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【摘要】针对已建及周边在建泵站工程有裂缝出现，尤其出水流道下游侧容易开裂，是突出的施工技术难题。结合新建睢宁二站泵站工程气象地质条件、施工特点，对混凝土浇筑温控防裂措施加以优化，且成功应用在泵站底板、流道层混凝土浇筑中。对各项温控措施成效的统计分析表明，睢宁二站温控工作取得了预期成效，混凝土至今未发现危害性的温度裂缝。
【关键词】睢宁二站；泵站混凝土；温控防裂；管理措施；研究
混凝土裂缝控制是目前一项国际性的技术难题。尤其是对大型泵站底板、进出水流道而言，一方面它们属于大体积混凝土，另一方面这些部位结构非常复杂，断面变化大，混凝上标号相对较高，因此更容易开裂。由于水工混凝土裂缝产生和扩展问题的复杂性以及人们对于裂缝问题的认识不足，到目前为止，仍然没有一套能够彻底防止这些裂缝的方案。本文结合南水北调在建睢宁二站工程，分析研究大型泵站裂缝防治方案，并从原材料、施工等方面优化了避免这类裂缝产生的措施。睢宁二站工程防裂措施中，控制浇筑速度及温升，加强混凝土养护和表面处理，采用新材料——模板膜，预防早期、后期裂缝
1.工程概况
1.1工程基本情况
新建睢宁二站工程位于徐州市睢宁县沙集镇境内的徐洪河输水线上，坐落于睢宁一站的西侧，与睢宁一站及运河线上的刘老涧泵站枢纽共同组成南水北调东线工程的第五个梯级。工程设计调水流量60m3/s，安装4台立式液压全调节混流泵（含1套备机），单机设计流量20.2m3/s，总装机功率12000KW。泵站采用肘型进水流道，虹吸管出水流道，真空断流阀断流。工程总投资2.41亿元，土建合同造价8227.99万元，合同工期22个月。
1.2气象地质条件
本区属于暖温带半湿润季风气候区，冷暖变化和旱涝灾害十分突出。历年最大降水为1354.3mm，最小降水为557.7mm，故常有旱、涝、渍、冻等自然灾害。暴雨成因是黄淮气旋、台风和切变线等。多年平均气温14℃，历年平均气温小于5℃的天数100天，历年最大风速24.2m/s，多年平均风速13.43m/s。历年平均日照2393小时。历年平均无霜期214天。本区主要属新华夏系第二巨型隆起带，另外秦岭—昆仑构造带也进入区内，并与前者联合形成徐州弧形构造。睢宁二站位于郯庐断裂带西侧两断裂之间，西侧断裂在本地区隐伏于地下约160～200m，区域构造稳定性差。
2.温控设计及标准
2.1温控设计
以底板31.8×33.5×（1.7～3.3）m为例，进行大体积混凝土温控计算。依据《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）、《水工混凝土施工规范》（DLT5144—2001）及相关技术规范。底板混凝土设计配合比为水：水泥：砂：石：减水剂：引气剂：粉煤灰=142：281：766：1109：5.994：3.33：51.6，冷却水管選用直径为5cm的高密聚乙烯塑料管，弓形布置。由计算可得，拟用预埋冷却水管降温可以有效降低大体积混凝土的内外温差。根据招标文件，南水北调工程混凝土极限拉伸值较规范要求偏低，因此睢宁二站的温控标准较《混凝土重力坝设计规范》严格。
2.2温控标准
在混凝土性能试验的基础上，对结构的温度场及温度应力进行分析计算，并结合科研单位温控防裂研究成果，本工程的温控标准如下：①混凝土浇筑入仓温度不得高于28℃；②混凝土浇筑体的里表温差不大于25℃。
3.温控管理措施
