牟山水庫除險(xiǎn)加固中溢洪閘設(shè)計(jì)分析

孫英明

摘 要：牟山水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，溢洪閘的加固設(shè)計(jì)是非常重要的，溢洪閘的重點(diǎn)部位例如底板、閘墩等混凝土的控制分析也就變的更為重要了。本文僅以底板部位易出現(xiàn)的問題入手，對(duì)如何控制混凝土質(zhì)量進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：溢洪閘；底板 ；混凝土

溢洪閘在水利工程中應(yīng)用很廣，底板部位易出現(xiàn)問題，長期以來困擾著工程界，一直未能很好解決。該問題的出現(xiàn)，給溢洪閘工程帶來了多方面不同程度的危害，所以在進(jìn)行溢洪閘設(shè)計(jì)時(shí)，一定要根據(jù)閘址附近的地形、地質(zhì)條件和水文、施工、管理等因素，認(rèn)真研究，合理布置。

一、底板混凝土配料的控制

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)在使用前要進(jìn)行保養(yǎng)、校核，確保計(jì)量準(zhǔn)確性，材料配合比允許偏差必須控制在水泥、水、混合料為±2%；砂、石為±3%；外加劑為±l%。除粉煤灰、水、砂、石用自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)控制外，對(duì)減水劑要先用天平稱量每盤料的用量，然后裝袋備用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工地試驗(yàn)室提供的混凝土施工配料單嚴(yán)格配料，機(jī)械攪拌時(shí)料斗投料順序?yàn)椋合燃铀槭蠹铀唷p水劑、粉煤灰，最后加砂和水，混凝土攪拌時(shí)間從投料完畢組成材料，在攪拌機(jī)內(nèi)延續(xù)攪拌時(shí)間不得少于2分鐘，摻入抗裂防滲纖維混凝土攪拌時(shí)間不得少于2.5分鐘。

混凝土出料時(shí)隨時(shí)測(cè)定坍落度和拌和物溫度、觀察混凝土拌和質(zhì)量，嚴(yán)禁生料輸送，確保混凝土澆筑質(zhì)量。由于底板混凝土倉面較大，混凝土用量多，可采用混凝土輸送泵泵送混凝土。泵管安裝時(shí)不得直接支撐在鋼筋、模板及預(yù)埋件上，每隔一段距離要用鋼管支架固定，管道卡箍處不得漏氣漏漿，泵管盡量少用彎管和軟管，預(yù)防堵管，確保混凝土順利出料。混凝土泵送前要用清水濕潤管壁，然后拌制1：2水泥砂漿潤滑混凝土泵和輸送管內(nèi)壁，潤滑用的水泥砂漿要分散布料。

混凝土澆筑過程中，前場(chǎng)和后場(chǎng)均須有管理人員隨時(shí)指揮協(xié)調(diào)。現(xiàn)場(chǎng)可用對(duì)講機(jī)聯(lián)系來控制混凝土澆筑速度及拆布管時(shí)間，以確保混凝土整個(gè)澆筑過程緊張、連續(xù)、有序地進(jìn)行。同時(shí)要安排專人測(cè)定混凝土入倉溫度、坍落度，并留置規(guī)定制取的試壓塊組數(shù)。混凝土澆筑前，要保證倉內(nèi)無雜物，模板、鋼筋、預(yù)埋件符合規(guī)范要求，一切準(zhǔn)備工作就序，并做好質(zhì)量自檢記錄。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收后方可進(jìn)行澆筑。底板澆筑前要在倉面平均劃分施工區(qū)域，混凝土澆筑自北向南、由遠(yuǎn)而近。混凝土按一定厚度、順序、方向分層進(jìn)行，上下層之間的混凝土澆筑間歇時(shí)間不得超過混凝土初凝時(shí)間。開始布料，兩管同時(shí)進(jìn)行，采取“斜面分層”法施工。

振搗混凝土應(yīng)從澆筑層的下端開始，逐漸上移，以保證混凝土施工質(zhì)量，在底層混凝土初凝前安排一臺(tái)泵進(jìn)行面層防滲抗裂混凝土施工。混凝土灌筑后用插入式振動(dòng)器振搗，振搗時(shí)與混凝土表面垂直，操作時(shí)做到快插慢拔，上下略為抽動(dòng)，插點(diǎn)均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，順序進(jìn)行，不得遺漏，使混凝土達(dá)到均勻振實(shí)。插入式振動(dòng)器在每一插點(diǎn)上的振搗時(shí)間以混凝土表面呈水平而且水泥漿不再出現(xiàn)氣泡為準(zhǔn)。

