特殊環(huán)境條件下的大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)施工技術(shù)

陳 凱

上海外經(jīng)集團(tuán)控股有限公司 上海 200032

1 工程概況

HIRGIG電廠位于厄立特里亞（以下簡(jiǎn)稱“厄特”）馬薩瓦，屬熱帶沙漠氣候。項(xiàng)目施工區(qū)域海拔3 m左右，地勢(shì)較為平坦，屬于海邊砂土地。

在本項(xiàng)目新建的2臺(tái)23 MW柴油發(fā)電機(jī)工程中，大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)施工是本項(xiàng)目施工的重點(diǎn)核心工作。大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)底板為厚1 500 mm的筏板基礎(chǔ)，上部為異形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)最大外包尺寸為20 691 mm×11 400 mm×6 725 mm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，2臺(tái)基礎(chǔ)混凝土施工量共計(jì)650 m3。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工的特點(diǎn)、難點(diǎn)

1）馬薩瓦地區(qū)的氣溫非常炎熱，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)?shù)刈罡呤彝猸h(huán)境溫度可達(dá)55 ℃。為了避開(kāi)在最炎熱的時(shí)間段進(jìn)行大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)施工，選擇在氣溫較低的1—3月份（6—10月份為當(dāng)?shù)馗邷丶竟?jié)）進(jìn)行基礎(chǔ)澆筑。

2）當(dāng)?shù)夭牧腺Y源匱乏并且供應(yīng)不足，鋼材、粉煤灰、混凝土外加劑、礦粉、瀝青、建筑門窗等普通材料需要從中國(guó)國(guó)內(nèi)或者第三國(guó)采購(gòu)。從中國(guó)國(guó)內(nèi)或第三國(guó)采購(gòu)材料需要考慮采購(gòu)時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、出海關(guān)時(shí)間等情況，同時(shí)須與工程施工進(jìn)度計(jì)劃共同統(tǒng)籌策劃，使得對(duì)項(xiàng)目部材料采購(gòu)計(jì)劃的精確性要求更高。因當(dāng)?shù)毓?yīng)材料產(chǎn)量少且為計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制，水泥、石子、砂、水等材料不能及時(shí)供應(yīng)，影響現(xiàn)場(chǎng)使用。水泥材料因厄特政府限制從第三國(guó)進(jìn)口，只能使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（普通硅酸鹽水泥水化熱較大，需要采取措施降低水化熱）。

3）當(dāng)?shù)氐Y源嚴(yán)重缺乏，沒(méi)有自來(lái)水供應(yīng)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)所有的淡水都是用大水車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。為了節(jié)約淡水資源的使用，采取混凝土攪拌時(shí)添加減水劑、混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)采用節(jié)水養(yǎng)護(hù)薄膜等施工技術(shù)措施。

以上特定環(huán)境中的諸多不利因素，給大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)施工帶來(lái)了困難。

3 策劃、實(shí)施過(guò)程中的主要技術(shù)措施

為了現(xiàn)場(chǎng)施工順利，保證施工質(zhì)量滿足規(guī)范及使用功能的要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的特點(diǎn)、難點(diǎn)等實(shí)際情況，針對(duì)各種不利因素，采取以下針對(duì)性的施工技術(shù)措施[1-5]。

3.1 選擇功能性添加材料

受到當(dāng)?shù)卣共少?gòu)國(guó)外水泥相關(guān)政策的影響，現(xiàn)場(chǎng)只能選擇當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的普通硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥的水化熱較大，拌制大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)的部分技術(shù)指標(biāo)難以滿足規(guī)范及技術(shù)質(zhì)量的要求。結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的普通硅酸鹽水泥的性能，選擇功能性添加材料，減少水泥用量，降低水化熱，提高混凝土工作性能，滿足其在高溫環(huán)境中的施工條件。混凝土配合比施工技術(shù)方案選擇采用“雙摻”（摻外加劑、摻合料）技術(shù)，在混凝土拌制過(guò)程中添加高效減水劑和粉煤灰、礦粉，從而提高混凝土的工作性能和抗裂能力。在混凝土配合比設(shè)計(jì)前，對(duì)國(guó)外當(dāng)?shù)厮嗟奈锢硇阅堋⒘W(xué)性能與外加劑的適應(yīng)性性能做專門的取樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足國(guó)家規(guī)范要求。選用的混凝土外加劑——JN高效減水劑（緩凝型）具有如下顯著特點(diǎn)：減水率大、增強(qiáng)效果顯著，抗拉、抗折和后期強(qiáng)度提高，鋼筋黏結(jié)力、抗碳化性能及抗?jié)B性能改善；可泵性好、保水性好、黏聚性及水泥適應(yīng)性好；調(diào)節(jié)摻量初凝延長(zhǎng)3～10 h，能降低早期水化熱；可節(jié)省水泥15%～20%，每噸產(chǎn)品可節(jié)省水泥30 t以上；對(duì)混凝土收縮無(wú)不良影響，對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕危害。