3.1优选材料，优化配比，采用补偿收缩混凝土技术，提高抗裂性能
本泵站使用宿迁中联P.O42.5普通硅酸盐散装水泥（铝酸三钙含量6.15%<7%），骆马湖湖砂，安徽灵璧碎石，镇江特密斯生产的TMS—Y1—3型外加剂，拌和混凝土的水采用深井井水；混凝土中掺用粉煤灰邳州发电厂的Ⅰ级粉煤灰，以增加混凝土的和易性， 减少水泥用量。在不提高混凝土标号的情况下，站身部位混凝土掺聚丙烯腈纤维以增强混凝土的抗裂性能，掺入量0.9kg/m3。纤维长度12mm，直径18～20μm，熔点240°，极限伸长率11～20%，抗拉强度不小于600MPa。对不同部位的各种标号混凝土按设计及规范要求进行配合比设计，满足抗压、抗冻、防裂等要求。委托江苏省水利建设工程质量检测站（水利检测甲级资质）进行配合比设计，经监理工程师批准后实施。
3.2严控入仓温度，在保证泵送的前提下尽量降低水灰比， 以减少水泥水化热
本泵站混凝土采取集中拌和供应，配备75m3/h、60m3/h混凝土拌和楼各1台套，配400t水泥罐，200t粉煤灰罐，80m3/h拖式泵车2台，5t装载机3台。在站身中间位置地连墙围护留空段设置一条通往泵站站身的施工便道，用于材料、设备的运输。站身施工时的垂直运输采用塔吊。混凝土的运输采用停放拌和楼出料口下泵车通过泵管输送直接入仓。采用深层地下水拌制混凝土。采用深度15m以下的地下水拌制混凝土，尽量做到随抽随用，尽可能减少水温回升。进入搅拌罐时水温控制在20～21℃。对砂、碎石采用表面遮阳，高堆深取法使用，堆高8～15m以上。混凝土出机口温度仍不能满足要求时对碎石喷淋地下水进一步降温。水泥采用出炉一个月以上，温度趋于稳定的罐存散装水泥。
3.3对不同结构，合理分缝分块进行防裂
本泵站钢筋布设双层，控制混凝土保护层厚度，为补偿混凝土自身的收缩变形，采取在混凝土中掺防渗抗裂剂。在流道段，进行混凝土后浇带设置，待混凝土收缩完成，再用提高防渗抗裂剂掺量的微膨胀混凝土回填后浇带。对不同浇筑部位，合理选用混凝土强度和等级。
3.4加快浇筑速度，控制浇筑温升，做好混凝土表面保温保湿工作
根据试验选用适当的混凝土坍落度；混凝土泵启动后应先泵送适量水，以湿润混凝土泵的料斗、混凝土缸和输送管等直接与混凝土接触的部位；泵送水后再采用泵送水泥浆润滑上述部位，润滑用的水泥浆应分散布料，不得集中浇筑在同一地方；开始泵送时，混凝土泵应处于慢速、匀速运行的状态，然后逐渐加速；同时应观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统工作正常后方可以正常速度泵送；混凝土泵送工作尽可能连续进行，混凝土缸的活塞应保持以最大行程运行，以便发挥混凝土泵的最大效能，并可使混凝土缸在长度方向上的磨损均匀；混凝土泵若出现压力过高且不稳定、油温升高。输送管明显振动及泵送困难等现象时，不得强行泵送，应立即查明原因予以排除。可先用木槌敲击输送管得弯管。锥形管等部位，并进行慢速泵送或反泵，以防止堵塞。针对工程工期紧、施工强度高，解决防裂问题，对混凝土浇筑温控防裂措施加以优化，引进新材料，新工艺——将模板膜加在温控中，降低表面温差。 3.5确保混凝土层间结合良好，降低内部最高温升
本泵站预先布置好混凝土卸料点和卸料次序，加强卸料指挥， 加强混凝土平仓振捣，防止骨料分离，防止漏振欠振和薄边角部位脱空，保证混凝土内部质量均匀、密实，层间结合良好，防止混凝土内部产生薄弱面或初始裂缝。进水流道布置冷却水管，浇筑过程中混凝土温度超过冷却通水温度时，即开始通水冷却。通过调节进水阀门开度， 控制混凝土降温期降温速度。以削减水化热最高温升， 降低混凝土内外温差，使内外最大温差不超过25℃。