二、溢洪閘底板混凝土的分析

目前在對(duì)待混凝土底板結(jié)構(gòu)問題上，一般是允許出現(xiàn)裂縫，而對(duì)其寬度進(jìn)行一定的限制，不同國家和地區(qū)對(duì)不同使用環(huán)境和要求下的混凝土建筑物的裂縫寬度有不同的控制標(biāo)準(zhǔn)。我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》允許裂縫寬為0.2-0.3毫米，在對(duì)待裂縫問題上提出限制與允許的兩種方法。變形變化引起的約束應(yīng)力首先要求結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境能給結(jié)構(gòu)以變形的機(jī)會(huì)，即變形得到滿足，則不會(huì)產(chǎn)生約束應(yīng)力。

在全自由狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)可以有任意長度、任意溫差不產(chǎn)生約束應(yīng)力，因此給結(jié)構(gòu)創(chuàng)造自由變形的條件就是允許原則。在實(shí)際工程中，全自由的理想狀態(tài)不易做到，但是可減少約束，釋放大部分變形，使之出現(xiàn)較低的約束應(yīng)力；當(dāng)結(jié)構(gòu)處于全約束狀態(tài)，要讓任意長度不設(shè)伸縮縫亦不開裂，則只須所選用的結(jié)構(gòu)材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸即可。該設(shè)計(jì)原則稱為限制原則。一般說來，對(duì)于限制原則，必須有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備；采取允許原則，必須有充分的變形余地。現(xiàn)在一般認(rèn)為，混凝土建筑物不出現(xiàn)裂縫是不可能的，或是很困難的。防止裂縫出現(xiàn)，在材料、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)等方面均有一定的研究，但還不夠完善或效果不是十分明顯。在水工結(jié)構(gòu)工程中，以限制原則為主，力求工程各部位都不裂縫。

三、溢洪閘底板外部環(huán)境的控制

水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，在1～3d內(nèi)可放出熱量的50%，甚至更多，當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后隨著熱量的散發(fā)又開始降溫，直到與環(huán)境溫度相同。底板為大體積混凝土，熱量傳遞的同時(shí)更易在內(nèi)部積存，導(dǎo)致了內(nèi)部溫度高于外部溫度，內(nèi)部出現(xiàn)峰值溫度。這樣在升溫和降溫階段都使底板內(nèi)外混凝土形成了同一方向的溫度梯度。導(dǎo)致了其變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制，或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束，于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)力達(dá)到其極限拉應(yīng)力，裂縫就會(huì)產(chǎn)生。裂縫初期很細(xì)，隨著時(shí)間發(fā)展繼續(xù)擴(kuò)大、變深，甚至貫穿。除了混凝土水化引起的溫度作用外，運(yùn)行期環(huán)境溫度變化也會(huì)產(chǎn)生作用。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時(shí)，裂縫發(fā)展更為嚴(yán)重。從以上分析可以看出，影響內(nèi)外溫差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品種、澆筑入模溫度及環(huán)境溫度等。

混凝土內(nèi)的水分，少部分提供了水泥水化的需要，少部分泌出流失，大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發(fā)掉的。表層混凝土的水分蒸發(fā)程度和速度總是大于內(nèi)部，表層混凝土收縮的程度亦大，其變形會(huì)受到內(nèi)部混凝土的限制，在表層混凝土中也產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得表層混凝土總的拉應(yīng)力加大，產(chǎn)生干縮裂縫，但干縮一般只發(fā)生在表層。混凝土的配合比和組成是影響干縮的主要因素，一般水泥用量多，水灰比大，則干縮也大。骨料密度大，級(jí)配好，彈性模量高，骨料粒徑大，可以減小混凝土的干縮。其次，混凝土的養(yǎng)護(hù)和環(huán)境對(duì)干縮也有很大的影響。

混凝土即使沒有水分蒸發(fā)，其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi)，膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，有利于防裂，收縮型自生體積變形則不利于防裂。混凝土的自生收縮一般在拆模之前完成，確屬必須解決水化熱問題的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

影響混凝土自生體積收縮的因素主要是材料的化學(xué)成分和水灰比，水灰比的變化對(duì)自生收縮的影響和對(duì)干縮的影響正好相反，當(dāng)水灰比大于0.5時(shí)，其自生收縮和干縮比忽略不計(jì)；而當(dāng)水灰比小于0.35時(shí)。自生收縮和干縮的作用相當(dāng)，必須加以考慮。

溢洪閘底板混凝土產(chǎn)生問題是各種因素共同作用的結(jié)果，但是各種因素并不是互相獨(dú)立的。在本文的述評(píng)中，我們可以看到，有時(shí)要減小一種原因的不利影響，卻會(huì)增加另一種因素的不利影響，所以我們對(duì)待溢洪閘底板混凝土存在的問題一定要尤其注意。