蔡升

摘 要：船閘工程一般閘室底板施工質(zhì)量難以控制，易出現(xiàn)裂縫問題。本文從混凝土材料配比、施工工藝、溫控、養(yǎng)護(hù)各方面提出防止底板開裂的控制措施。

關(guān)鍵詞：閘室底板 裂縫 控制

船閘工程一般閘室底板面積較大，又是大體積混凝土，施工質(zhì)量難以控制，易出現(xiàn)裂縫問題。為防止船閘底板開裂，設(shè)計(jì)方面通常采取優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)尺寸，適當(dāng)提高配筋率等措施，但仍避免不了出現(xiàn)裂縫。筆者認(rèn)為，要想防止閘室底板開裂，施工質(zhì)量控制尤其重要。筆者從施工中的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)從以下各個(gè)方面加強(qiáng)控制。

1.混凝土配合比

閘室底板屬于大體積混凝土，因此比一般混凝土工程更加要嚴(yán)格控制好配合比。

（1）加強(qiáng)原材料的控制

為保證混凝土強(qiáng)度和耐久性滿足要求，應(yīng)合理選擇和控制原材料（水泥、骨料、外加劑等）質(zhì)量，必須滿足規(guī)范規(guī)定的要求，細(xì)骨料建議以中砂（細(xì)度模數(shù)2.4—2.8）為宜，船閘底板屬大體積混凝土，鋼筋不算密集，粗骨料建議采用三級(jí)級(jí)配（最大粒徑不超過80mm）。這樣適當(dāng)可以減少水泥用量，從而減小水泥水化熱。

（2）優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)

認(rèn)真進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)優(yōu)化混凝土配合比（如優(yōu)化外加劑摻量、粉煤灰摻量等）。選用質(zhì)量穩(wěn)定、水化熱較低的水泥，改善骨料級(jí)配，保證混凝土強(qiáng)度及和易性條件下，減少水泥用量，降低混凝土水化熱，改善混凝土性能，提高其抗裂能力。配合比設(shè)計(jì)還應(yīng)進(jìn)行開裂敏感性試驗(yàn)，大體積混凝土應(yīng)限制早期強(qiáng)度的發(fā)展，12h抗壓強(qiáng)度不宜大于8Mpa，24h抗壓強(qiáng)度不宜大于12Mpa。

（3）合理使用外加劑

在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間，使升溫期延長，有足夠的時(shí)間讓混凝土強(qiáng)度增長，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而減少裂縫產(chǎn)生。對(duì)于預(yù)留施工寬縫及二期混凝土應(yīng)采用膨脹混凝土，在混凝土中摻入一定數(shù)量的TEA、UEA或特斯密等膨脹劑，使得混凝土產(chǎn)生微膨脹，形成內(nèi)預(yù)應(yīng)力，抵消混凝土收縮產(chǎn)生的部分應(yīng)力，防止或減少混凝土溫度及干縮裂縫的產(chǎn)生，達(dá)到新老混凝土良好結(jié)合。

2.優(yōu)選施工工藝

船閘底板混凝土澆筑必須注意兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是合理安排施工次序并嚴(yán)格執(zhí)行，避免相鄰結(jié)構(gòu)段出現(xiàn)較明顯的變形；二是混凝土澆筑工藝合理、措施得當(dāng)。

在施工工藝方面，為減少混凝土表面拉應(yīng)力，降低底板負(fù)彎矩，通常采用“墩底分澆、預(yù)留寬縫、后期封合”的施工方法。閘室底板根據(jù)設(shè)計(jì)按長度、寬度方向需要分塊澆筑。根據(jù)設(shè)計(jì)施工縫位置，閘室底板分為兩側(cè)邊墩底板及中間施工寬縫，施工應(yīng)先澆筑底板和邊墩，再澆筑底板施工寬縫。兩側(cè)宜對(duì)稱同步進(jìn)行。按設(shè)計(jì)預(yù)留底板施工寬縫，施工寬縫為二期膨脹砼，可根據(jù)規(guī)范要求在后期適時(shí)澆筑。

