钱塘江中上游衢江（金华段）航运开发工程
衢江姚家枢纽水利土建工程
大体积混凝土温控方案
编制：
审核：
审批：
浙江省第一水电建设集团股份有限公司
兰溪姚家枢纽工程项目经理部
二〇一四年十月十日
目 录
一、工程概述 ................................................................................................................................................... 1 二、编制依据 ................................................................................................................................................... 1 三、气象条件 ................................................................................................................................................... 1 四、配合比及温控理论分析 ........................................................................................................................... 2 4.1混凝土配合比 ........................................................................................................................................ 2 4.2温控理论分析 ........................................................................................................................................ 2 五、温度控制措施 ........................................................................................................................................... 3 5.1基础工作 ................................................................................................................................................ 3 5.2技术措施 ................................................................................................................................................ 4 （一）施工安排 ........................................................................................................................................... 4 （二）浇筑温度控制 ................................................................................................................................... 5 （三）表面保湿及养护 ............................................................................................................................... 5 六、主要管理措施 ........................................................................................................................................... 6 七、温控责任人 ............................................................................................................................................... 6 八、混凝土裂缝控制计算书 ........................................................................................................................... 6
姚家枢纽水利土建工程大体积砼温控方案
一、工程概述
本工程位于金华兰溪市衢江左岸游埠镇下游约10km，兰溪市上游约17km处，属于衢江干流六级开发中的最后一级。枢纽工程为Ⅲ等工程，主要建筑物等级为3级，设计、校核洪水标准分别为50、100年一遇。工程主要结构包括：发电厂房、泄洪闸及附属工程。其中发电厂房、泄洪闸底板、闸墩均为钢筋砼结构。主发电厂房平面尺寸为69m×.5m，底板厚度3.5m以上；泄洪闸闸墩墙高14m；闸室共计33孔，闸墩长18m厚2.5 m，闸室基础、底板厚度3m，宽度16.5m。
累计砼总量约：27.8万m3，工程历时40个月。
鉴于发电厂房底板、边墙和闸室基础、底板及闸墩均为大体积砼，为了防止温度应力引起裂缝缩短，影响砼的外观质量，甚至可能对主体结构的使用寿命造成影响，需要对大体积砼进行温度控制，以保证钢筋砼结构的耐久性的运行安全。
二、编制依据
1.本标段投标文件、合同文件和施工图纸 2.《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2001） 3.《混凝土结构工程施工规范》(PGB 506666－2011) 4.《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》 混凝土工程(SL632-2012)
5.《建筑质量通病防治监理实施细则》
6.《水利水电工程施工测量规范》（DL∕T_5173-2003） 7.《水利工程建设项目施工监理规范》（SL 288-2003） 8. 国家和浙江省地方的其它相关行业标准和条例
三、气象条件
工程所在地金华市属中亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显，温和湿润，四季分明，日照充足，雨量丰沛。据金华市气象站多年实测资料统计：多年平均气温17.3℃，极端最高气温40.5℃（1966年8月9日），极端最低气温-10.4℃（1970年1月16日），全年高于35℃的高温天气年均为26.5天，以7月份气温最高（平均气
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温27.6~29.2℃），1月份气温最低（平均气温4.5~5.4℃）；多年平均相对湿度79%。
四、配合比及温控理论分析 4.1混凝土配合比
泄洪闸闸室底板及闸墩厚度标准断面厚度分别为3.0m和2.5m，砼设计强度等级为C25（其中闸底板为C30）。施工前，项目部预先委托具有水利乙级资质的杭州大业建设工程检测有限公司进行配合比设计，设计完成并经过监理验证的配合比参数如下表：
C25W6F50砼配合比（单位：kg/m）
水泥 粉煤灰 砂 天然砂 555 卵石 5~20mm 406 卵石 碎石 水 P·O 42.5 Ⅱ级灰 225 40 20~40mm 40~80mm 406 542 122 减水剂 引气剂 水胶比 0.46 砂率 设计坍落度 (%) 29 70~90mm 3
4.70.0570 04 3
C30W6F50砼配合比（单位：kg/m）
水泥 粉煤灰 砂 卵石 卵石 水 P·O 42.5 Ⅱ级灰 天然砂 5~20mm 20~40mm 331 58 497 494 742 140 减引气水剂 剂 7.00.0702 78 水胶比 0.36 砂率 (%) 28.5 设计坍落度 70~90mm 4.2温控理论分析
大体积砼温度控制是确保大体积砼不产生微裂缝的主要因素，它必须由砼配合比设计、砼测温以及砼的覆盖保温、养护等技术手段和措施才能实现。在绝热条件下，砼的最高温度是浇筑温度与水泥水化热温度的总和。但在实际施工中，砼与外界环境之间存在热量交换，故砼内部最高温度由浇筑温度、水泥水化热温度和砼在浇筑过程中散热温度三部分组成，如下图所示：
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砼温度组成因素图 在施工中，我们主要控制的是砼内部温度和表面温度的差值、砼表面与环境温度的差值，使二种温度差值满足规范的要求，即通过合理措施有效地控制或降低砼的损益温度、绝热温升、浇筑温度，确保砼内外温度差≤25℃。经过对砼温度组成因素进行理论上分析，影响砼温度控制的主要因素如下：
1.砼绝对温升是指水泥水化热，选择适当品种水泥，以控制水泥水化热能，可有效控制砼绝对温升。
2.合理有效的保温措施可以降低砼的内外温度差值，达到设计温差要求，是大体积砼温度控制的关键因素之一。
3.环境温度过高，降低砼拌和温度，从而能有效地控制砼入模温度，是大体积砼温控关键因素之一。
五、温度控制措施 5.1基础工作
按照施工计划安排，底板砼宜避开在7、8月份施工，夏季大体积砼的施工技术要求比较高，在施工中防止砼因水泥水化热引起的温差产生温度应力裂缝是极为必要
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的。因此，应从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证基础底板大体积砼顺利施工。
1.水泥：考虑到水泥用量较高时容易产生大量水化热，特别是应用到底板等大体积砼中，由于浇筑速度较快，水化热不易散发，在砼内部温度过高，与砼表面产生较大的温度差，使砼内部产生压应力，表面产生拉应力；当表面拉应力超过早期砼抗拉强度时就会产生温度裂缝。在综合考虑本地区水泥供应厂商的具体情况后，本工程最终确定采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，通过掺加合适比例的粉煤灰来改善砼的性能，减少水泥水化热的产生。
