泐马河出海闸底板大体积混凝土温度控制与监测

郝鹏 黄远远 李乐乐 上海勘测设计研究院有限公司

1.引言

大体积混凝土结构是现代化建设过程中广泛采用的一种结构形式，特别是在港口、大坝、桥梁及其它沿海建设项目等实际工程中发挥重要作用。温度裂缝是当前大体积混凝土结构中最常见的病害之一，如何合理有效的控制大体积混凝土在施工过程中温度裂缝的产生，国内外学者对此作出了大量研究。温度裂缝的产生是由于大体积混凝土在施工过程中水泥用量较多，浇筑混凝土的内部温度会因水化热反应释放热量而剧烈变化，再加上外界环境温度的影响，使得混凝土结构极易开裂，从而严重破坏大体积混凝土结构的整体性、稳定性、耐久性和安全性，缩短其使用寿命。因此在施工过程中采取温控措施和温度监测十分必要。

本文结合上海市浦东新区泐马河出海闸施工实例，介绍了底板大体积混凝土浇筑后的温控措施及监测结果，以期为类似工程提供一定的借鉴和参考。

2.工程概况

泐马河出海闸新建工程，位于上海市临港新片区南部，泐马河入杭州湾出海口门处，与杭州湾一线海塘共同构成上海市大陆区的一线防洪（潮）封闭圈。泐马河出海闸是浦东片沿海重要控制构筑物，也是杭州湾北沿重要的排海口门，其主要功能是挡潮、排涝、水资源配置及水环境改善。

水闸工程平面布置采用内退堤身式的布置方案，布置于现状海塘内侧，水闸平面中心线与河道中心线重合。水闸设计流量510m/s，水闸规划口门净宽50m（5孔净宽10m平面直升闸门）。闸室底板垂直水流方向长60m，顺水流方向长30m，闸室底板底面高程为-4.5～-3.6m，底板顶面高程为-2～-1.5m。

3.温度裂缝控制方法及措施

3.1 采用低水化热水泥

为降低混凝土水化热反应所产生的热量，该项目采用的水泥为P.O42.5低水化热水泥。

3.2 优化混凝土配合比

为保证大体积混凝土的浇筑质量，项目前期已委托某工程检测中心进行配合比论证，优化了混凝土配合比设计。

①由于水泥用量决定了水化热反应的热释放量，因此减少水泥用量，防止水化热反应使混凝土温度急剧上升，导致表面温度与环境温差过大而产生裂缝。

②在混凝土中掺加缓凝剂或高效减水剂，可提高混凝土的可塑性，减缓混凝土收缩，防止混凝土早期强度快速增长。

③在混凝土中添加粉煤灰，可减少水泥的用量，降低混凝土的绝热温升。

④选用河砂与人工砂比例为7∶3的混合砂，严格控制混凝土用砂的含泥量和氯离子含量。

⑤采用粒径较大、颗粒形状较好且级配良好的骨料，碎石粒径5mm～25mm，石粉含量低。

3.3 做好保温保湿养护

混凝土浇筑完成后，采用保温材料对大体积混凝土的表面进行覆盖，选用土工布加塑料薄膜组合的方式进行养护。其优点是，既能够使混凝土表面的水分不会过度散失，不产生干缩裂缝。又能在混凝土温度与环境温差较大的情况下，确保大体积混凝土表面温度不会急剧下降，从而够达到良好养护效果。

3.4 预埋冷却水管

在大体积混凝土浇筑之前，在闸室底板中布设冷却水系统，冷却水管采用Φ40钢管，钢管焊接连接，间距80cm左右，在底板40cm厚部位设置一道，在底板12cm厚部位设置一道，底板共计设置6个冷却单元系统，每个冷却单元系统中管道M型布设。冷却管进出水口同侧进出，自闸室底板四周引出。

混凝土浇筑前，在冷却水管中预先注满冷却水，使冷却水管中的水在混凝土升温的同时被加热，保证开启冷却管时，其冷却水的温度和混凝土的温差不会过大。初凝后，正式开启冷却水管时前，调节水流速、流量，控制水流速在0.6m/s左右。

3.5 温控指标

根据《大体积混凝土温度测控技术规范》（GB/T51028-2015）有关要求，混凝土浇筑体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃，如发生超限情况，及时采取表面加覆保温层、控制冷却水管流速等相应措施。

4.监测方法及测点布置

闸室底板垂直水流方向长60m，顺水流方向长30m，闸室底板底面高程为-4.5～-3.6m，底板顶面高程为-2～-1.5m。利用底板构件的对称性布置，闸室底板共设测位10个，每个测位设置上、中、下三个监测点，共计测点30个，平面布置图如图1所示。

