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大体积混凝土施工经验总结文档

2010年施工经验总结

大体积混凝土施工经验总结

——M310型核电站大体积混凝土施工经验总结

唐小伟、李敏、赵垒、田甜

中国核工业第二四建设有限公司福清核电项目部

2011年1月20日

大体积混凝土施工经验总结

唐小伟、赵垒、李敏、田甜

1大体积混凝土施工经验总结说明

众所周知，核电站各厂房基础为筏基，且深埋地下，为保证基础施工质量，提高其抗震、防水能力，宜尽量少留设施工缝。

同时近几年来，为了应付日益明显的能源危机，为使核电站尽快建成投入发电，要求尽可能缩短建造工期，而作为占工程量比重较大、且外形简单的筏基无疑是压缩工期的首选。

因此，近几年来，各核电建设公司投入了大量精力研究大体积混凝土施工技术，并取得了非常显著的成绩，如台山核电核岛底板筏基9100m3大体积混凝土浇筑成功。

我公司福清核电项目部在核电大体积混凝土施工方面也累积了非常丰富的经验，目前已经完成1、2号核岛厂房筏基、常规岛和PX泵房筏基以及3号核岛厂房筏基施工，其中3号反应堆厂房ABC层采用整体浇筑的施工方法。

截止2011年01月份共完成9次大体积混凝土施工，除了1RX底板B层和1RC筒体G层出现裂缝外，其他各大体积混凝土质量良好，合格率达89%；

本着“精益求精、更高发展”的原则，现对1、2号机组大体积混凝土施工进行经验总结，为后续的其他机组大体积混凝土施工提供借鉴和指导作用。

本次大体积混凝土施工经验总结主要包括四大部分：

大体积混凝土温度控制计算篇、大体积混凝土施工质量保证措施篇、大体积混凝土裂缝处理篇以及附录篇。

其中大体积混凝土温度控制篇主要依据《GB50496-2009大体积混凝土施工规范》和《建筑施工计算手册-11大体积混凝土工程》中计算公式、步骤和相关参数取值规定来进行大体积混凝土施工建模和计算，从理论上对大体积混凝土施工的可行性进行验证以及确定混凝土施工后养护方案；大体积混凝土施工质量保证篇对大体积混凝土浇筑前准备阶段、浇筑阶段、养护阶段三个阶段的质量保证措施进行了详细的规定，涵盖人、机、料、法、环各方面，确保施工质量满足要求；大体积混凝土裂缝处理篇以1号核岛反应堆厂房B层筏基裂缝和1号筒体G层裂缝为分析对象，从裂缝产生原因、有害裂缝判定标准、裂缝处理等方面进行了总结，为后续大体积混凝土施工提供借鉴作用，避免同类问题的重复出现；附录篇主要是选取的一些比较有代表性的大体积混凝土施工方案，为后续大体积混凝土施工提供参考。

2大体积混凝土温控计算篇

本温度应力计算书以3号核岛反应堆厂房筏基A、B、C层大体积混凝土为例。

核岛底板温度应力计算：

该温度应力计算书以核岛底板（A+B+C）层为验算对象，其厚度为3.8m,一部分直径为39.5m（标高为－10.000m~－7.000m），另一部分直径为38.8m（标高为－7.000m~－6.200m）。

相对其它核岛底板而言具有代表性。

混凝土强度等级为PS40（配合比编号为FQHD0007），水泥采用p.o42.5核电专用水泥，水泥用量mc=390kg/m3，混凝土比热C=0.97KJ/kgk，混凝土容重为ρ=2400kg/m3，混凝土浇筑入模温度小于等于30℃，且计算时按最不利取值。