2.粗骨料：选用级配良好的卵石配制的砼，和易性较好，抗压强度较高，同时还可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低砼升温。
3.细骨料：采用人工砂，含泥量不大于3.0%。根据施工经验，选用平均粒径较大的中砂拌制的砼比采用细砂伴制的砼可减少用水量10%左右，相应减少水泥用量，水化热减少，降低砼升温，并可减少砼收缩。
4.粉煤灰：为了改善砼的和易性，并降低胶凝材料中水泥的掺量，考虑掺加适量比例的粉煤灰。按照规范要求，采用普通硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰砼时，其粉煤灰取代水泥的最大限量如下表：
设计砼强度等级 C25~C30 粉煤灰取代水泥的百分率 15%~20% 粉煤灰对降低水化热、改善砼的和易性有利，但掺加粉煤灰的砼早期极限抗拉值均有所降低，对砼抗渗不利，因此粉煤灰的掺量不能超过上限值。
5.在气温适宜的时段，拌和用水通过高压水泵在附近衢江中进行取水供应；当进入高温天气，在昼间气温持续超过35℃的情况下，经过测定，砼的入模温度不能够满足小于或等于30℃的要求时，项目部将通过水泵采集地下水供应砼拌和使用。
5.2技术措施 （一）施工安排
1.施工中应控制砼的浇筑温度，充分利用低温季节施工。
2.当遇到持续高温的天气时，大体积砼应在一天中气温较低时进行。尽可能安排在傍晚浇筑而避开炎热的白天，也不宜在早上浇筑以免气温升到最高时加剧砼内部温
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升。
3.安排浇筑计划前，应首先做好备料计划，特别要事先与供应厂商约定提供具有一定陈伏期的水泥和粉煤灰，经过一周左右陈伏期后，胶凝材料将会自动降温，有利于水化热的控制。
4.施工前和施工过程中，安排专人对粗骨料进行定期洒水喷淋降温。 5.做好地下水源的采备工作，以便在持续高温天气随时投入使用。
（二）浇筑温度控制
1．采取下列措施降低料仓骨料温度： 1）通过地笼取料；
2）搭盖凉棚，喷水雾降温（砂子除外）等。 2.混凝土拌和时，采用冷水降温措施。
3.在高温季节施工时，应根据具体情况，采取下列措施，以减少混凝土的温度回升：
1）缩短混凝土的运输及卸料时间，入仓后及时进行平仓振捣，加快覆盖速度，缩短混凝土的曝晒时间；
2）混凝土浇筑宜安排在早晚、夜间及利用阴天进行； 3）当浇筑块尺寸较大时，可采用台阶式浇筑法。
（三）表面保湿及养护
1.养护采取覆盖、洒水等措施，养护期内保持砼表面处于常湿状态。
2.养护毯应覆盖严密，接缝处重叠覆盖不应少于30cm，边角处应加倍保温。养护水温度与砼表面温度之差不宜大于15℃。
3.在低温季节和气温骤降季节，混凝土应进行早期表面保护。
4.在气温变幅较大的季节，长期暴露的基础混凝土及其他重要部位，必须加以保护。
5.模板拆除时间应根据混凝土强度及混凝土的内外温差确定，并应避免在夜间或气温骤降时拆模。在气温较低季节，当预计拆模后有气温骤降，应推迟拆模时间；如必须拆模时，应在拆模的同时采取保护措施。
6.28d龄期内的混凝土，应在气温骤降前进行表面保护。浇筑面顶面保护至气温骤降结束或上层混凝土开始浇筑前。
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六、主要管理措施
1.制拌砼的原材料均需进行检测，合格后方可使用。同时要注意各项原材料的温度，以保证混凝凝土的入模温度。保证拌合设备的完好和生产的连续性，并具有足够的单仓拌合强度。
2.在砼搅拌站设专人巡视，确保计量准确。
3.到场的砼应随时检查砼的坍落度，砼的浇筑应连续进行，间隙时间不超过3~5h。
4.浇筑砼前，应按照程序做好各项验收准备工作，工作不到位不得开仓浇筑砼。 5.加强砼试块制作及养护的管理，试块拆模后及时编号并送入标养室进行养护。
七、温控责任人
项目负责人 项目总工 专业工程师 砼浇筑负责人 振捣负责人 养护负责人 搅拌站计量负责人 测温负责人 现场用电负责人 李记涛 于 来 何栋 张荣杰、汪发干、林强俊 郑宝红 郑宝红、沈晓狄 旭、陈世杰 肖军 陈世杰 八、混凝土裂缝控制计算书
姚家枢纽泄洪闸、发电厂房及附属工程工程；工程建设地点:兰溪市下叶村；发电厂房平面尺寸为69m×.5m，底板厚度3.5m以上；泄洪闸边墩墙高14m，闸室共计33个结构段，墩高14m厚2.5 m，底板厚度2m，宽度16.5m，工程砼总量约27.8万m3。
本计算，拟采用C25标号砼作为计算模型，实际过程，将根据规范对试验和施工测试、反馈进行调整。
8.1.自约束裂缝控制计算计算书
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1、计算原理:
浇筑大体积砼时,由于水化热的作用,中心温度高,与外界接触的表面温度低, 当砼表面受外界气温影响急剧冷却收缩时,外部砼质点与砼内部各质点之间相互约束,使表面产生拉应力,内部降温慢受到自约束产生压应力.则由于温差产生的最大拉应力可由下式计算:
式中 σt ——砼的拉应力(N/mm2);
E(t) ——砼的弹性模量(N/mm2); α ——砼的热膨胀系数(1/℃);
△T1 ——砼截面中心与表面之间的温差(℃);其中心温度按下式计算
计算所得中心温度为：28.542度
ν ——砼的泊松比,取0.15 － 0.20;
由上式计算的σt如果小于该龄期内砼的抗拉强度值, 则不会出现表面裂缝,否则则有可能出现裂缝,同时由上式知采取措施控制温差△T1就有可有效的控制表面裂缝的出现 。
大体积砼一般允许温差宜控制在20℃ － 25℃范围内.
