朱文鋒

(安徽水利開(kāi)發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233100)

1 工程概況

某新建水閘屬Ⅲ等中型水閘，相應(yīng)永久性主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，永久性次要建筑物為4級(jí)。本閘擋水特點(diǎn)及閘基土層采用水平防滲的布置形式。閘基水平防滲主要由上游混凝土鋪蓋、閘室底板、下游消力池(不透水段)等組成，分縫處均設(shè)有橡皮止水。新建水閘所在河底設(shè)計(jì)高程25.30 m，結(jié)合閘址處地形地質(zhì)資料，確定閘檻高程為25.30 m。閘室為開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，共5孔，單孔凈寬7 m，閘室總寬度為42.8 m，閘室總長(zhǎng)16 m。為滿(mǎn)足閘室穩(wěn)定要求、增加閘室有效重量和獲得較理想的閘室流態(tài)，閘墩采用鋼筋混凝土實(shí)心結(jié)構(gòu)，其順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為16 m。

2 大體積混凝土裂縫的主要成因

擬新建水閘土建工程主要集中在春、夏季澆筑，施工時(shí)外界溫度較高，混凝土水化熱高，溫度應(yīng)力對(duì)抗裂縫作用強(qiáng)，需重點(diǎn)加以防范。

2.1 溫度應(yīng)力的作用

水閘墩墻混凝土溫度升高后體積發(fā)生膨脹、溫度降低后體積收縮，在墩墻混凝土結(jié)構(gòu)約束以及內(nèi)外溫度場(chǎng)非線(xiàn)性約束的多重作用下產(chǎn)生溫度應(yīng)力。進(jìn)行閘墩混凝土混凝土澆筑的初期階段所產(chǎn)生的水化熱將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度持續(xù)上升，體積不斷膨脹，閘墩底部混凝土結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)底板的制約下生成壓應(yīng)力。這種壓應(yīng)力因混凝土結(jié)構(gòu)彈性模量較小而應(yīng)力規(guī)模不大，但隨著混凝土結(jié)構(gòu)表面持續(xù)的散熱影響，混凝土結(jié)構(gòu)將從初期的升溫膨脹轉(zhuǎn)為溫度持續(xù)下降的收縮，混凝土結(jié)構(gòu)溫度下降過(guò)程中彈性模量較小，所以結(jié)構(gòu)升溫所產(chǎn)生的壓應(yīng)力很快被收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消，凈拉應(yīng)力的出現(xiàn)一旦超出混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度，就會(huì)引致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，如圖1所示。由上述過(guò)程可以看出，混凝土結(jié)構(gòu)溫度的最高限取決于絕熱升溫情況的變動(dòng)，所以，通過(guò)降低水泥用量以達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)總溫升控制，對(duì)于降低溫度應(yīng)力的不利影響十分關(guān)鍵[1]。

圖1 混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力及彈性模量變化曲線(xiàn)

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)體積變形、干縮變形應(yīng)力的作用

為進(jìn)行閘墩混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25的閘墩自身變形應(yīng)力影響分析，將本水閘土建工程閘墩混凝土結(jié)構(gòu)分成100×10-6，150×10-6，300×10-6，600×10-6等試驗(yàn)段進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)體積變形和干縮變形應(yīng)力對(duì)閘墩混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的試驗(yàn)。根據(jù)不同試驗(yàn)段試驗(yàn)結(jié)果，隨著混凝土結(jié)構(gòu)體積變形以及干縮變形程度的增加，所產(chǎn)生的拉應(yīng)力就會(huì)越大，可見(jiàn)，降低水泥用量，嚴(yán)控水灰比，對(duì)大體積墩墻混凝土裂縫治理較為有效。

2.3 閘室底板老混凝土的約束

已澆底板的強(qiáng)約束會(huì)加劇擬建水閘閘室墩墻溫升及墩墻體積變形、干縮變形進(jìn)而導(dǎo)致墩墻裂縫，所以必須加強(qiáng)對(duì)底板與墩墻澆筑時(shí)間間隔變化影響拉應(yīng)力程度的理論分析[2]。通過(guò)減小底板與墩墻混凝土澆筑時(shí)間間隔，從而使底板和墩墻混凝土剛度不斷接近，并使其變形不斷趨同，也是較為有效的水閘土建工程大體積混凝土裂縫預(yù)防措施。