3.6布设冷却水管，通水冷却
为了防止因水化热温升而出现温度裂缝，本泵站在施工时布设冷却水管、通水冷却降低混凝土的内部温度，并对底板（流道、墩墙）降温施工效果进行评估总结，作为下一阶段通水冷却的重要依据。冷却水管拟选用直径为5cm的高密聚乙烯塑料管，弓形布置。对于混凝土厚度小于2m时，冷却水管按1层布设；混凝土厚度超过2m时，冷却水管按多层布设，上下层间距1.0m。埋设时，水管距底面75cm、距混凝土邊75cm，水平间距2m，单根水管长度134m。采用浇筑前预埋的方式，将冷却水管用扎丝绑扎固定在钢筋上。使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水。混凝土浇筑到各层水管标高时开始通水，采用深井井水，管中水流速约0.6m/s，水流方向每24小时调换一次。连续通水10—15天，并根据进出水口水温及时调整流速。混凝土浇筑过程中每4小时测量一次入仓温度。在墩墙位置埋设测温管，浇筑完成后前5天每4小时进行一次测温，以后每天进行2次测温，直到混凝土温度基本稳定。测温采用水银温度计，并做好现场记录，包括时间、气温、水管编号、进出口水温等。冷却水管完成混凝土冷却任务后，采取水泥砂浆灌注进行回填封堵。
4.结论
睢宁二站工程防裂措施中，优选材料，优化配比，站身部位混凝土掺聚丙烯腈纤维以增强混凝土的抗裂性能；合理减少水泥用量、水化热，预防裂缝出现；预留合适后浇带，对不同结构，合理分缝分块进行预裂；合理选用混凝土强度和等级；控制浇筑速度及温升，加强混凝土养护和表面处理，预防早期裂缝和后期裂缝；在温度控制方面，严格控制混凝土出机口温度和浇筑温度，采用冷却水管通水降温技术，降低混凝土内外、上下温差，减少温度应力；在施工方面，加强质量管理，科学合理地进行施工布署，改进施工工艺，确保混凝土质量，提高混凝土抗裂性能[4]。睢宁二站工程中，采用冷却水管降温后浇筑层最高温度Tm=46.16，新浇温凝土表面温度Ts为21.7℃，混凝土浇筑体的里表温差不大于25℃，符合要求；针对已建及周边在建泵站工程有裂缝出现，尤其出水流道下游侧，本工程由于优化方案，精细化管理，至今未发现危害性裂缝。
参考文献
[1]SL319—2005 混凝土重力坝设计规范[S].
[2]DLT5144—2001 水工混凝土施工规范[S].
[3]SL191—2008 水工混凝土结构设计规范[S].
[4]王星梅.大型泵站防裂技术研究与实践[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2006.
[5]刘泽俊，李延安，白士杰.茭陵泵站改造工程机组启动预试运行方案研究[J].水电能源科学，2011，（6）：157—162.
[6]刘泽俊，李延安，张占，丁钥，张志好，陈龙，高以宁.新建睢宁二站泵站深基坑施工方案优化[J].水电能源科学，2011，（10）： 68—157.
[7]赵富刚，牛文阁，李超毅.景洪水电站碾压混凝土温控防裂措施及组织管理[J].水利水电科技进展，2007，（6）：46—63.
[8]薛伟，吕芝林，张文科.洞坪水电站大体积混凝土温控防裂措施[J].水力发电，2005，（10）：64—68.
[9]张平.南水北调东线万年闸泵站混凝土温控防裂措施[J].南水北调与水利科技，2008，（2）：271—276.