2 、计算:
取E0=2.80×104N/mm2,α=1×10-5,△T1=8.542℃,ν = 0.15 1) 砼在3.00d 龄期的弹性模量,由公式:
计算得: E(3)=0.66 × 104N/mm2 2) 砼的最大拉应力公式:
计算得: σt = 0.44N/mm2
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3) 3d龄期的抗拉强度公式:
计算得: ft(3)=0.54N/mm2
结论：因内部温差引起的拉应力小于该龄期内砼的拉抗强度值，所以满足要求。
8.2、浇筑前裂缝控制计算计算书
1、计算原理:
大体积砼基础或结构(厚度大于1m)贯穿性或深进的裂缝,主要是由于平均降温差和收缩差引起过大的温度收缩应力而造成的.砼因外约束引起的温度(包括收缩)应力(二维时),一般用约束系数法来计算约束应力按以下简化公式计算:
ΔT=T0+(2/3)×T(t)+Ty(t)-Th
式中 σ ── 砼的温度(包括收缩)应力 (N/mm2);
E(t) ── 砼从浇筑后至计算时的弹性模量(N/mm2),一般取平均值; α ── 砼的线膨胀系数,取1 × 10-5; T0 ── 砼的浇筑入模温度(℃);
T(t) ── 浇筑完一段时间t,砼的绝热温升值(℃);砼的最大综合温差(℃)绝对值,如为降温取负值;当大体积砼基础长期裸露在室外,且未回填土时,△T 值按砼水化热最高温升值(包括浇筑入模温度)与当月平均最低温度之差进行计算;计算结果为负值,则表示降温;
Ty(t) ── 砼收缩当量温差(℃);
Th ── 砼浇筑完后达到的稳定时的温度,一般根据历年气象资料取当年平均气温(℃);
S(t) ── 考虑徐变影响的松弛系数, 一般取0.3-0.5; R ── 砼的外约束系数,当为岩石地基时,R=1;当为可滑动垫层时,R=0,一般土地基取0.25-0.50;
νc ── 砼的泊松比.
