水閘大體積混凝土溫控與防裂方案研究

□ 張浩東 □余興華 □高同喜 □高同美

（1河南省水利勘測設計研究有限公司 2河南工程學院土木工程學院 3范縣黃河河務局）

1 工程概況

黑崗口水庫泄洪閘閘門采用鋼壩閘型式，溢洪道共1孔，凈寬35.80m，閘底板總寬度49.80m，未設置伸縮縫，閘底板設計為折線布置，見圖1。基礎面高程68.00～69.90m，閘底板上游頂部高程72.40 m，下游頂部高程70.50 m。上游混凝土厚度2.50m，中部最大厚度4.40m，下游厚度2.50m，順水流方向閘底板長15m。

閘室基礎座落在粉質(zhì)壤土上，地基采用水泥土攪拌樁處理。

圖1 閘底板剖面圖

2 閘底板溫控防裂措施

閘底板為大體積混凝土，受基礎約束的影響，混凝土的收縮將產(chǎn)生很大拉應力，如果超過混凝土的極限抗拉強度，將會出現(xiàn)基礎貫穿性裂縫。在脫離基礎約束部位，如果混凝土的最高溫度與外部介質(zhì)的溫差過大，內(nèi)部熱的混凝土約束外部冷的混凝土的收縮，亦即內(nèi)部溫度場呈非線性分布，也可能產(chǎn)生表面裂縫或深層裂縫。由此可以看出，在閘底板大體積混凝土的施工過程中，進行嚴格的溫度控制就顯得尤為重要。根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點，為避免混凝土溫度(澆筑溫度及水化熱溫升)引起有害裂縫，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗，本工程混凝土施工中主要采取以下常規(guī)裂縫防治措施。

2.1 合理選擇原材料

混凝土骨料選用天然河砂及石灰?guī)r碎石，膠凝材料采用水化熱低的普通硅酸鹽水泥，以降低因水化熱而引起的混凝土溫度升高。

2.2 降低單方水泥用量

水泥是產(chǎn)生水化熱的主要原因，施工中在保證強度的前提下，降低單方水泥用量。同時加入適量粉煤灰、新型減水劑等外加劑，可減少單位水泥用量，降低水化熱。在該工程中，混凝土設計標號C25，實驗室通過多次混凝土配合比試驗，將單方水泥用量控制在230 kg/m3。

2.3 降低原材料溫度

2.3.1 修建骨料儲料倉

在混凝土攪拌站旁修建骨料儲料倉，在骨料倉上方搭建遮陽棚，減少陽光照射，以降低骨料的溫度。同時大量堆積堆高骨料，在骨料表層經(jīng)常噴灑低溫水，進行骨料預冷卻，以達到降溫目的。

2.3.2 采用加冰水拌制混凝土

本工程混凝土拌制采用水溫相對較低的自來水，必要時在低溫水拌制混凝土的同時，加入適量碎冰，有效降低混凝土的出機口溫度。

2.4 選擇合適的澆筑季節(jié)

本工程閘底板大體積混凝土施工期安排在2014年3-5月份，此時環(huán)境氣溫較低，原材料溫度也易控制，有利于降低混凝土的入倉溫度。

3 預埋冷卻水管降低混凝土內(nèi)部溫升

采用在閘底板混凝土中預埋冷卻水管，待澆筑完成后，通入循環(huán)冷水，將砼內(nèi)部熱量帶出，以達到降低混凝土內(nèi)部溫度的目的。冷卻水管采用Φ25鋼管，控制混凝土內(nèi)部溫度與水管出口處水溫之差不超過20℃，通水流量每分鐘20 L左右，水流方向每日改變1次，使混凝土體內(nèi)溫度均勻降低。

3.1 冷卻水管的布置

閘底板冷卻水管垂直向共布置4層，冷卻水管布置示意圖見圖2，平面呈蛇形分布，進、出水口均布置在下游側(cè)。

圖2 冷卻水管布置示意圖

①-預埋冷卻水管，φ25鋼管，水平間距1.00m，最底部一層埋管距下部混凝土墊層0.85m，第二層管與第一層管間距0.88m，其它各層間距與一、二層間距相同；②-冷卻水管的冷卻有效范圍。