取TO=30℃。

核岛底板（A+B+C）层施工处于夏季施工期间，其平均气温大约为28℃。

2.1计算混凝土的绝热温升值

①水泥的水化热：

②胶凝材料水化热总量：

式中Q—胶凝材料水化热总量（kJ/kg）；

K—不同掺量掺合料水化热调整系数。

不同掺量掺合料水化热调整系数

掺量

0

10℅

20℅

30℅

40℅

粉煤灰（k1）

1

0.96

0.95

0.93

0.82

矿渣粉（k2）

1

1

0.93

0.92

0.84

③混凝土绝热温升计算：

式中T（t）—浇筑完一段时间后，混凝土的绝热温升（℃）；

mc—混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量（kg/m3）；

e—为常数，取2.718；

t—混凝土的龄期（d）；

K—掺合料折减系数。

粉煤灰取0.25~0.30，取0.3；

F—混凝土活性掺合料用量（取F=82kg/m3）；

ρ—混凝土密度、取2400~2500（kg/m3）；

c—混凝土比热、取0.92~1.0［kJ/（kg·℃）］；

m—与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，可取（0.3~0.5）d-1；

以上参数取自GB50496-2009

=59.8×0.704=42.1℃

T6=59.8×0.913=54.6℃

T9=59.8×0.974=58.2℃

T12=59.8×0.992=59.3℃

T15=59.8×0.998=59.7℃

T18=59.8×0.999=59.8℃

T21=59.8×0.999=59.8℃

T24=59.8×0.999=59.8℃

T27=59.8×0.999=59.8℃

2.2计算各龄期混凝土的内部温度

T1（t）＝To＋Tmax·ξ（t）

式中T1（t）—t龄期混凝土中心最高温度（℃）；

To—混凝土浇筑的入模温度（℃）；

Tmax—最大绝热温升；

ξ（t）——t龄期温降系数，ξ（3）=0.74，ξ（6）=0.73，ξ（9）=0.72，ξ（12）=0.65，ξ（15）=0.55，ξ（18）=0.46，ξ（21）=0.37，ξ（24）=0.30，ξ（27）=0.25；

