大体积异形混凝土流道模板体系及温控措施

大体积异形混凝土流道模板体系及温控措施

孙焱州

上海市水利工程集团有限公司201612

摘要：水工建筑物中流道对水流流态的调整发挥了重要左右，常规流道均为混凝土结构，结构复杂，多为曲面，且体积较大。施工过程中如何确保流道的浇筑质量是工程管理的一项重难点。本文以某工程的进水井流道为例，介绍了异形流道的模板体系及大体积混凝土温控计算及保温措施，对类似工程有一定的参考借鉴意义。

关键词:大体积砼、异形混凝土流道、质量控制

1、工程简介

本工程流道工程位于进水井内岛屿管线出口处。进水井流道底板厚2.05m，流道混凝土由进水井底板-11.75m高程延伸至涵闸底板-4m高程处，其中流道北侧接涵闸段为溢流堰结构，流道南侧接岛屿管线侧为双曲面八字式结构。进水井流道分为东线和西线，其结构完全相同，流道采用聚丙烯纤维砼浇筑。

进水井流道底板厚2.05m、长14.6m、宽13m，溢流堰及八字式翼墙最大厚度均达到近3m，砼标号C30，为大体积混凝土。必须采取合理有效的温控措施，避免有害裂缝的产生。

流道结构示意详见下图：

图1进水井流道及消涡梁示意图

2、异形流道模板体系

1）浇筑顺序

进水井流道施工总体上分三阶段进行。第一阶段浇筑13.8m～11.75m高程（流道底板），第二阶段浇筑11.75m～9m高程，第三阶段浇筑9m～4m高程。详见下图：

图2进水井流道施工流程示意

2）溢流堰流道模板体系

流道溢流堰为二次抛物面与圆弧面组合曲面，施工难度大。溢流堰分两次浇筑，第一次浇筑下端圆弧面段，第二次浇筑上端二次抛物面段。

施工前先在溢流堰两侧内衬墙上画出溢流堰剖面曲线轮廓，模板定位时按此轮廓线进行校核固定。

溢流堰钢筋与流道底板钢筋为一个整体，浇筑流道底板时需预留钢筋接头，预留钢筋应交错布置，焊接接头不能在同一截面。溢流堰钢筋位于面层，保护层厚度40mm，采用Ф25钢筋做支架进行施工。

溢流堰模板采用竹胶板，内楞为100×100mm方木，外楞采用钢管按流道形状弯制。浇筑混凝土前模板主要受重力，此时需靠模板外侧脚手架提供拉力；混凝土浇筑后模板主要受砼侧压力，此时需靠模板内侧对拉螺栓提供拉力。流道底板砼内需预埋600×600mmФ18钢筋以做对拉螺栓焊接点。溢流堰模板示意图如下：

图3溢流堰模板示意图

3、流道混凝土温控措施

流道混凝土采用聚丙烯砼，实践表明纤维素可以在一定程度上减少混凝土裂缝的产生；另外、流道混凝土浇筑时间在3月份，混凝土入仓温度不会太高；这些条件都能在一定程度上降低产生混凝土裂缝的风险。结合进水井底板浇筑时的温控经验，项目部对流道混凝土温控主要采取外部保温的原则。现验算如下：

1）温控计算

进水井流道砼采用C30商品砼，水泥为PO42.5号普通水泥，用量为230kg/m3(粉煤灰、矿粉按0.35系数折算为水泥)，水灰比0.43，Ec=3.15×104N/mm2,砼浇筑平均温度以15℃计，砼入模温度为20℃，养护期间月平均最低气温15℃。

（1）砼3d、7d、15d水化热绝热温度及最大水化热绝热温升为：

（2）砼内部温度计算

取流道砼最大厚度3.0m计算，内部中心温度；式中：为砼入模温度、为绝热温升、为厚度及龄期影响系数，查表可知当厚度为3m时；故有：

（3）各龄期砼收缩变形值：

相关表格查知，M2=1.04,M1、M3、M5、M8均为1，M4=1.32,M6=1.11,M7=1.25,M9=1.1，M10=0.61

则砼的收缩变量值为：

砼3d、7d、15d收缩当量温差为：

砼3d、7d、15d的弹性模量为：

砼3d、7d、15d的最大综合温差为：

则基础砼最大降温收缩应力为：（式中Et为弹性模量、α为线性膨胀系数、为最大综合温差、St为松弛系数、R为外约束系数（此处取1）、Vc为泊松比（取0.15）；

3天抗压强度达到27%，故允许抗拉强度ft=0.270.23≈0.6,>0.6N/mm2，需要进行外保温养护处理；

7天抗压强度达到50%，故允许抗拉强度ft=0.500.23≈1.11,>1.11N/mm2，需要进行外保温养护处理；

15天抗压强度达到79%，故允许抗拉强度ft=0.790.23≈1.75,>1.75N/mm2，需要进行外保温养护处理；

计算知基础养护期间有可能出现裂缝，在此期间砼表面应采取养护保温措施，湿养护温度加大，综合温差减小，使计算σ（t）小于允许抗拉强度ft。

2）流道保温措施

砼保温是为了使砼内外温差不超过界限值（一般为20℃～25℃），本工程保温材料拟采用一层塑料薄膜加380g无纺土工布保温，形成良好的保温层，减少砼表面热量的扩散，尽量缩小砼内外温差。

本工程流道最大厚度为3.0m，在7d时砼温度内部中心温度约为：Tmax=47.44℃，实测砼初始温度按照20℃计算，大气平均温度15℃，保温材料(草袋)导热系数λi=0.14W/m·K,砼导热系数λ=2.3W/m·K，砼表面温度控制在30℃左右,传热修正系数K=1.4，经计算所需保温材料厚度2.7cm。

根据以上计算结果及以往经验，保温方面选择以下措施：

一层塑料薄膜加3层380g/m2无纺土工布覆盖，同时准备5cm泡沫塑料板备用，根据实际情况随时增加。

4、结论

综上，异形流道模板体系需结合流道高程及线形进行设计，合理设置施工缝；模板体系设计过程中需提前考虑内拉体系受力点的布置，确保浇筑过程中模板体系的稳定性；针对流道大体积特性，需进行温控计算，根据计算结果确定保温材料厚度。通过以上措施，本工程流道浇筑质量良好，未出现温度裂缝，达到了设计和规范的质量要求。

参考文献：

1、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002

2、《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001