3.2 水管冷卻控制要求

一是管道埋設時，一定要保證密封，否則澆筑時水泥漿進入管道內(nèi)造成堵塞，達不到通水冷卻目的。

二是管道盤繞時注意要均勻布置，以保證均勻降溫。

三是完成通水冷卻后，將管內(nèi)水排除干凈，采用壓力灌漿封堵，以免冬季來臨時發(fā)生凍脹破壞。

四是冷卻水采用低溫自來水，其流量應保證在管內(nèi)形成紊流條件，在每層管圈的出水口裝設流量計 (或裝壓力表換算流量)定期測量流量。

五是冷卻水管內(nèi)水流方向每天變換1次，使混凝土內(nèi)部能夠均勻冷卻。

六是冷卻降溫速度及冷卻水的允許溫差按20℃控制，冷卻持續(xù)時間按20 d控制。

七是為掌握混凝土溫度變化情況，澆筑塊內(nèi)埋設適量的電阻溫度計。

4 閘底板設置混凝土后澆帶

閘墩混凝土施工中除了采取一些常規(guī)的溫控措施外，還采取一項特殊技術(shù)措施：設置混凝土后澆帶。在閘底板中心兩側(cè)各14.30m位置預留1條寬度l.50m的后澆帶，而閘底板鋼筋仍保持連續(xù)不斷，2個月后再用比兩側(cè)高一級補償收縮混凝土澆筑這條后澆帶。

后澆帶位置一般選擇在受力較小部位，從圖3可以看出，本工程寬縫設置基本位于底板彎矩最小處。

圖3 后澆帶位置及底板彎矩計算圖

后澆帶混凝土采用摻膨脹劑的補償收縮混凝土，強度等級C30,抗?jié)B標號W4，抗凍等級F150，混凝土水中14 d限制膨脹率0.035%，根據(jù)本工程特點，膨脹劑采用內(nèi)摻法，摻量為12%。后澆帶澆筑時間選擇氣溫較低季節(jié)，兩側(cè)混凝土表面按照施工縫的要求進行鑿毛處理，混凝土1次澆筑密實、成型，保濕養(yǎng)護時間>28 d。

常規(guī)的溫控措施旨在“防裂、抗裂”，即被動地預防有害混凝土裂縫的發(fā)生，而設置混凝土“后澆帶”旨在“放”，即通過設置后澆帶將閘底板從彎矩受力較小部位人為地分成一條有規(guī)律的“寬縫”，以主動“釋放”整個閘底板前期澆筑混凝土的收縮應力，待閘底板混凝土主要的收縮變形基本結(jié)束后，再用微膨脹混凝土進行二期澆筑“寬縫”，將前、后兩部分閘底板連成一個整體，從而避免閘底板混凝土有害裂縫的發(fā)生。

5 溫控監(jiān)測

本工程采用便攜式JDC-2型電子測溫儀(由測表、探頭、測溫線組成)測量混凝土內(nèi)外溫度，同時混凝土內(nèi)埋設的安全監(jiān)測儀器也具有測溫功能，二者可相互校驗。根據(jù)測溫數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)管內(nèi)水的流量及加強混凝土表面覆蓋保溫措施，有效控制混凝土內(nèi)外溫差，從而達到混凝土防裂效果。

6 結(jié)語

黑崗口水庫泄洪閘已施工完畢，目前工程運行狀況良好。通過施工過程中及工程完工后的觀測數(shù)據(jù)顯示，泄洪閘底板表面未發(fā)現(xiàn)有害裂縫及其它不良狀況，溫控及后澆帶防裂措施取得了顯著效果。目前，“后澆帶”法作為水利工程混凝土防裂有效措施的典型范例，已在省內(nèi)其它大中型工程中得到利用和推廣。

[1]龔召熊.水工混凝土的溫控與防裂[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[2]高層建筑建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.