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2、计算:
取S(t) = 0.19,R = 1.00,α = 1 × 10-5,νc = 0.15. 1) 砼3d的弹性模量公式:
计算得:E(3) = 0.60× 104
2) 最大综合温差△T = 25.10(℃)
最大综合温差△T均以负值代入下式计算. 3) 基础砼最大降温收缩应力计算公式:
计算得: σ =0.34(N/mm2) 4) 不同龄期的抗拉强度公式:
计算得:ft(3) = 0.54(N/mm2) 5) 抗裂缝安全度:
k=0.54/0.34 = 1.59 > 1.15 满足抗裂条件
8.3、浇筑后裂缝控制计算计算书 1、计算原理 :
弹性地基基础上大体积砼基础或结构各降温阶段综合最大温度收缩拉应力 ,按下式计算:
降温时,砼的抗裂安全度应满足下式要求:
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式中 σ(t) ──各龄期砼基础所承受的温度应力(N/mm2); α ── 砼的线膨胀系数,取1 × 10-5; ν ── 砼的泊松比, 当为双向受力时,取0.15; Ei(t) ── 各龄期综合温差的弹性模量(N/mm2); △Ti(t) ── 各龄期综合温差,（℃）;均以负值代入; Si(t) ── 各龄期砼松弛系数; cosh ── 双曲余弦函数;
β ── 约束状态影响系数,按下式计算:
H ── 大体积砼基础式结构的厚度(mm);
Cx ── 地基水平阻力系数(地基水平剪切刚度)(N/mm2); L ── 基础或结构底板长度(mm); K ── 抗裂安全度,取1.15; ft ── 砼抗拉强度设计值(N/mm2);
2、计算 :
(1) 计算各龄期砼收缩值及收缩当量温差: 取εy0 = 3.24 × 10-4;
M1=1.00;M2=1.00;M3=1.00;M4=1.21;M5=1.00; M6=0.93;M7=1.00;M8=1.00;M9=1.00;M10=0.85; 则3d收缩值为:
εy(3) = εy0 × M1 × M2 ×...... × M10(1 - e-0.01 ×3) = 0.092 × 10 -4 3d收缩当量温差为:
Ty(3) = εy(3) / α = 0.916（℃） 同样由计算得:
εy(6) = 0.180 × 10-4 Ty(6) = 1.805（℃） εy(9) = 0.267 × 10-4 Ty(9) = 2.667（℃） εy(12) = 0.350 × 10-4 Ty(12) = 3.504（℃） εy(15) = 0.432 × 10-4 Ty(15) = 4.317（℃）
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εy(18) = 0.511 × 10-4 Ty(18) = 5.105（℃） εy(21) = 0.587 × 10-4 Ty(21) = 5.870（℃） (2) 计算各龄期砼综合温差 6d综合温差为:
T(6) = T(3) - T(6) + Ty(6) - Ty(3) = 3.39（℃） 同样由计算得: T(9) = 4.36（℃） T(12) = 4.34（℃） T(15) = 3.81（℃） T(18) = 2.79（℃） T(21) = 2.57（℃） (3) 计算各龄期砼弹性模量 3d弹性模量:
E(3) = Ec × ( 1 - e -0.09 × 3) = 0.71 × 104 (N/mm2) 同样由计算得:
E(6) = 1.25 × 104 (N/mm2) E(9) = 1.67 × 104 (N/mm2) E(12) = 1.98 × 104 (N/mm2) E(15) = 2.22 × 104 (N/mm2) E(18) = 2.41 × 104 (N/mm2) E(21) = 2.55 × 104 (N/mm2) (4) 各龄期砼松弛系数
根据实际经验数据荷载持续时间t,按下列数值取用:
S(3) = 0.186 S(6) = 0.208 S(9) = 0.214 S(12) = 0.215 S(15) = 0.233 S(18) = 0.252 S(21) = 0.301 (5) 最大拉应力计算
取 α = 1.0 × 10-5 ν = 0.15 Cx=0.02N/mm2 H=2500mm L=18000mm 根据公式计算各阶段的温差引起的应力
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1) 6d (第一阶段): 即第3d 到第6d温差引起的的应力: 由公式：
得：β = 0.2528 × 10-4 再由公式：
得：σ(6) = 0.003(N/mm2) 同样由计算得：
2) 9d:即第6d到第9d温差引起的应力: σ(9) = 0.004(N/mm2)
3) 12d:即第9d到第12d温差引起的应力: σ(12) = 0.004(N/mm2)
4) 15d:即第12d到第15d温差引起的应力: σ(15) = 0.003(N/mm2)
5) 18d:即第15d到第18d温差引起的应力: σ(18) = 0.003(N/mm2)
6) 21d:即第18d到第21d温差引起的应力: σ(21) = 0.003(N/mm2)
7) 总降温产生的最大温度拉应力:
σmax = σ(6) + σ(9) + σ(12) + σ(15) + σ(18) + σ(21) = 0.019(N/mm2) 砼抗拉强度设计值取1.43(N/mm2)则抗裂缝安全度: K = 1.430/0.019 = 77.112>1.15, 满足抗裂条件
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