粉煤灰、礦粉同樣具有減少水泥用量、降低水化熱并提高和易性的作用。摻入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二鋁含量17%～35%，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，是其活性的來(lái)源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細(xì)，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；同時(shí)，粉煤灰與水泥反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到細(xì)化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應(yīng)收縮值也減少。值得一提的是，由于粉煤灰的密度較水泥小，混凝土振搗時(shí)密度小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強(qiáng)度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過(guò)多，在工程中我們應(yīng)根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量，并且在混凝土澆筑完成后，安排專職人員進(jìn)行檢查，將混凝土上表面浮漿較多的部分清除。

摻入適量礦粉，可改善混凝土流動(dòng)度，降低水泥水化熱，提高混凝土抗?jié)B和后期強(qiáng)度，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗?jié)B和抗腐蝕能力。混凝土摻入磨細(xì)礦粉后能延緩膠凝材料的水化速度，使混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，這一性質(zhì)對(duì)高溫季節(jié)混凝土的輸送和施工有利。

3.2 測(cè)溫系統(tǒng)的使用

大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)澆筑時(shí)間在1—3月之間，當(dāng)?shù)氐氖彝馊兆罡邷囟冗_(dá)到40 ℃。依據(jù)GB 50496—2009《大體積混凝土施工規(guī)范》中大體積混凝土的定義：“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。”確定本大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)屬于大體積混凝土施工范疇。為了監(jiān)測(cè)大體積混凝土內(nèi)部水化熱溫度，并及時(shí)采取有效的溫控措施，基礎(chǔ)測(cè)溫系統(tǒng)采用大體積混凝土溫度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全數(shù)字式方式對(duì)大體積混凝土水化熱過(guò)程中的溫度變化狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握混凝土的溫差波動(dòng)情況，以指導(dǎo)基礎(chǔ)底板的保溫措施。該系統(tǒng)在大體積混凝土里表溫差超限時(shí)，能夠及時(shí)提供圖形、聲音等多媒體報(bào)警方式，以提醒現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及時(shí)采取相應(yīng)的保溫措施。測(cè)溫點(diǎn)的布置原則為：能反映整個(gè)大體積混凝土的溫度場(chǎng)及溫度變化規(guī)律；溫度梯度大的地方測(cè)點(diǎn)布置的密，反之溫度梯度小的地方測(cè)點(diǎn)布置的稀。在大體積混凝土施工過(guò)程中，要有效地控制裂縫的產(chǎn)生，在施工前根據(jù)混凝土的配合比設(shè)計(jì)、施工條件和施工方法進(jìn)行必要的理論計(jì)算，驗(yàn)算混凝土各降溫階段產(chǎn)生的總拉應(yīng)力值，如該值小于混凝土抗拉強(qiáng)度，則說(shuō)明降溫和收縮不會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的貫穿裂縫。

3.3 采用合理的現(xiàn)場(chǎng)施工措施

環(huán)境溫度高，混凝土入模溫度控制措施如下：降低澆筑材料溫度，在儲(chǔ)水箱、攪拌站、原材料堆場(chǎng)上搭設(shè)遮陰篷；降低原材料（主要的粗骨料）入機(jī)溫度，在澆筑前提前 2 h澆水降溫；合理選擇混凝土澆筑時(shí)間，應(yīng)選擇在室外溫度較低時(shí)開(kāi)泵澆筑，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度統(tǒng)計(jì)，選擇在溫度較低的傍晚開(kāi)始，凌晨結(jié)束。

混凝土澆筑技術(shù)管理措施如下：

1）混凝土澆筑應(yīng)合理分段分層進(jìn)行，使混凝土沿高度均勻上升，按照“分區(qū)定點(diǎn)、逐層澆筑 、循序漸進(jìn)、一次到頂”的方法實(shí)施。

