淺析水閘設(shè)計在水庫除險加固中的作用

【摘 要】隨著水利工程建設(shè)的快速發(fā)展，水庫除險加固設(shè)計中，水閘的加固設(shè)計受到了廣泛關(guān)注，水閘是水庫工程中的重點部位，直接關(guān)系到水庫工程的正常使用，作為水閘的重點部位的底板、閘墩等混凝土的控制分析也就變?yōu)橛葹橹匾恕１疚闹攸c針對底板部位較普遍出現(xiàn)的問題入手，對如何進一步控制好混凝土質(zhì)量進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】水閘；底板；混凝土

0.引言

水閘在水利工程中應(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)，給水閘工程帶來了多方面不同程度的危害，所以在進行水閘設(shè)計時，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，認真研究，合理布置。

1.底板混凝土配料的控制

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)在使用前要進行保養(yǎng)、校核，確保計量準確性，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、石用自動計量系統(tǒng)控制外，對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)場工地試驗室提供的混凝土施工配料單嚴格配料，機械攪拌時料斗投料順序為：先加碎石，后加水泥、減水劑、粉煤灰，最后加砂和水，混凝土攪拌時間從投料完畢組成材料，在攪拌機內(nèi)延續(xù)攪拌時間不得少于2分鐘，摻入抗裂防滲纖維混凝土攪拌時間不得少于2.5分鐘。

混凝土出料時隨時測定坍落度和拌和物溫度、觀察混凝土拌和質(zhì)量，嚴禁生料輸送，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，前場和后場均須布置管理人員隨時指揮協(xié)調(diào)。現(xiàn)場可用對講機聯(lián)系來控制混凝土澆筑速度及拆布管時間，以確保混凝土整個澆筑過程緊張、連續(xù)、有序地進行。同時要安排專人測定混凝土入倉溫度、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，一切準備工作就序，并做好質(zhì)量自檢記錄。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理驗收后方可進行澆筑。底板澆筑前要在倉面平均劃分施工區(qū)域，混凝土澆筑自西向東、由遠而近。混凝土按一定厚度、順序、方向分層進行，上下層之間的混凝土澆筑間歇時間不得超過混凝土初凝時間。開始布料，兩管同時進行，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泵進行面層防滲抗裂混凝土施工。混凝土灌筑后用插入式振動器振搗，振搗時與混凝土表面垂直，操作時做到快插慢拔，上下略為抽動，插點均勻排列，逐點移動，順序進行，不得遺漏，使混凝土達到均勻振實。插入式振動器在每一插點上的振搗時間以混凝土表面呈水平而且水泥漿不再出現(xiàn)氣泡為準。

2.水閘底板混凝土的分析

目前在對待混凝土底板結(jié)構(gòu)問題上，一般是允許出現(xiàn)裂縫，而對其寬度進行一定的限制，不同國家和地區(qū)對不使用環(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準。我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》允許裂縫寬為0.2-0.3毫米，在對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)以變形的機會，即變形得到滿足，則不會產(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度和極限拉伸即可。該設(shè)計原則稱為限制原則。一般說來，對于限制原則，必須有足夠的強度儲備；采取允許原則，必須有充分的變形余地。現(xiàn)在一般認為，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、施工、運行和維護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。

3.水閘底板外部環(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。升溫階段結(jié)束后，是散熱階段。內(nèi)外混凝土散熱條件不同，外部混凝土和外界環(huán)境接觸，散熱條件好，熱量容易散發(fā)，內(nèi)部混凝土散熱條件差，于是在降溫階段又造成了外部混凝土溫度低于內(nèi)部混凝土溫度。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)力達到其極限拉應(yīng)力，裂縫就會產(chǎn)生。裂縫初期很細，隨著時問發(fā)展繼續(xù)擴大、變深，甚至貫穿。除了混凝土水化引起的溫度作用外，運行期環(huán)境溫度變化也會產(chǎn)生作用。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時，裂縫發(fā)展更為嚴重。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。隨著水泥的凝結(jié)、硬化，混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失，引起混凝土體積縮小、變形，這種變形稱為干縮。

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，雖然其量值不大，但如果同其他收縮疊加在一起，就會使表面拉應(yīng)力增大。像水閘底板這樣的斷面尺寸很大，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，水灰比的變化對自生收縮的影響和對干縮的影響正好相反，當(dāng)水灰比大于0.5時，其自生收縮和干縮比忽略不計；而當(dāng)水灰比小于0.35時。自生收縮和干縮的作用相當(dāng)，必須加以考慮。

4.結(jié)語

水閘底板混凝土產(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立的。在本文的述評中，我們可以看到，有時要減小一種原因的不利影響，卻會增加另一種因素的不利影響，所以我們對待水閘底板混凝土存在的問題一定要尤其注意。

【參考文獻】

[1]王恒平，肖懷前.淮陰閘除險加固方案比選設(shè)計[期刊論文]-農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2012（4）.

[2]趙永昌，郭林山.水閘工程施工的質(zhì)量管理[J].河南水利與南水北調(diào)，2007，（06）.

[3]馬躍先，陳曉光.水閘混凝土溫控施工動態(tài)控制研究[J].施工技術(shù)，2007，（04）.

[4]河海大學(xué).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，1979.

[5]李元昌.加強水閘工程管理[J].南水北調(diào)與水利科技，2000，（01）.