3 溫度控制措施和要點(diǎn)

根據(jù)施工原材料規(guī)格、性能并通過(guò)試驗(yàn)確定水泥用量及混凝土配合比，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格原材料計(jì)量，合理振搗，確?；炷敛牧闲阅堋?/p>

3.1 加強(qiáng)水泥水化熱溫升控制

嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)確定材料規(guī)格、性能、品質(zhì)，并根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行水泥用量、混凝土配比等參數(shù)的確定，施工開(kāi)始后，按照設(shè)計(jì)值及試驗(yàn)值準(zhǔn)確計(jì)量和確定材料用量，加強(qiáng)混凝土振搗施工過(guò)程控制，確保澆筑質(zhì)量。根據(jù)不同部位及設(shè)計(jì)要求選擇不同的水泥品種，為了達(dá)到溫度應(yīng)力控制目的，在獲得監(jiān)理人員同意的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選用水化熱低的水泥材料。

本工程采用低水化熱礦渣水泥以及細(xì)度模數(shù)2.4～2.8、含泥量1.7%的級(jí)配良好的中粗砂；片狀顆粒含量≤10%、含泥量0.8%的連續(xù)級(jí)配石子料。為減少水泥用量，摻加木鈣和UEA外加劑，并摻加I級(jí)粉煤灰，為抵消部分混凝土收縮及溫度應(yīng)力，延緩混凝土初凝與終凝時(shí)間，保證混凝土早期適度膨脹，預(yù)防施工冷縫出現(xiàn)，還應(yīng)按比例摻加抗裂防滲劑，按設(shè)計(jì)比摻入聚丙烯纖維，增強(qiáng)混凝土抗裂能力。為保持材料清潔無(wú)污染，存放于設(shè)置混凝土地坪。為嚴(yán)格控制溫度，防止混凝土收縮裂縫的發(fā)生，本工程將混凝土輸送泵設(shè)置在澆筑點(diǎn)附近，并將混凝土坍落度控制在8～10 cm，水灰比控制在1∶0.6以?xún)?nèi)，并在包括墩墻墻體、底板等關(guān)鍵位置事先埋設(shè)冷凝水管，借助冷凝水的冷卻作用降低和控制混凝土內(nèi)部溫度，通過(guò)縮小內(nèi)外溫差防止溫度裂縫。

對(duì)于本水閘閘室較厚的底板，為防止水化熱溫差引發(fā)溫度裂縫，計(jì)劃在底板內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，冷卻水管選擇直徑40 mm的鋼管，在底板中部布設(shè)兩層，每層按蛇形走線(xiàn)，上下層冷卻水管間距1.3 m，并在端口各布置1個(gè)進(jìn)出水口。

本工程水閘閘室底板冷卻水溫度按下式確定[3]，也即大體積混凝土溫度與進(jìn)出水溫差之差的一半不超過(guò)20℃。

T混凝土-(T進(jìn)水-T出水)/2≤20℃

為加強(qiáng)水閘土建工程大體積混凝土內(nèi)外溫差的控制，還必須加強(qiáng)各種冷卻保溫措施實(shí)施效果的檢測(cè)與對(duì)比。借鑒南水北調(diào)工程等類(lèi)似工程成功經(jīng)驗(yàn)，本工程在水閘閘室底板內(nèi)按設(shè)計(jì)規(guī)范布置測(cè)溫管，為保證所測(cè)量溫度的準(zhǔn)確，3個(gè)測(cè)溫管分別布置于距離閘室底板底面0.5 m、1.5 m和2.0 m處。待大體積混凝土澆筑后6 h派專(zhuān)人觀測(cè)并記錄觀測(cè)值，觀測(cè)頻次4 h，按天匯報(bào)，便于技術(shù)人員加強(qiáng)溫控措施的調(diào)整。

