閘室墩墻混凝土防裂措施與驗算

王西青

（阜陽市水利規劃設計院 阜陽 236000）

閘室墩墻混凝土防裂措施與驗算

王西青

（阜陽市水利規劃設計院 阜陽 236000）

為探討應對混凝土防裂措施，本文結合工程實例，從溫度應力、體積變形及干縮變形應力、老混凝土的約束應力方面，詳細分析了裂縫產生的原因，并提出具體可行的控制措施和抗裂驗算的方法，在現場施工中對控制混凝土裂縫的產生具有較強的指導作用。

混凝土裂縫 溫度 應力 變形

1 前言

裂縫的控制是一個系統問題，既要通過充分的前期準備工作（包括混凝土的室內試驗、對以往類似工程的分析、結構設計的調整、原觀設備的埋設等），澆筑時的層層把關（包括根據現場骨料的含水量情況對混凝土的實際配合比進行調整、通過種種手段控制混凝土的入倉溫度及混凝土的坍落度等），還要在閘室溫控變化情況的指導下進行及時、充分、合理的養護，才能取得良好的裂縫防治效果。

本文以蚌埠閘擴建船閘工程為施工對象，對施工采取的措施進行驗算。

2 裂縫產生的主要成因

裂縫產生的主要成因包括水泥水化熱引起的溫度應力并導致變形，內外約束條件的影響，外界氣溫變化的影響，混凝土的收縮變形。

2.1 混凝土自身體積變形和干縮變形作用產生的應力的作用

施工前針對閘墩由于自身變形產生的影響進行了試驗研究（閘墩混凝土強度等級C25），研究時以混凝土自身體積變形和干縮變形分為100×10-6，150×10-6，300×10-6，600×10-6四種情況進行分析表明：混凝土自身體積變形和干縮變形越大，產生的拉應力也越大，因此，降低水灰比，是控制墩墻裂縫的有效措施。

2.2 閘室底板老混凝土的約束

墩墻溫度和自身體積變形及干縮變形受到已澆底板的約束而導致墩墻開裂，因而為考察底板與墩墻澆筑間隔時間變化對應力場的影響進行試驗研究，研究成果如表1。結果表明縮短底板與墩墻混凝土澆筑的時間間隔，使底板和墩墻混凝土剛度相差不會太大，變形趨于同步，這也是極為有效的防裂措施。

3 采取的主要技術措施

3.1 降低水泥水化熱溫升值

混凝土配合比根據具體材料的規格、品質通過試驗加以確定，施工中準確計量各種組成材料，并合理振搗，以保證混凝土的密實性。

采用32.5級普通硅酸鹽水泥，為了減少溫度應力，優先選用水化熱低的礦渣水泥。砂子采用級配良好的中粗砂，細度模數2.5～2.8，含泥量小于2%；石子選用連續級配的二級料，片狀顆粒含量不大于10%，含泥量小于1%。存放場地設置混凝土地坪，保證材料清潔。用雙摻外加劑（木鈣、UEA）以減少水泥用量，或者摻用I級粉煤灰代替一部分水泥用量。摻加抗裂防滲劑HLC-1，使混凝土早期適度膨脹，可部分抵消混凝土收縮及溫差引起的拉應力，不但能大幅度減小，還可以延緩混凝土的初凝和終凝時間，避免施工中出現冷縫。將混凝土輸送泵布置在澆筑點附近，控制混凝土坍落度在8～10cm，水灰比不超過0.6，減少混凝土收縮。按設計在混凝土中摻入聚丙烯纖維，以增強混凝土早期抗裂能力。在墻體等關鍵部位如閘室側墻及閘室大底板埋設冷凝水管，通過冷凝水降低混凝土內部溫度，減少內外溫差。

由于底板厚度較厚，為保證不因水化熱溫差引起裂縫，在底板中布置冷卻水管通水冷卻，以縮小內外溫差小于25℃。冷卻水管采用直徑48mm鋼管，在底板中部布置2層。底層管距底板底面約1.2m,兩層管間距約1.1～1.2m，每層平面布置成蛇形，間距1m,上下層布置進出水口各1個，進出水口引至底板上游側。

表1 底板與墩墻澆筑時間間隔變化時各時刻墩墻中截面最大拉應力（MPa）

冷卻水溫度按下式控制：

測溫管布置：為控制混凝土內外溫差，檢測各種冷卻保溫措施效果，布置測溫管，在距底面0.5m、1.5m處各布置3個測溫管。監測頻率：混凝土澆筑6h后，1～3d內每2h測溫一次，4～7d內每4h測溫一次，8～15d內每8h測溫一次，15～28d內每24h測溫一次。根據測量成果及時調整溫控措施。