[10] TAN Ye—fei ， ZHOU Zhi—fang. Simulation of solute transport in a parallel single fracture with LBM/MMP mixed method[J]. Journal of Hydrodynamics， 2008， 20（3）：365—372.
【关键词】睢宁二站；泵站混凝土；温控防裂；管理措施；研究
混凝土裂缝控制是目前一项国际性的技术难题。尤其是对大型泵站底板、进出水流道而言，一方面它们属于大体积混凝土，另一方面这些部位结构非常复杂，断面变化大，混凝上标号相对较高，因此更容易开裂。由于水工混凝土裂缝产生和扩展问题的复杂性以及人们对于裂缝问题的认识不足，到目前为止，仍然没有一套能够彻底防止这些裂缝的方案。本文结合南水北调在建睢宁二站工程，分析研究大型泵站裂缝防治方案，并从原材料、施工等方面优化了避免这类裂缝产生的措施。睢宁二站工程防裂措施中，控制浇筑速度及温升，加强混凝土养护和表面处理，采用新材料——模板膜，预防早期、后期裂缝
1.工程概况
1.1工程基本情况
新建睢宁二站工程位于徐州市睢宁县沙集镇境内的徐洪河输水线上，坐落于睢宁一站的西侧，与睢宁一站及运河线上的刘老涧泵站枢纽共同组成南水北调东线工程的第五个梯级。工程设计调水流量60m3/s，安装4台立式液压全调节混流泵（含1套备机），单机设计流量20.2m3/s，总装机功率12000KW。泵站采用肘型进水流道，虹吸管出水流道，真空断流阀断流。工程总投资2.41亿元，土建合同造价8227.99万元，合同工期22个月。
1.2气象地质条件
本区属于暖温带半湿润季风气候区，冷暖变化和旱涝灾害十分突出。历年最大降水为1354.3mm，最小降水为557.7mm，故常有旱、涝、渍、冻等自然灾害。暴雨成因是黄淮气旋、台风和切变线等。多年平均气温14℃，历年平均气温小于5℃的天数100天，历年最大风速24.2m/s，多年平均风速13.43m/s。历年平均日照2393小时。历年平均无霜期214天。本区主要属新华夏系第二巨型隆起带，另外秦岭—昆仑构造带也进入区内，并与前者联合形成徐州弧形构造。睢宁二站位于郯庐断裂带西侧两断裂之间，西侧断裂在本地区隐伏于地下约160～200m，区域构造稳定性差。
2.温控设计及标准
2.1温控设计
以底板31.8×33.5×（1.7～3.3）m为例，进行大体积混凝土温控计算。依据《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）、《水工混凝土施工规范》（DLT5144—2001）及相关技术规范。底板混凝土设计配合比为水：水泥：砂：石：减水剂：引气剂：粉煤灰=142：281：766：1109：5.994：3.33：51.6，冷却水管選用直径为5cm的高密聚乙烯塑料管，弓形布置。由计算可得，拟用预埋冷却水管降温可以有效降低大体积混凝土的内外温差。根据招标文件，南水北调工程混凝土极限拉伸值较规范要求偏低，因此睢宁二站的温控标准较《混凝土重力坝设计规范》严格。
2.2温控标准
在混凝土性能试验的基础上，对结构的温度场及温度应力进行分析计算，并结合科研单位温控防裂研究成果，本工程的温控标准如下：①混凝土浇筑入仓温度不得高于28℃；②混凝土浇筑体的里表温差不大于25℃。
3.温控管理措施
3.1优选材料，优化配比，采用补偿收缩混凝土技术，提高抗裂性能