以上参数取自《建筑施工手册（第四版）》

T1（3）＝To＋T（t）·ξ（t）=30＋59.8×0.74=74.3℃

T1（6）=73.4℃

T1（9）=73.1℃

T1（12）=68.9℃

T1（15）=62.9℃

T1（18）=57.5℃

T1（21）=52.1℃

T1（24）=47.9℃

T1（27）=45.0℃

2.3计算各龄期混凝土的表层温度

混凝土表面铺两层湿麻袋片，厚12mm，再加盖二层塑料薄膜，厚4mm，然后在其上在铺八层干麻袋片，厚40mm（每层厚5mm），考虑浇水养护，水层厚2mm。

2.3.1混凝土表面保温层的传热系数

式中

β——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/（m2·K）]；

δi——各保温材料厚度（m）；

λi——各保温材料导热系数[W/（m·K）]；

βq——空气层的传热系数，取23[W/（m2·K）]。

β=1/[Σδi/λi＋1/βq]=1/（0.004/0.03＋0.052/0.14＋0.002/0.58＋1/23）=1.81W/（m2·K）

2.3.2混凝土的虚厚度

式中

——混凝土虚厚度（m）；

k——折减系数，取2/3；

λ——混凝土导热系数，取2.33W/（m2·K）；

β——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/（m2·K）]；

＝（2/3）×2.33÷1.81

＝0.86m

2.3.3混凝土的计算厚度

H＝h＋2

式中

H——混凝土计算厚度（m）；

h——混凝土实际厚度（m）；

——混凝土虚厚度（m）；

H=h＋2

=3.8+2×0.86

=5.52m

2.3.4混凝土的表层温度

式中T2（t）—混凝土表面温度（℃）；

Ta—施工期大气平均温度（℃）；

—混凝土虚厚度（m）；

H—混凝土计算厚度（m）；

T1（t）—混凝土中心最高温度（℃）。

=49.5℃

T2（6）=49.1℃

T2（9）=48.9℃

T2（12）=46.7℃

T2（15）=43.5℃

T2（18）=40.7℃

T2（21）=37.8℃

T2（24）=35.6℃

T2（27）=34.1℃

2.3.5混凝土内平均温度

Tm（t）=（T1（t）＋T2（t））×0.5

Tm（3）=（74.3＋49.5）×0.5=61.9℃

Tm（6）=（73.4＋49.1）×0.5=61.3℃

Tm（9）=（73.1＋48.9）×0.5=61.0℃

Tm（12）=（68.9＋46.7）×0.5=57.8℃

Tm（15）=（62.9＋43.5）×0.5=53.2℃

Tm（18）=（57.5＋40.7）×0.5=49.1℃

Tm（21）=（52.1＋37.8）×0.5=45.0℃

Tm（24）=（47.9＋35.6）×0.5=41.8℃

Tm（27）=（45.0＋34.1）×0.5=39.6℃

2.4计算各龄期混凝土的内外温差

△Tt=T1（t）－T2（t）

式中△T—混凝土内外温差（℃）；

T1（t）—混凝土内部中心最高温度（℃）；

T2（t）—混凝土表面温度（℃）；

△T3=T1（3）－T2（3）=74.3－49.5=24.8℃

△T6=T1（6）－T2（6）=73.4－49.1=24.3℃

△T9=T1（9）－T2（9）=73.1－48.9=24.2℃

△T12=T1（12）－T2（12）=68.9－46.7=22.2℃

△T15=T1（15）－T2（15）=62.9－43.5=19.4℃

△T18=T1（18）－T2（18）=57.5－40.7=16.8℃

△T21=T1（21）－T2（21）=52.1－37.8=14.3℃

△T24=T1（24）－T2（24）=47.9－35.6=12.3℃

△T24=T1（27）－T2（27）=45.0－34.1=10.9℃

2.5计算各龄期混凝土的弹性模量

E（t）=βE0（1－e-0.09t）

式中E（t）—混凝土龄期为t时弹性模量（N/mm2）；

E0——28d混凝土弹性模量（N/mm2），取3.45×104N/mm2

参数E0取自《建筑施工手册（第四版）》

E

（1）=βE0（1－e-0.09）=0.993×3.45×104×（1－2.718-0.09）=0.295×104N/mm2

E（3）=0.812×104N/mm2

E（6）=1.429×104N/mm2

E（9）=1.901×104N/mm2

E（12）=2.261×104N/mm2

E（15）=2.539×104N/mm2

E（18）=2.748×104N/mm2

E（21）=2.909×104N/mm2

E（24）=3.032×104N/mm2

E（27）=3.124×104N/mm2

2.6计算混凝土的温度收缩应力

2.6.1地基约束系数

β（t）＝（Cx/h·E（t））0.5

式中：

Cx地基阻力系数，取0.06N/mm3（考虑防水卷材层、油毡隔离层具有可滑动因素）。

β

（1）=0.0000731mm

β（3）=0.0000440mm

β（6）=0.0000332mm

β（9）=0.0000288mm

β（12）=0.0000264mm

β（15）=0.0000249mm

β（18）=0.0000239mm

β（21）=0.0000233mm

β（24）=0.0000228mm

β（27）=0.0000225mm

2.6.2计算各龄期混凝土的收缩变形值

Ey（t）=ε0y（1-e-bt）M1·M2·M3···M11

式中Ey（t）—龄期为t时，混凝土收缩引起的相对变形值；

ε0y—在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取4.0×10-4；

b—经验系数，取0.01；

M1·M2…M11——各修正系数查下表：

修正系数M1-M11

水泥品种

M1

水泥细度（m2/kg）

M2

水胶比

M3

胶浆量（％）

M4

养护时间（d）

M5

普通水泥

1.00

300

1.00

0.3

0.85

20

1.00

1

1.11

矿渣水泥

1.25

400

1.13

0.4

1.00

25

1.20

2

1.11

快硬水泥

1.12

500

1.35

0.5

1.21

30

1.45

3

1.09

低热水泥

1.10

600

1.68

0.6

1.42

35

1.75

4

1.07

石灰矿渣水泥

1.00

700

2.05

-

-

40

2.10

5

1.04