图1 底板温度测位平面布置图

测温点感应头采用K型热电偶，其上、中、下位置间距不少于50cm，上、下测温点距底板边界30cm。温控点电缆线通过PVC塑料管集中引至闸室底板顶面，PVC管埋在底板面层钢筋下部。配以JTM-MV20智能型振弦式传感器采集箱，用于各测点数据的自动化采集，如图2所示。

图2 K型热电偶和传感器采集箱

5.监测数据分析

监测测点于2020年12月31日进行埋设，2021年1月2日基础底板混凝土浇筑结束后开始测温，于2021年1月20日下午结束，连续监测19天。

监测测点在底板钢筋绑扎阶段进行埋设，于底板混凝土浇捣时开始测温，前四天测温频率为每2小时一次，昼夜连续跟踪监测，第四天以后测温频率为4小时一次。根据《大体积混凝土温度测控技术规范》（GB/T51028-2015）相关要求，当混凝土最高温度与环境温度之差连续3天小于25℃时，停止温度监测。

5.1 温度曲线

根据30个测点绘制温度曲线，并选取具有代表性的曲线图如图3～图5所示。

根据图3～图5温度曲线分析，数据显示：

图3 5号测点底板混凝土温度曲线图

图4 6号测点底板混凝土温度曲线图

图5 10号测点底板混凝土温度曲线图

①在混凝土浇筑后，不同部位的温度具有相同的规律：混凝土表面温度最先达到峰值，且当混凝土温度达到峰值时，中部温度＞表面温度＞底部温度。

②混凝土在浇筑完成后，温度持续上升，在第92小时达到温度峰值52.43℃。随后进入降温阶段，其中表面温度下降速率最快，经分析认为与大气温度骤降有关，中部与下部温度下降速率较为平缓。

③在温度监测期间，现场由专人对混凝土采取表面覆膜、冷却水管控制等措施，混凝土表面温度与内部温差始终控制在25℃以内，满足规范要求。

5.2 温度分布

为进一步分析混凝土浇筑后水化热反映对底板造成的影响，采用Surfer对监测数据进行处理，绘制出从监测开始至监测结束过程中底板温度的分布情况，其中选取特征较为明显的等值线平面分布图如图6所示。

图6 底板各层等值线平面分布图

根据图6等值线分布数据分析，得到以下结论：

①从横向来看，混凝土浇筑后在水化热反应进行过程中，有局部温度急速上升，造成混凝土内部温差较大的现象。其中，底板上层温度局部剧烈升温集中在西南侧，中下部集中在西北侧。初步分析认为与混凝土浇筑过程中，从开始浇筑到浇筑完成的施工时间过长有关。后期混凝土温度分布较为均一，且缓速下降。

②从纵向来看，混凝土在浇筑后初期，上层温度上升速度最快并最先达到峰值。而在浇筑后中期，中层温度为各层中最高，且分布最为均一。与温度曲线分析结果基本吻合。

6.结论

（1）本项目出海闸底板大体积混凝土采用P.O42.5低水化热水泥并减少水泥用量，在混凝土中添加高效减水剂和粉煤灰，选用河砂与人工砂比例为7∶3的混合砂，采用碎石粒径在5mm～25mm，石粉含量低，粒径较大、颗粒形状较好且级配良好的骨料。优化混凝土配合比后，对温度裂缝的控制达到了较好的预期效果。

（2）混凝土在浇筑完成后，经温度曲线数据分析：①表面温度最先达到峰值，且当混凝土温度达到峰值时，中部温度＞表面温度＞底部温度。②混凝土在第92小时达到温度峰值52.43℃，随后进入降温阶段。受大气温度影响，表面温度下降速率最快，中部与下部温度下降速率较为平缓。③在温度监测期间，混凝土表面温度与内部温差始终控制在25℃以内，满足规范要求。

（3）数值模拟结果显示：①混凝土浇筑后底板内温度分布存在一定差异，其中存在局部温度上升较快而造成混凝土内部温差较大的现象。原因是混凝土从浇筑开始到结束施工周期过长，造成局部水化热反应升温过快而其他部位升温滞后。②混凝土在浇筑后顶部温度最先达到峰值。温度达到峰值后，混凝土中部温度最高，且分布最为均一，与温度曲线分析结果基本吻合，进一步验证了温度曲线分析结果的合理性。

（4）混凝土受水化热反应放热、环境温度变化等多因素的影响，现场由专人对混凝土采取表面覆膜、冷却水管控制等措施，最终在拆模后混凝土表面未出现温度裂缝，既验证了温控措施的合理性与有效性，也为后续类似项目提供了有益参考。