李鑫淼 張淑鵬

永定新河治理一期防潮閘工程位于永定新河河口64+031處。防潮閘共20孔,閘室總寬350m,每孔凈寬15m,閘室長29m。閘室布置深槽8孔,底板高程-6.0m,深槽兩側(cè)各布置淺孔6孔,底板高程-1.0m。閘室采用筏式底板,兩孔一聯(lián),底板長29m、寬35m、厚2m,其中齒腳部位厚3.5m;深孔閘墩高11.8m,淺孔閘墩高6.8m,閘墩底部長29m、頂部長32m;中墩厚2m,縫敦厚1.5m,閘墩、底板均為C25F150混凝土。

依據(jù)JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》,混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸等于或大于1m,或因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大(≥25℃)而導(dǎo)致裂縫的混凝土均為大體積混凝土。永定新河防潮閘閘墩、底板的結(jié)構(gòu)尺寸較大,同時需要在冬季施工。為防止有害裂縫的產(chǎn)生,確?；炷翝仓|(zhì)量,采取了一系列防裂措施。

1 大體積混凝土溫度裂縫原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工中,由于水泥與水之間的水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的水化熱,在混凝土內(nèi)部形成溫度應(yīng)力,加上混凝土結(jié)構(gòu)外部受地基等約束以及外部環(huán)境條件變化等多種因素的作用下,在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時,混凝土內(nèi)部或表面就會產(chǎn)生裂縫,影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,降低混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[1]。

2 裂縫控制措施

2.1 合理選擇混凝土的各種材料,優(yōu)化混凝土配合比

本工程瀕臨渤海,空氣中Cl-含量高,若有裂縫,在潮濕環(huán)境下會誘使鋼筋發(fā)生銹蝕,影響混凝土對鋼筋的握裹力,降低結(jié)構(gòu)使用壽命;又因為是冬季施工,所以需對混凝土配合比進行優(yōu)化,以確定滿足需求的配合比。首先,為滿足抗凍要求,水灰比宜大于0.5;為降低混凝土中的水化熱,摻入大量磨細礦粉,使用性能優(yōu)良的高效外加劑(具有很高的減水作用);減少水泥用量,同時嚴(yán)格控制砂、石等堿骨料含量,達到控制產(chǎn)生裂縫的目的。經(jīng)室內(nèi)實驗確定的冬季施工混凝土配合比見表1。

表1 冬季施工混凝土配合比 kg

2.2 制定科學(xué)施工方案,加強施工過程溫度控制

冬季混凝土施工時,如不采用保溫防凍措施,新澆混凝土中的液態(tài)水將發(fā)生凍結(jié)。由于液態(tài)水凍結(jié)后體積增加9%,引起混凝土各組分之間發(fā)生相對移動,從而使得振搗后的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。當(dāng)混凝土解凍后,破壞了的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不再恢復(fù)原狀,最終導(dǎo)致混凝土抗凍及抗裂等強度指標(biāo)顯著降低,因此,施工中必須防止凍裂。

首先,在混凝土攪拌和運輸時加強溫度控制。混凝土拌和采用熱水,溫度要控制在50℃以上,但不得超過60℃;混凝土拌和時的加料順序為:熱水→骨料→外加劑→水泥→礦粉。水泥入倉時,倉內(nèi)溫度控制在50℃以下,防止水泥發(fā)生假凝現(xiàn)象?；炷涟韬衔锍鰴C溫度控制在14.6℃左右。在混凝土運輸、澆筑過程中,為減少混凝土熱量損失,對混凝土運輸車罐體及泵送混凝土的泵管加裝保溫套,控制混凝土入倉溫度在12℃左右。

其次,在混凝土澆筑倉四圍,用腳手架及彩條布搭設(shè)2.5～3.0m施工圍擋,避免冬季大風(fēng)吹入混凝土澆筑倉,改善混凝土倉施工條件并提高澆筑倉內(nèi)溫度,減少風(fēng)力造成的底板混凝土上表面水分蒸發(fā)。施工過程中,注意天氣變化情況,混凝土開倉澆筑要盡可能選在天氣晴好的白天或氣溫不發(fā)生驟降的時間;澆筑過程中由于倉內(nèi)面積較大,暫時不澆筑的倉面采用吸濕較小的保溫材料進行覆蓋保溫。