本泵站使用宿迁中联P.O42.5普通硅酸盐散装水泥（铝酸三钙含量6.15%<7%），骆马湖湖砂，安徽灵璧碎石，镇江特密斯生产的TMS—Y1—3型外加剂，拌和混凝土的水采用深井井水；混凝土中掺用粉煤灰邳州发电厂的Ⅰ级粉煤灰，以增加混凝土的和易性， 减少水泥用量。在不提高混凝土标号的情况下，站身部位混凝土掺聚丙烯腈纤维以增强混凝土的抗裂性能，掺入量0.9kg/m3。纤维长度12mm，直径18～20μm，熔点240°，极限伸长率11～20%，抗拉强度不小于600MPa。对不同部位的各种标号混凝土按设计及规范要求进行配合比设计，满足抗压、抗冻、防裂等要求。委托江苏省水利建设工程质量检测站（水利检测甲级资质）进行配合比设计，经监理工程师批准后实施。
3.2严控入仓温度，在保证泵送的前提下尽量降低水灰比， 以减少水泥水化热
本泵站混凝土采取集中拌和供应，配备75m3/h、60m3/h混凝土拌和楼各1台套，配400t水泥罐，200t粉煤灰罐，80m3/h拖式泵车2台，5t装载机3台。在站身中间位置地连墙围护留空段设置一条通往泵站站身的施工便道，用于材料、设备的运输。站身施工时的垂直运输采用塔吊。混凝土的运输采用停放拌和楼出料口下泵车通过泵管输送直接入仓。采用深层地下水拌制混凝土。采用深度15m以下的地下水拌制混凝土，尽量做到随抽随用，尽可能减少水温回升。进入搅拌罐时水温控制在20～21℃。对砂、碎石采用表面遮阳，高堆深取法使用，堆高8～15m以上。混凝土出机口温度仍不能满足要求时对碎石喷淋地下水进一步降温。水泥采用出炉一个月以上，温度趋于稳定的罐存散装水泥。
3.3对不同结构，合理分缝分块进行防裂
本泵站钢筋布设双层，控制混凝土保护层厚度，为补偿混凝土自身的收缩变形，采取在混凝土中掺防渗抗裂剂。在流道段，进行混凝土后浇带设置，待混凝土收缩完成，再用提高防渗抗裂剂掺量的微膨胀混凝土回填后浇带。对不同浇筑部位，合理选用混凝土强度和等级。
3.4加快浇筑速度，控制浇筑温升，做好混凝土表面保温保湿工作
根据试验选用适当的混凝土坍落度；混凝土泵启动后应先泵送适量水，以湿润混凝土泵的料斗、混凝土缸和输送管等直接与混凝土接触的部位；泵送水后再采用泵送水泥浆润滑上述部位，润滑用的水泥浆应分散布料，不得集中浇筑在同一地方；开始泵送时，混凝土泵应处于慢速、匀速运行的状态，然后逐渐加速；同时应观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统工作正常后方可以正常速度泵送；混凝土泵送工作尽可能连续进行，混凝土缸的活塞应保持以最大行程运行，以便发挥混凝土泵的最大效能，并可使混凝土缸在长度方向上的磨损均匀；混凝土泵若出现压力过高且不稳定、油温升高。输送管明显振动及泵送困难等现象时，不得强行泵送，应立即查明原因予以排除。可先用木槌敲击输送管得弯管。锥形管等部位，并进行慢速泵送或反泵，以防止堵塞。针对工程工期紧、施工强度高，解决防裂问题，对混凝土浇筑温控防裂措施加以优化，引进新材料，新工艺——将模板膜加在温控中，降低表面温差。 3.5确保混凝土层间结合良好，降低内部最高温升
本泵站预先布置好混凝土卸料点和卸料次序，加强卸料指挥， 加强混凝土平仓振捣，防止骨料分离，防止漏振欠振和薄边角部位脱空，保证混凝土内部质量均匀、密实，层间结合良好，防止混凝土内部产生薄弱面或初始裂缝。进水流道布置冷却水管，浇筑过程中混凝土温度超过冷却通水温度时，即开始通水冷却。通过调节进水阀门开度， 控制混凝土降温期降温速度。以削减水化热最高温升， 降低混凝土内外温差，使内外最大温差不超过25℃。
3.6布设冷却水管，通水冷却
