)峰值溫度及相應(yīng)峰值溫度出現(xiàn)時(shí)間，結(jié)果見表1。

表1 不同環(huán)境溫度下導(dǎo)流墻體中心點(diǎn)峰值溫度

由表1可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度每增加5℃，混凝土結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)峰值溫度增加4℃左右，且隨著環(huán)境溫度升高，混凝土結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間由7 d逐漸縮短為5 d。較高的環(huán)境溫度使混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)速度加快，從而導(dǎo)致溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間提前。

不同環(huán)境溫度條件下混凝土結(jié)構(gòu)峰值溫度應(yīng)力及相應(yīng)峰值溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間見表2，不同環(huán)境溫度條件下混凝土結(jié)構(gòu)峰值溫度應(yīng)力變化規(guī)律見圖2。

表2 不同環(huán)境溫度下混凝土結(jié)構(gòu)峰值溫度應(yīng)力

圖2 不同環(huán)境溫度下混凝土峰值溫度應(yīng)力

從表2和圖2可以看出隨著環(huán)境溫度的增加，導(dǎo)流墻溫度應(yīng)力不斷減小，前期減小速率明顯較大，后期降速逐漸變緩。當(dāng)環(huán)境溫度從15℃增加到45℃時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)峰值應(yīng)力由1.561 MPa逐漸降低到0.847 MPa，而峰值溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間也由7d逐漸縮短為5 d。

混凝土導(dǎo)流墻體澆筑高度為10.6 m、長(zhǎng)為14.4m、環(huán)境溫度為15℃時(shí)，結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力峰值為1.56 MPa，小于C40混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度值1.71 MPa，隨著環(huán)境溫度的升高，溫度應(yīng)力逐漸降低，符合混凝土結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求。

3.3 施工腳手架設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過對(duì)施工腳手架的主要持力部位和模板進(jìn)行承載力及變形驗(yàn)算，腳手架搭設(shè)高度按14.9 m設(shè)計(jì)，采用Φ48 mm×3 mm鋼管，按照步距2 m、縱距2.1 m、橫距1.5 m、斜距2.1 m進(jìn)行布置。通過使用施工排架移動(dòng)小車，實(shí)現(xiàn)了施工排架整體移動(dòng)，減少了施工排架拆除、搭設(shè)工序，優(yōu)化了腳手架的搭設(shè)頻次，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)流墻體的連續(xù)施工。

3.4 混凝土振搗工藝優(yōu)化

在超高狹窄空間進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，針對(duì)水池邊墻、導(dǎo)流墻、中隔墻的不同部位、不同規(guī)模墻體，采用加長(zhǎng)型Φ50 mm振搗器進(jìn)行振搗，獲得墻體混凝土振搗密實(shí)的效果。

振搗棒至少遠(yuǎn)離模板150 mm，振點(diǎn)間距為振搗棒作用半徑的1.5倍，每點(diǎn)振搗時(shí)間為20～30 s為宜，但還應(yīng)視混凝土表面不再顯著下沉、表面無氣泡產(chǎn)生且混凝土表面有均勻的水泥漿泛出為準(zhǔn)。

混凝土振搗時(shí)要做到“快插慢拔”，將振搗棒上下略有抽動(dòng)，以使上下震動(dòng)均勻，振搗棒應(yīng)插入下層10 cm左右，以消除兩層間的接縫。振搗方向?yàn)椋合聦哟怪庇跐仓较蜃韵露?，上層振搗自上而下，采用二次振搗工藝，二次振搗時(shí)間控制在澆筑后的1～2 h。

4 應(yīng)用效果

通過導(dǎo)流墻體混凝土施工分倉分縫、腳手架安裝以及導(dǎo)流墻體混凝土澆筑振搗方式的研究，優(yōu)化了傳統(tǒng)施工工藝，提高了施工效率，主要應(yīng)用效果包括以下6個(gè)方面：

（1）通過有限元模擬導(dǎo)流墻體混凝土澆筑，施工分縫長(zhǎng)度調(diào)整為14.4 m，分倉高度調(diào)整為10.6 m，減少了墻體的分倉分縫數(shù)量，減少了施工工序。

（2）借助一種施工排架移動(dòng)小車，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流墻體鋼筋平臺(tái)支架整體移動(dòng)，每段墻體可節(jié)省腳手架拆除及搭設(shè)循環(huán)時(shí)間5d，加快了項(xiàng)目施工進(jìn)度。

（3）水池導(dǎo)流墻體高度為11.2 m，普通振搗棒無法滿足該超高墻體的振搗作業(yè)，為確?；炷琳駬v工作順利進(jìn)行，使用18 m長(zhǎng)軸振搗器，采用附著式振搗系統(tǒng)，滿足了混凝土的振搗需求，保證了混凝土澆筑密實(shí)。

（4）導(dǎo)流墻體混凝土表面光滑，無肉眼可見的塑性裂縫，沉降裂縫和溫度裂縫，經(jīng)試驗(yàn)室檢測(cè)，混凝土施工質(zhì)量良好。

5 結(jié)語

文章介紹的混凝土澆筑技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高溫地區(qū)超長(zhǎng)薄壁墻體施工的流水作業(yè)，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，該技術(shù)安全可靠，可在類似大型水池工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

此外，重點(diǎn)研究項(xiàng)目所在地的混凝土原材料和外加劑的參數(shù)，通過試驗(yàn)檢測(cè)分析，選擇合適的原材料和外加劑，確定適應(yīng)高溫氣候條件下的最優(yōu)混凝土配合比，才能更好地保證混凝土澆筑的質(zhì)量。