火山灰水泥

1.00

800

2.42

-

-

45

2.55

7

1.00

抗硫酸盐水泥

0.78

-

-

-

-

50

3.03

10

0.96

矾土水泥

0.52

-

-

-

-

-

-

14~180

0.93

环境相对湿度（％）

M6

L/F

M7

EsFs/EcFc

M8

减水剂

M9

粉煤灰掺量（％）

M10

矿渣粉掺量（％）

M11

25

1.25

0

0.54

0.00

1.00

无

1.00

0

1.00

0

1.00

30

1.18

0.1

0.76

0.05

0.85

有

1.30

20

0.86

20

1.01

40

1.10

0.2

1.00

0.10

0.76

-

-

30

0.89

30

1.02

50

1.00

0.3

1.03

0.15

0.68

-

-

40

0.90

40

1.05

60

0.88

0.4

1.20

0.20

0.61

-

-

-

-

-

-

70

0.77

0.5

1.31

0.25

0.55

-

-

-

-

-

-

80

0.70

0.6

1.40

-

-

-

-

-

-

-

-

90

0.54

0.7

1.43

-

-

-

-

-

-

-

-

注：

L—构件截面周长；F—截面积；

Es、Fs——钢筋的弹性模量、截面积；Ec、Fc——混凝土弹性模量、截面积。

M1=1.00、M2=1.00、M3=0.955、M4=1.00、M5=0.93、M6=1.18、M7=0.77、M8=0.76、M9=1.00、M10=0.91。

以上参数取自GB50496-2009

Ey

（1）=ε0y（l-e-bt）M1·M2·M3···M11=0.0223×10-4

Ey（3）=0.0660×10-4

Ey（6）=0.1299×10-4

Ey（9）=0.1922×10-4

Ey（12）=0.2525×10-4

Ey（15）=0.3110×10-4

Ey（18）=0.3677×10-4

Ey（21）=0.4228×10-4

Ey（24）=0.4762×10-4

Ey（27）=0.5282×10-4

2.6.3计算混凝土的收缩当量温差

Ty（t）＝Ey（t）/α

式中Ty（t）—t龄期混凝土收缩当量温差（℃）；

α—混凝土线膨胀系数，1×10-5（1/℃）。

Ty

（1）＝0.2℃

TY（3）＝0.7℃

TY（6）＝1.3℃

TY（9）＝1.9℃

TY（12）＝2.5℃

TY（15）＝3.1℃

TY（18）＝3.7℃

TY（21）＝4.2℃

TY（24）＝4.8℃

TY（27）＝5.3℃

2.6.4结构计算温差

ΔTi＝Tm（i）―Tm（i+3）＋TY（i+3）―TY（i）

式中ΔTi—i区段结构计算温差（℃）；

Tm（i）—i区段平均温度起始值（℃）；

Tm（i+3）—i区段平均温度终止值（℃）；

TY（i+3）—i区段收缩当量温差终止值（℃）；

TY（t）—i区段收缩当量温差始始值（℃）。

ΔT3＝1.2（℃）

ΔT6＝0.9（℃）

ΔT9＝3.8（℃）

ΔT12＝5.2（℃）

ΔT15＝4.7（℃）

ΔT18＝4.6（℃）

ΔT21＝3.8（℃）

ΔT24＝2.7（℃）

ΔT27＝1.8（℃）

2.6.5各区段拉应力

式中

σi——i区段混凝土内拉应力（N/mm2）；

——i区段平均弹性模量（N/mm2）；

——i区段平均应力松弛系数，查表；

松弛系数S（t）

龄期t（d）

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

S（t）

0.57

0.52

0.48

0.44

0.41

0.386

0.368

0.352

0.339

0.327

——i区段平均地基约束系数；

L——混凝土最大尺寸取39.5m；

ch——双曲余弦函数。

σ3＝0.02N/mm2

σ6＝0.02N/mm2

σ9＝0.08N/mm2

σ12＝0.12N/mm2

σ15＝0.06N/mm2

σ18＝0.05N/mm2

σ21＝0.04N/mm2

σ24＝0.03N/mm2

σ27＝0.02N/mm2

2.6.6各龄期混凝土温度拉应力

式中

σmax——到指定期混凝土内最大应力（N/mm2）；

ν——泊桑比，取0.15。

σt3＝0.03N/mm2

σt6＝0.05N/mm2

σt9＝0.14N/mm2

σt12＝0.28N/mm2

σt15＝0.35N/mm2

σt18＝0.41N/mm2

σt21＝0.46N/mm2

σt24＝0.50N/mm2

σt27＝0.52N/mm2

2.6.7不同龄期抗拉强度

ft（3）=0.8×2×

㏒3=0.5MPa

ft（6）=0.8×2×

㏒6=0.8MPa

ft（9）=0.8×2×

㏒9=1.0MPa

ft（12）=0.8×2×

㏒12=1.2MPa

ft（15）=0.8×2×

㏒15=1.3MPa

ft（18）=0.8×2×

㏒18=1.3MPa

ft（21）=0.8×2×

㏒21=1.4MPa

ft（24）=0.8×2×

㏒24=1.5MPa

ft（27）=0.8×2×

㏒27=1.6MPa

2.6.8安全系数

方法一：

K＝ft/σmax

式中：

K——大体积混凝土抗裂安全系数，应≥1.15；

ft——到指定期混凝土抗拉强度设计值（N/mm2），取2.0；

抗裂缝安全度：

K＝ft/σmax＝2.0/0.52＝3.846≥1.15。

方法二：

Kt＝ft（t）/σt≥1.15

K3＝0.5/0.03=16.7

K6＝0.8/0.05=16.0

K9＝1.0/0.14=7.1

K12＝1.2/0.28=4.3

K15＝1.3/0.35=3.7

K18＝1.3/0.41=3.2

K21＝1.4/0.46=3.1

K24＝1.5/0.50=3.0

K27＝1.5/0.52=2.9

综上所述，根据以上两种判断方法判定3号核岛反应堆厂房筏基（A+B+C）层大体积混凝土浇筑是安全可行的。

3大体积混凝土施工质量保证篇

3.1浇筑前准备阶段质量控制措施

3.1.1材料

在保证混凝土强度及耐久性的前提下，采用低水化热的水泥，在混凝土中掺加10~15℅粉煤灰减少水泥用量，根据实验每减少10Kg水泥，其水化热使混凝土的温度相应的降低1℃，每增加20Kg粉煤灰又能减少10Kg水泥。