3.2 降低混凝土入倉溫度

砂石料遮陽、覆蓋，灑水降溫，拌和站和混凝土運輸車及澆筑現場均搭蓋遮陽設施。施工拌和用水采用水溫較低的深層河水或深井水（小于12℃）拌制混凝土，使混凝土入倉溫度控制在12℃左右。定時檢測混凝土出機口溫度、入倉溫度及澆筑完畢時溫度。

3.3 改善約束條件，減少溫度應力

混凝土采用二級配，降低水泥水化熱引起的溫度應力，控制混凝土的收縮變形?；炷翝仓谑┕たp上，先鋪一層低強度水泥砂漿，以降低底板混凝土對墩墻混凝土之間的約束力?；炷敛捎梅謱訚仓駬v密實，以使混凝土的水化熱能盡快散失。

3.4 采用“二次”法施工工藝，提高混凝土極限拉伸強度，消除混凝土收縮裂縫

二次投料法：使水泥充分擴散，與砂石充分拌和，混凝土的流動性較好，離析和泌水現象減少，提高混凝土早期強度，在強度相同的情況下，可節約水泥15%左右。

二次振搗法：增強混凝土密實性，可以消除沉降及收縮裂縫。

二次壓光法：排除混凝土表面過多的泌水、浮漿，可以消除墩頂混凝土表面產生早期收縮裂縫。

3.5 優化資源配置、加強養護

合理安排混凝土施工程序和施工進度，盡量縮短底板與閘墩澆筑的時間間隔。

加強混凝土的早期養護，剛澆筑完的混凝土要及早噴養護液、覆蓋，防止表面過早脫水而產生收縮裂縫。同時延長拆模時間，控制混凝土內外溫度。及時關注天氣變化，采取養護覆蓋措施，防止冷空氣產生劇烈降溫引起的溫差裂縫。

4 閘室墩墻混凝土的防裂驗算

4.1 驗算條件

按施工方案，一個底板上的兩個側墻一次性澆筑到頂，計算時采用長墻及地基板的溫度收縮應力法。

計算側墻溫度應力時把地基與底板當作“混合地基”對墻體的約束，取地基水平阻力系數Cx＝1.25N/mm3。

表2 閘墩升降溫數值估算表

表3 各種非標條件的修正系數

表4 混凝土收縮及當量溫差計算表

側墻混凝土澆筑日期宜安排在3～7月，氣溫較高時，對澆筑不利，通過采取骨料覆蓋、冷水拌和等措施，控制混凝土澆筑溫度為22℃。

側墻的幾何尺寸及混凝土強度等級：長度15m，厚度最大處2.0m，高度12.2m，混凝土強度等級C25二級配。

混凝土配合比：C25二級配采用普通混凝土，每立方米混凝土水泥用量為260kg（32.5級普通硅酸鹽水泥），摻粉煤灰26kg（水泥用量10%）。

4.2 最高溫升值

4.3 各齡期的溫度升降值

混凝土澆筑溫度按22℃考慮，根據類似水閘閘墩的實測資料分析溫度升降曲線，側墻升降溫數值按表2估算。

4.4 各齡期混凝土收縮及當量溫差

M1M2M3……M10——非標條件修正系數，見表3。

εy（t）——不同齡期時混凝土的收縮相對變形值；

E——常用對數2.718；

d——混凝土線膨脹系數，取10×10-6/℃。

4.5 各齡期混凝土綜合溫度及總綜合溫差

經計算混凝土最大綜合溫差8.08℃，總綜合溫差31.12℃。

4.6 各齡期混凝土彈性模量

4.7 各齡期混凝土松馳系數

各齡期混凝土松馳系數（t=30，τ=1，3，6，9，…….）查《高層建筑施工手冊》表5-7-8。

4.8 溫度應力計算

因為H/L=12.2/15=0.81>0.2，所以計算時取等效高度

各階段溫差和收縮引起的溫度應力（N/mm2）

α——混凝土線膨脹系數0.1×10-4/℃；

μ——混凝土泊松比取0.15；

Ei（t）——混凝土齡期τ時的彈性模量N/mm2；

ΔTi——混凝土最大綜合溫差℃；

Hi（t）——混凝土松弛系數；

Cx——混凝土約束系數，一般為0.25～0.5，取0.437；

H——側墻高度12.2m；

經計算溫度收縮總應力0.546。

4.9 抗裂強度驗算

C25混凝土抗拉強度設計值為Rf=1.3N/mm2=1.3 MPa Kft=Rf/δmax=1.3/0.546=2.38>1.15。

5 結束語

通過上述驗算說明降溫和收縮產生溫度應力不會引起閘墩開裂，因而在技術上可行。在具體的混凝土施工過程中,嚴格控制混凝土拌和、運輸、澆注、養護施工工藝，可以避免閘墩混凝土溫度裂縫發生，以保證閘墩結構的工程質量

（專欄編輯：張 婷）