如某船閘工程閘室采用不透水鋼筋混凝土整體塢式結(jié)構(gòu)，閘室總長290m，其中消力池鎮(zhèn)靜段長10m，閘室有效長度280m。閘室內(nèi)總寬23.2m，凈寬23.0m，閘室邊墻底寬3.0m，閘室底板厚2.5m。閘室共分20個(gè)結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)分段長度從上游往下游依次為（10+18*15+10）m，結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)置銅片止水，并采用聚乙烯閉孔泡沫板填充。閘室底板混凝土分塊澆筑及澆筑順序如圖1（1#～20#為底板分段編號(hào)，1～20為澆筑順序號(hào)，中間預(yù)留寬縫最后澆筑）。

預(yù)留寬縫施工方法可使結(jié)構(gòu)和填土的自重荷載引起地基變形發(fā)生在局部區(qū)域，能減小結(jié)構(gòu)自重荷載引起的底板負(fù)彎矩，還能削弱地基對(duì)底板的約束作用，從而減小溫度荷載引起的船閘底板拉應(yīng)力。可見，底板寬縫混凝土澆筑尤其重要，施工不當(dāng)，就會(huì)造成底板出現(xiàn)裂縫。

寬縫混凝土澆筑的時(shí)機(jī)應(yīng)選擇好：（1）底板寬縫砼澆筑一般控制在各分塊底板澆筑60天以后（結(jié)構(gòu)完全穩(wěn)定后）；（2）底板寬縫澆筑需要待閘墻及邊墩沉降基本穩(wěn)定后施工；（3）寬縫澆筑宜在氣溫較低時(shí)澆筑，但不宜過低，溫度過低會(huì)影響膨脹效果。若進(jìn)度允許可選擇春、秋季施工。寬縫施工前15天應(yīng)進(jìn)行沉降觀測，每天觀測一次，并繪制沉降曲線，直到邊墩沉降基本穩(wěn)定后（連續(xù)10天晝夜沉降平均速率小于0.1mm/d，累計(jì)沉降不大于1mm）。

寬縫澆筑前按要求對(duì)基礎(chǔ)面、施工縫進(jìn)行處理。施工縫的處理應(yīng)清理覆蓋物和表面松動(dòng)的混凝土層（乳皮）；對(duì)接觸面進(jìn)行鑿毛處理，使表層石子半露，并用高壓水槍清洗干凈；澆筑前保持寬縫兩側(cè)混凝土充分濕潤；澆筑前清理寬縫，保證無積水和殘?jiān)?/p>

混凝土施工期間，嚴(yán)格控制坍落度及坍落度損失量，嚴(yán)禁超出規(guī)定范圍，嚴(yán)格按照初凝時(shí)間或溫控要求控制澆筑間隔時(shí)間，避免出現(xiàn)冷縫?；炷翝仓獓?yán)格按照規(guī)范施工進(jìn)行平倉、振搗。振搗要密實(shí)，防止漏振。分層振搗時(shí)振動(dòng)器應(yīng)插入下層混凝土中不少于50mm，以使上下層有效結(jié)合成整體，避免出現(xiàn)施工縫。

3.加強(qiáng)溫控

一般大體積混凝土內(nèi)外溫差不宜超過25°，否則會(huì)由于內(nèi)外應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。所以還應(yīng)控制好混凝土澆筑溫度及內(nèi)外溫差。

3.1混凝土澆筑溫度控制

（1）高溫時(shí)段施工

混凝土澆筑溫度控制，采取冷卻材料，選擇合適的時(shí)間如溫度較低的時(shí)候澆筑。澆筑溫度越低，底板各部位應(yīng)力越小，對(duì)防裂有利。因此，在現(xiàn)場施工條件允許時(shí)，盡可能降低混凝土澆筑溫度。

在夏季炎熱天氣澆筑混凝土?xí)r，骨料溫度較高，考慮拌和、運(yùn)輸、澆筑升溫，可采用制冷水及加冰拌和等措施將澆筑溫度控制在26°左右。夏季應(yīng)盡量選擇早、晚氣溫較低時(shí)澆筑。因?yàn)樯啊⑹?、水的溫度受氣溫影響，在膠材溫度一定的情況下砼澆筑溫度主要取決于環(huán)境溫度，因此選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間澆筑砼比較重要。

影響澆筑溫度的的因素有：①原材料溫度；②攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗過程中的升溫；③新拌砼與環(huán)境介質(zhì)之間的熱交換。其中，原材料溫度直接決定了澆筑溫度的高低。在原材料中，砂、石的比熱較小，但占砼總質(zhì)量的80%左右；水僅占砼總質(zhì)量的6%左右，但其比熱較大。因此，降低砼澆筑溫度的有效方法是冷卻骨料和水，其次為冷卻膠凝材料。