最后,在混凝土澆筑完畢后立即覆蓋保溫,表面覆蓋塑料薄膜,上鋪草簾(或棉被)嚴(yán)密封蓋。根據(jù)混凝土的澆筑時間和天氣變化,加強混凝土外露面及模板表面的苫蓋。由于閘底板面積較大且澆筑時間較大,在施工前將保溫材料覆蓋在側(cè)模上并使用鉛絲加固牢靠;由于閘墩體形較高,在施工過程中隨著混凝土澆筑液面的升高,及時使用保溫材料對閘墩進行包裹,同時在澆筑完成后外部使用彩條布進行包裹,對混凝土進行保溫保濕。

2.3 冷卻管循環(huán)水降溫

為了降低混凝土內(nèi)部水化熱,防止由于混凝土內(nèi)外溫度過大而出現(xiàn)溫度裂縫,采取在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管的方法,降低混凝土內(nèi)部溫度,減少混凝土內(nèi)外溫差。

在閘底板和閘墩均布設(shè)冷卻水管。閘墩冷卻水管沿豎向布置,在閘墩內(nèi)呈螺旋形上升。

冷卻管冷卻采用一期冷卻法,即在混凝土澆筑完畢后立即通水冷卻。首先從進水口將冷卻水(水溫與混凝土內(nèi)部溫度溫差控制在15～20℃)注入閘墩冷卻水管內(nèi),隨后從出水口將水排至出水口水箱內(nèi),再將出水口水箱內(nèi)水由泵引至進水口水箱內(nèi),由泵注入冷卻水管內(nèi),如此形成循環(huán)輸水系統(tǒng),降低混凝土內(nèi)部溫度。整個混凝土冷卻持續(xù)時間根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度變化情況決定,且不小于10 d,同時根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度情況及時調(diào)整循環(huán)冷卻水的循環(huán)速度。

在冷卻水施工結(jié)束后,將冷卻水管內(nèi)的冷卻水全部抽空,隨后采用壓力灌漿的方法將冷卻水管進行封堵。

2.4 加強混凝土養(yǎng)護

由于閘底板、閘墩等混凝土施工處于低溫季節(jié),采用綜合蓄熱法養(yǎng)護,用導(dǎo)熱系數(shù)小、防風(fēng)耐用的保溫材料。混凝土保溫養(yǎng)護的主要目的是減少混凝土表面的熱擴散,降低混凝土結(jié)構(gòu)溫度梯度,防止產(chǎn)生表面裂紋;保濕養(yǎng)護的主要目的是防止混凝土表面失水出現(xiàn)收縮裂紋。

拆除模板時,要將保溫材料分部位逐層拆除,使混凝土表面溫度逐漸下降。當(dāng)混凝土表面溫度與空氣溫度的溫差不大于20℃時,方可拆除模板。模板拆除后立即覆蓋一層塑料薄膜,并在薄膜外掛草簾、棉絮或橡膠海綿等保溫材料,對混凝土進行保溫保濕養(yǎng)護,防止風(fēng)裂和溫度裂縫。側(cè)墻的塑料薄膜粘結(jié)牢固,保溫材料用原模板的支立系統(tǒng)進行固定;頂板部分用鋼管壓牢。

3 結(jié) 語

永定新河治理一期工程在閘底板、閘墩混凝土施工中,嚴(yán)格地控制了原材料、攪拌、澆筑、養(yǎng)護、溫控等各個環(huán)節(jié),減少了裂縫的產(chǎn)生。

(1)通過對現(xiàn)場混凝土取樣檢測,證明優(yōu)化的混凝土配合比滿足了混凝土的強度、抗凍、抗?jié)B、防凍要求,摻磨細礦粉改善了混凝土的和易性,同時降低了混凝土的水化熱。

(2)通過科學(xué)組織施工,加強現(xiàn)場控制,提高了混凝土澆筑倉內(nèi)溫度,改善冬季混凝土施工作業(yè)環(huán)境,保證混凝土入倉澆筑溫度及早期強度的上升,防止混凝土凍害的發(fā)生。

(3)由于采用冷卻水管循環(huán)水降溫系統(tǒng),有效地降低了混凝土內(nèi)部溫升速度和峰值,避免了裂縫的產(chǎn)生。

(4)通過加強混凝土后期保溫養(yǎng)護,控制了大體積混凝土內(nèi)、表溫度變化梯度,有效地減少了表面裂縫的產(chǎn)生,保證了工程質(zhì)量。

[1] 尹洪明,王靜.大體積混凝土的溫度控制與防裂[J].山西建筑,2008,34(29):164-165.