2）大型設(shè)備基礎(chǔ)混凝土坍落度較大，流動(dòng)性也稍大，混凝土振搗過(guò)程中，上涌的泌水和浮漿順混凝土坡面下流到坡底。因此在澆筑墊層時(shí)，應(yīng)預(yù)先在橫向留出一定的坡度，使大部分泌水順著坡度從模板底部預(yù)留孔中排出坑外。少量來(lái)不及排出的泌水隨著混凝土澆筑向前推進(jìn)被趕至基坑頂端進(jìn)行人為誘導(dǎo)，順著混凝土承臺(tái)面模板留置的泄水孔從模板上部預(yù)留孔中排出。所有排出的泌水和浮漿通過(guò)基坑明排水溝流到集水坑，然后用水泵排除。

3）混凝土泵送時(shí)自然形成的流淌斜坡度，在每條澆筑帶前、中、后各布置3個(gè)振搗器。混凝土振搗采用插入式振搗器，同時(shí)安排專業(yè)及經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)工人操作。

4）混凝土澆筑采用二次振搗工藝，在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密實(shí)度，減少內(nèi)部微裂縫和改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。

5）為防止混凝土表面出現(xiàn)干縮細(xì)裂紋，控制混凝土表面非結(jié)構(gòu)性細(xì)小裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展，在混凝土初凝前或混凝土預(yù)沉后，進(jìn)行二次抹壓工藝。

3.4 養(yǎng)護(hù)措施

高溫和缺少淡水，是馬薩瓦市的環(huán)境特點(diǎn)。為了節(jié)約水資源和保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)方案的比選，混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)采用節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜（圖1）。其主要性能如下：

圖1 混凝土基礎(chǔ)采用節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)

1）高倍節(jié)水，養(yǎng)護(hù)期間，混凝土表面只需要在攤鋪時(shí)澆筑一次水，可節(jié)約養(yǎng)護(hù)用水95%以上。

2）持久保濕，養(yǎng)護(hù)期間，混凝土表面總能保持濕潤(rùn)。

3）有效保溫，在混凝土水化熱的作業(yè)下，膜內(nèi)溫度比外界高（4～10 K），縮小混凝土核心溫度與表面溫度及環(huán)境溫度的溫差。

4）清潔施工，施工現(xiàn)場(chǎng)整潔，大大改善施工形象。

5）具有良好的保溫、保濕雙重性能，能有效抑制微裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土強(qiáng)度。

6）提高混凝土抗碳化能力，混凝土抗碳化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他養(yǎng)護(hù)方式。

7）提高耐磨度，磨耗量是國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的1/10。

通過(guò)采取以上措施，大型混凝土基礎(chǔ)保質(zhì)保量地順利施工完成。目前，2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，大型混凝土基礎(chǔ)的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗裂強(qiáng)度、表面有害裂紋等性能指標(biāo)良好，能滿足柴油機(jī)運(yùn)行使用及驗(yàn)收規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

1）對(duì)于在非洲國(guó)家炎熱的地區(qū)完成大型混凝土設(shè)備基礎(chǔ)的澆筑工作，項(xiàng)目施工前期的現(xiàn)場(chǎng)考察、策劃、施工技術(shù)方案選擇等環(huán)節(jié)非常重要。對(duì)于項(xiàng)目所在地的自然環(huán)境及社會(huì)環(huán)境（如經(jīng)濟(jì)情況、當(dāng)?shù)夭牧锨闆r、運(yùn)輸情況、機(jī)械情況、當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力情況等）要詳細(xì)地調(diào)查了解和確認(rèn)，分析項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)與難點(diǎn)，這方面的資料對(duì)于策劃現(xiàn)場(chǎng)施工方案尤其重要。

2）根據(jù)調(diào)研及收集到的當(dāng)?shù)厍闆r，組織編制適應(yīng)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)的施工計(jì)劃，采取施工技術(shù)措施克服當(dāng)?shù)氐闹T多不利因素，使得2臺(tái)大型混凝土基礎(chǔ)在工期要求的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地完成施工。

3）在缺少淡水資源及其供應(yīng)不足的情況下，通過(guò)采取在混凝土配合比中添加高效減水劑、混凝土養(yǎng)護(hù)采用節(jié)水保溫薄膜的養(yǎng)護(hù)措施，節(jié)約了混凝土施工的用水量，提高了混凝土質(zhì)量。