控制大體積混凝土出機(jī)口溫度，保證澆筑溫度滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)的要求，出機(jī)口溫度和澆筑溫度可按《水運(yùn)工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)規(guī)程》（JTS 202-1-2010）附錄D公式計(jì)算。即熱天澆筑時(shí)的出機(jī)口溫度和澆筑溫度如下：

②澆筑溫度Tp = T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+θ3）+Tf，式中Tp—混凝土澆筑溫度（℃）； T0—混凝土出機(jī)口溫度（℃）； Ta—環(huán)境溫度（℃）；θ1—混凝土裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的溫度變化系數(shù)，θ1=0.032N；θ2—混凝土運(yùn)輸時(shí)的溫度變化系數(shù)，θ2=A*τ；θ3—混凝土澆筑時(shí)的溫度變化系數(shù)，θ3=0.003τ；Tf—泵送施工時(shí)的摩擦升溫值（℃）；N—混凝土裝、卸轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)；A—熱損失系數(shù)；τ—運(yùn)輸時(shí)間（min）；τ—澆筑振搗時(shí)間（min）。

熱天施工出機(jī)口溫度控制可采取以下措施：①利用溫度較低時(shí)段施工，避開中午高溫時(shí)段；②在水泥筒倉外表面采用遮陽布進(jìn)行遮擋；新進(jìn)水泥在筒倉內(nèi)放置至少一天時(shí)間，確保其降至常溫后使用；③在骨料堆場設(shè)置遮陽棚避免暴曬；④粗骨料設(shè)置地下水噴淋系統(tǒng)對(duì)其降溫；⑤采取冷卻系統(tǒng)制冷水或加冰拌和混凝土。

夏天澆筑溫度控制措施：①提高混凝土澆筑能力，縮短暴露時(shí)間：②縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間：③對(duì)混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行降溫、遮曬。在運(yùn)輸車在運(yùn)輸混凝土過程中進(jìn)行覆蓋；在每工班開始前、施工過程中對(duì)運(yùn)輸車的車廂進(jìn)行淋水降溫。

（2）氣溫較低時(shí)段施工

冷天施工，氣溫較低，原材料不須采取降溫措施，但要控制混凝土入模溫度不低于5℃。①冬季砼澆筑時(shí)盡量選擇在白天進(jìn)行，避免夜間低溫時(shí)段；②采用帆布對(duì)料場進(jìn)行遮蓋；③縮短砼的運(yùn)輸時(shí)間，低溫時(shí)運(yùn)輸車設(shè)遮蓋；④砼澆筑過程中對(duì)暴露面進(jìn)行遮蓋；⑤砼澆筑完畢后及時(shí)覆蓋保溫，并推遲拆模時(shí)間，防止冷擊，并不使用冷水養(yǎng)護(hù)。

3.2混凝土內(nèi)外溫差控制

通過埋設(shè)冷卻水管，通冷卻水降低混凝土的溫峰值是大體積混凝土施工中常見的有效溫控措施。通水冷卻有利于減少底板早期表面應(yīng)力及后期內(nèi)部應(yīng)力。通水冷卻的效果受水管排列方式、管徑、管間距、管長、水溫、流量等因素的影響。其中控制管間距是最有效的控制冷卻效果的手段。但需要注意內(nèi)部早期降溫幅度過大，易引起較大的應(yīng)力。冷天在冷卻水源方面，建議采用底層河水進(jìn)行冷卻。

設(shè)置冷卻水管的砼自澆筑時(shí)起，澆筑混凝土前先進(jìn)行通水試驗(yàn)，冷卻水管內(nèi)須立即灌入冷卻水，連續(xù)通水15天（高溫時(shí)段施工通水時(shí)間宜再延長一周），通水流向一天一換，且在開始7天內(nèi)，需控制水溫，使混凝土內(nèi)表溫差不得大于25攝氏度。

通水過程中對(duì)水管流量，進(jìn)出口水溫度、測溫孔溫度每隔1-2小時(shí)測量，記錄一次。根據(jù)測得的溫度可以得出最高內(nèi)部溫度、升溫速率、內(nèi)表溫差及降溫速率。如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)根據(jù)測溫結(jié)果和外界環(huán)境溫度變化的實(shí)際情況縮短溫度測量時(shí)間，并及時(shí)采取下列措施：① 最高溫度偏高，可采取加大冷卻水流量、降低冷卻水溫度的措施，但注意控制冷卻水溫度在比混凝土中心溫度低10～25℃之間。②內(nèi)外溫差偏高，可加大通水流量加強(qiáng)內(nèi)部降溫，并增加保溫層厚度以加強(qiáng)外部保溫。