采用骨料堆场加遮阳棚，以降低骨料温度。

严格控制骨料的针片状含量，优化骨料级配，以减少水泥用量，降低水化热，同时要尽量降低砂、石的含水率，严格控制含泥量。

在混凝土中适当的掺入缓凝型高效减水剂来降低水泥用量和减少水灰比，来降低混凝土温升和减小收缩变形。

大体积混凝土浇筑前的施工机具、养护材料、应急备用设备需提前准备到位。

3.1.2人员

统筹安排人员，合理细化工作。

大体积混凝土浇筑前需编制施工值班表，将各项工作进行分解细化，责任到人。

3.1.3机械

——混凝土搅拌系统：

2~3套搅拌机组，额定单机产量为60m3/h；

——混凝土运输车：

额定运输量为8m3/车；

——布料机：

HG28G；

——泵车：

SY5385THD-37/46/50；

——振捣棒：

ZN-25/50；

——其他：

冲毛机、空压机、洒水车、柴油发电机等

3.1.4技术及现场准备

（1）进场原材料（钢筋、水泥、砂子、石子）必须符合设计图纸及施工验收规范规定。

检查要点:

（a）首先应检查进场水泥的品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期、出厂合格证、出厂检验报告，并按规定进行见证取样复检，其强度、安定性、初凝终凝时间等性能指标必须符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》等规定，另外应注意根据混凝土工程的特点、所处环境条件和混凝土设计性能要求合理选用水泥品种。

比如：

为了降低大体积混凝土的水化热，配制C40以上的高强混凝土或快硬混凝土时，宜优先选用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构中，严禁使用含氯化物的水泥等。

其次是砂子、石子、外加剂、掺合料、钢筋等原材料的质量，必须经过取样试验符合标准，对未经专业监理工程师检查验收或验收不合格的材料禁止使用。

钢筋的进场质量必须符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》等的规定取样作力学性能检验。

（b）施工图纸上面备注原材料产地的必须符合设计图纸要求。

（c）进场原材料经现场检验合格后，现场见证取样送到有资质的试验室试验合格后方可浇筑混凝土。

（2）模板验收合格。

检验的要点是

（a）模板及支架的选用是否按施工组织设计方案执行，模板的轴线、标高、几何尺寸是否符合设计要求，模板拼缝是否严密、表面隔离剂涂刷是否均匀，无油污，模板内清理是否干净并充分湿润。

（b）模板支撑系统是否稳定、牢固。

模板制作必须保证工程结构和构件各部分形状尺寸和相互位置的正确性，支撑系统须具有足够的承载能力，刚度和稳定性。

（3）钢筋工程验收合格。

检查要点

（a）钢筋的品种、规格、数量、位置、保护层、间距和加工形状是否符合设计要求。

钢筋的连接形式和连接工艺、钢筋的接头位置和间距是否符合设计和施工验收规范要求。

（b）钢筋的锚固长度、绑扎搭接长度、焊接长度和焊接质量是否符合设计和规范要求。

钢筋的弯钩和弯折角度、弯弧、弯后的平直长度部分、受力钢筋骨架定位，以及箍间距和箍筋加密区是否符合设计和规范要求。

（d）钢筋的焊接接头和机械连接接头见证取样试验是否符合相关规程、规范要求。

（e）有构造钢筋的其放置位置是否符合构造规范要求。

3.2大体积混凝土浇筑过程中质量控制措施

3.2.1混凝土布料

合理选择浇筑方法：

布料设备充足，构件截面面积较小时，采用全面分层法；构件截面面积超大，设备供应紧张时采用斜面分层法；下料高度不能必须小于1.5m，布料厚度必须小于50cm，一般超大体积混凝土施工时，建议控制在30cm，更有利于初期混凝土的散热，否则需采用串筒或者溜槽等进行辅助下料。

边下料边振捣。

上层混凝土浇筑要在下层混凝土初凝前进行，不允许出现冷缝。

3.2.2混凝土振捣

大体积混凝土施工时，振捣是关键。

既不能过振，也不能漏振。

插入混凝土的振捣棒要求垂直，要做到“快插慢拔”，每点振动的时间控制在15~20s，应以混凝土表面呈水平且不再显著下沉、不再出现气泡，混凝土表面泛浆、且气泡较少为宜。

振捣过程中，使振捣棒上下略为抽动，使振捣均匀。

混凝土的振捣紧跟布料进行，在振捣上层混凝土时，将振捣棒插入下层混凝土约3~5cm，使上下层混凝土能够更好的结合。

振捣棒插点应该比较规则，可采用行列或交错式。

两个振点间的距离应为振捣棒振动有效半径的1.5倍。

对于模板边缘的混凝土，建议采