为了防止因水化热温升而出现温度裂缝，本泵站在施工时布设冷却水管、通水冷却降低混凝土的内部温度，并对底板（流道、墩墙）降温施工效果进行评估总结，作为下一阶段通水冷却的重要依据。冷却水管拟选用直径为5cm的高密聚乙烯塑料管，弓形布置。对于混凝土厚度小于2m时，冷却水管按1层布设；混凝土厚度超过2m时，冷却水管按多层布设，上下层间距1.0m。埋设时，水管距底面75cm、距混凝土邊75cm，水平间距2m，单根水管长度134m。采用浇筑前预埋的方式，将冷却水管用扎丝绑扎固定在钢筋上。使用前进行压水试验，防止管道漏水、阻水。混凝土浇筑到各层水管标高时开始通水，采用深井井水，管中水流速约0.6m/s，水流方向每24小时调换一次。连续通水10—15天，并根据进出水口水温及时调整流速。混凝土浇筑过程中每4小时测量一次入仓温度。在墩墙位置埋设测温管，浇筑完成后前5天每4小时进行一次测温，以后每天进行2次测温，直到混凝土温度基本稳定。测温采用水银温度计，并做好现场记录，包括时间、气温、水管编号、进出口水温等。冷却水管完成混凝土冷却任务后，采取水泥砂浆灌注进行回填封堵。
4.结论
睢宁二站工程防裂措施中，优选材料，优化配比，站身部位混凝土掺聚丙烯腈纤维以增强混凝土的抗裂性能；合理减少水泥用量、水化热，预防裂缝出现；预留合适后浇带，对不同结构，合理分缝分块进行预裂；合理选用混凝土强度和等级；控制浇筑速度及温升，加强混凝土养护和表面处理，预防早期裂缝和后期裂缝；在温度控制方面，严格控制混凝土出机口温度和浇筑温度，采用冷却水管通水降温技术，降低混凝土内外、上下温差，减少温度应力；在施工方面，加强质量管理，科学合理地进行施工布署，改进施工工艺，确保混凝土质量，提高混凝土抗裂性能[4]。睢宁二站工程中，采用冷却水管降温后浇筑层最高温度Tm=46.16，新浇温凝土表面温度Ts为21.7℃，混凝土浇筑体的里表温差不大于25℃，符合要求；针对已建及周边在建泵站工程有裂缝出现，尤其出水流道下游侧，本工程由于优化方案，精细化管理，至今未发现危害性裂缝。
参考文献
[1]SL319—2005 混凝土重力坝设计规范[S].
[2]DLT5144—2001 水工混凝土施工规范[S].
[3]SL191—2008 水工混凝土结构设计规范[S].
[4]王星梅.大型泵站防裂技术研究与实践[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2006.
[5]刘泽俊，李延安，白士杰.茭陵泵站改造工程机组启动预试运行方案研究[J].水电能源科学，2011，（6）：157—162.
[6]刘泽俊，李延安，张占，丁钥，张志好，陈龙，高以宁.新建睢宁二站泵站深基坑施工方案优化[J].水电能源科学，2011，（10）： 68—157.
[7]赵富刚，牛文阁，李超毅.景洪水电站碾压混凝土温控防裂措施及组织管理[J].水利水电科技进展，2007，（6）：46—63.
[8]薛伟，吕芝林，张文科.洞坪水电站大体积混凝土温控防裂措施[J].水力发电，2005，（10）：64—68.
[9]张平.南水北调东线万年闸泵站混凝土温控防裂措施[J].南水北调与水利科技，2008，（2）：271—276.
[10] TAN Ye—fei ， ZHOU Zhi—fang. Simulation of solute transport in a parallel single fracture with LBM/MMP mixed method[J]. Journal of Hydrodynamics， 2008， 20（3）：365—372.