3.2 降低混凝土入倉(cāng)溫度

混凝土運(yùn)輸車(chē)和澆筑施工現(xiàn)場(chǎng)均搭蓋遮陽(yáng)設(shè)施，并有專(zhuān)人灑水降溫，混凝土拌制用水采用水溫<12℃的深井水，并嚴(yán)格控制混凝土入倉(cāng)溫度不超過(guò)12℃。并派專(zhuān)人進(jìn)行混凝土出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度及澆筑完畢后不同時(shí)間段溫度的定期檢測(cè)。

3.3 調(diào)整約束條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度應(yīng)力的控制

本工程閘墩混凝土主要選用二級(jí)配混凝土材料，按照設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)通過(guò)調(diào)整約束條件，水化熱的降低加強(qiáng)溫度應(yīng)力控制，以達(dá)到限制混凝土結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力徐變。對(duì)于混凝土澆筑施工設(shè)計(jì)流程，先將低強(qiáng)度水泥砂漿敷設(shè)在施工縫表層，待墩墻混凝土約束力徹底消除后，再進(jìn)行水泥砂漿材料的分層澆筑，從而使水化熱能盡快散失。

3.4 “二次”施工法的應(yīng)用

“二次”法施工對(duì)于混凝土拉伸極限強(qiáng)度提升，混凝土收縮裂縫消除效果顯著。水泥在二次投料過(guò)程中充分?jǐn)U散，并和砂石等料二次拌和，增強(qiáng)混凝土流動(dòng)性的過(guò)程中有效減少離析和泌水的發(fā)生，保證大體積混凝土早期強(qiáng)度提升，并有效節(jié)約水泥用量。

3.5 加強(qiáng)溫度控制與養(yǎng)護(hù)

澆筑施工結(jié)束后，必須采取切實(shí)可行的措施進(jìn)行水閘閘墩墻混凝土結(jié)構(gòu)溫度測(cè)量及控制，以保證將混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度的變化控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并為混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.5.1 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度預(yù)測(cè)

此項(xiàng)工作必須在水閘閘墩墻混凝土施工前進(jìn)行，結(jié)合施土建工程施工場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有的混凝土試配條件，進(jìn)行施工過(guò)程中閘墩墻澆筑塊最高最低溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力等的測(cè)量、記錄與校核，并根據(jù)預(yù)測(cè)與測(cè)量結(jié)果，有針對(duì)性地提出閘墩墻混凝土施工過(guò)程中溫度控制、溫度變化峰值、內(nèi)外溫差及降溫控制等措施。

3.5.2 溫控現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)

本水閘土建工程閘墩混凝土澆筑施工的同時(shí)必須進(jìn)行混凝土澆筑溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于技術(shù)人員及時(shí)采取有效的溫控措施。在距離閘墻底板以上1～1.5 m的范圍內(nèi)混凝土面墻上間隔0.6 m 進(jìn)行測(cè)溫探頭布置。澆筑后的1～3 d每間隔2 h進(jìn)行一次溫度測(cè)量；4～7 d，每間隔4 h測(cè)溫；8～15 d，每間隔8 h測(cè)溫；15～28 d，每間隔24 h測(cè)溫。加強(qiáng)閘墩混凝土結(jié)構(gòu)早期養(yǎng)護(hù)，初澆筑成型的混凝土體及早噴灑養(yǎng)護(hù)液，并根據(jù)環(huán)境溫度選擇恰當(dāng)?shù)母采w措施，防止結(jié)構(gòu)表面收縮裂縫的產(chǎn)生，根據(jù)閘墩混凝土結(jié)構(gòu)水分的蒸發(fā)情況適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。

4 結(jié) 論

本水閘運(yùn)行結(jié)果表明，加強(qiáng)降溫及對(duì)收縮產(chǎn)生溫度應(yīng)力的控制對(duì)于預(yù)防水閘閘墩大體積混凝土開(kāi)裂在技術(shù)上具備可行性，在具體施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等施工過(guò)程及參數(shù)的控制，從源頭上切斷水閘閘墩大體積混凝土溫度裂縫發(fā)生的可能，確保閘墩混凝土澆筑施工質(zhì)量及水閘工程的良好運(yùn)行。