大體積混凝土由于內(nèi)部水泥水化熱難以釋放，必然會(huì)產(chǎn)生高溫，為了保證混凝土施工質(zhì)量，必須對(duì)混凝土內(nèi)部溫度及其發(fā)展變化情況加強(qiáng)監(jiān)測，通過監(jiān)測及時(shí)完善溫控措施，確保溫度應(yīng)力不超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而避免出現(xiàn)溫度裂縫。溫度控制標(biāo)準(zhǔn)為：①砼澆筑溫度不高于30℃，不低于5℃；②砼內(nèi)表溫度差不宜大于25℃；③砼內(nèi)部最高溫度不高于70℃；④砼塊體降溫速率不大于2℃/ d；⑤冷卻水的溫度與砼內(nèi)部溫度之差不超過25℃。

4.混凝土養(yǎng)護(hù)措施

混凝土養(yǎng)護(hù)也很重要，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)裂縫?；炷琉B(yǎng)護(hù)包括溫度、濕度兩個(gè)方面，結(jié)構(gòu)表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度，因?yàn)樗嘀挥兴揭欢ǔ潭炔拍苄纬苫炷翉?qiáng)度和耐久性的微結(jié)構(gòu)。船閘結(jié)構(gòu)施工需考慮不同施工條件、氣候條件采取不同的養(yǎng)護(hù)措施。

混凝土澆筑完成后，應(yīng)在12h內(nèi)進(jìn)行濕水養(yǎng)護(hù)。氣溫低于5°C時(shí)不宜灑水，應(yīng)采用塑料薄膜和保溫材料保濕、保溫。養(yǎng)護(hù)水溫度不宜過低或過高，宜采用冷卻水管出水口的水。混凝土養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)加強(qiáng)混凝土的溫度和濕度控制，盡量減少表面混凝土的暴露時(shí)間，及時(shí)對(duì)混凝土暴露面進(jìn)行覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)干縮。此外，濕水養(yǎng)護(hù)應(yīng)做到全面，避免出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)不到位的部位。

高溫季節(jié)施工可待砼初凝后采取鋪設(shè)濕土工布或草席等，采用蓄水養(yǎng)護(hù)（有蓄水條件的結(jié)構(gòu)部位）或采用噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)。

冬季應(yīng)加快砼的覆蓋，盡可能縮短砼的暴露時(shí)間，防止低溫倒灌。冬季施工對(duì)降低內(nèi)表溫差有較高要求，可采取覆蓋塑料薄膜后加蓋土工布保溫。

氣溫驟降時(shí)，齡期低于28天的砼仍應(yīng)進(jìn)行表面保溫。

若大風(fēng)天氣（風(fēng)力超過7級(jí)或風(fēng)速超過14m/s），對(duì)于早期砼（砼還處于溫升階段）應(yīng)及時(shí)采取擋風(fēng)措施或者加強(qiáng)表面保溫。

若遇寒潮，不論什么季節(jié)，什么時(shí)候澆筑的砼，表面應(yīng)加強(qiáng)保溫，寒潮過后也不宜立即撤除覆蓋物。若保溫材料被意外掀掉，應(yīng)盡快覆蓋上，否則長時(shí)間不蓋會(huì)增加出現(xiàn)裂縫概率。

拆模時(shí)間不宜過早，特別是晝夜溫差較大和冬天更應(yīng)該注意。低溫季節(jié)拆模應(yīng)選擇溫度較高時(shí)段并立即采取覆蓋保溫措施。砼表面溫度與環(huán)境溫度之差大于15°時(shí)應(yīng)延遲拆模時(shí)間。

5.結(jié)語

總之，船閘底板施工應(yīng)從混凝土材料配比、施工工藝、溫控、養(yǎng)護(hù)各方面，采取一系列的有效措施，科學(xué)地組織施工，方可有效地防止閘室底板裂縫的發(fā)生，從而保證施工質(zhì)量。

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[4]JTJ218-2014，船閘工程施工規(guī)范.