淺談水閘大體積混凝土溫度控制措施

易春權

(上海宏波工程咨詢管理有限公司， 上海　201707)

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淺談水閘大體積混凝土溫度控制措施

易春權

(上海宏波工程咨詢管理有限公司， 上海201707)

上海市水閘工程大多涉及大體積混凝土施工，混凝土結構裂縫控制是保證水閘大體積混凝土施工質量的關鍵。混凝土變形受到約束從而產生混凝土結構裂縫，大體積混凝土結構所承受的變形，主要因溫度和收縮而產生。因此，溫度控制是保障大體積混凝土施工質量的重點，必須從原材料、混凝土配合比、施工工藝、測溫監測、養護等幾個方面進行控制方能達到預期效果。

大體積混凝土； 溫度控制； 水閘施工

1　前　言

大體積混凝土一般是指混凝土結構斷面尺寸已達到必須采取相應措施妥善處理溫度差值、合理解決溫度應力并控制裂縫的混凝土結構。自動化控制的混凝土拌合站及輸送泵越來越多的在混凝土施工中應用，為大體積混凝土施工提供了條件。大體積混凝土具有結構厚、混凝土用量大、鋼筋密、施工技術要求高等特點，除了滿足強度、整體性等要求外，還存在如何防止溫度變形產生裂縫的問題。

混凝土結構一旦產生裂縫，混凝土內的水泥成分隨裂縫中的滲水析出，致使混凝土強度降低，同時鋼筋也很快銹蝕、斷面減小直至斷裂，從而破壞了結構的整體性，改變了混凝土內部應力分布，使混凝土結構發生破壞。因此，大體積混凝土溫度裂縫問題在水閘施工中受到了各參建單位的高度重視。從根本上分析、了解、采取措施，盡量杜絕在施工中產生此類現象，從而保證水閘的工程質量。

2　水閘大體積混凝土工程概述

上海金匯港南閘為出海節制閘，屬于一線海塘水閘，面臨杭州灣，是集擋潮、除澇、應急通航、水資源調度等功能于一體的出海閘。新建金匯港南閘位于老閘以外537m左右，設計最大排澇流量650m3/s，閘孔凈寬60m，閘底坎高程-1.5m。閘室底板和閘墩結構設計強度等級為C40高性能海工混凝土，底板厚2.5m，分三塊，單塊最大體積近2000m3；閘墩中墩厚3m、高8.5m、長28.5m，體積約730m3。水閘底板和閘墩混凝土澆筑均應按照大體積混凝土施工進行質量控制，并應滿足大體積混凝土溫控質量標準。

圖1　金匯港水閘工程平面布置圖

圖2　中孔縱剖視圖

3　混凝土結構溫度裂縫控制措施

大體積混凝土施工質量控制的目的是防止混凝土產生裂縫，一方面控制混凝土硬化初期自身收縮與干燥收縮導致的收縮裂縫，另一方面控制硬化過程中水泥水化熱和外界溫差導致的溫度裂縫。該工程閘室底板和閘墩大體積混凝土裂縫控制應該從這兩類裂縫控制上入手。

3.1合理選用原材料，優化混凝土配合比

該工程閘室底板和閘墩結構設計混凝土強度等級為C40高性能海工混凝土。

配合比設計程序：海工混凝土配合比試配參考設計提供的配合比并結合地方材料性能，采用“比選-校正”法進行設計。參考類似工程的經驗和數據，對強度等級為C30、C40的海工混凝土分別設計兩組配合比進行相關性能指標的試驗成果分析，在強度和耐腐蝕性等指標滿足設計及規范要求后，將擬定的混凝土配合比提交溫控設計研究單位進行溫控設計。最后綜合各方試驗結果對擬定混凝土配合比進行校正，最終確定該工程海工混凝土配合比。

設計過程鑒于對“海灣水環境、水位變動區以及溫度、濕度”等綜合因素的考慮，特擬定了四個配合比，編號分別為C30-1、C30-2、C40-1、C40-2。經由上海市建筑科學研究院驗證[見表1(為減少篇幅僅列其中一項)]，四組配合比抗氯離子滲透性均符合該工程混凝土電通量不大于1000C的規定，且滿足海工混凝土耐腐蝕性要求(見表2)；考慮到C30-1、C40-1配合比中水泥含量較低，外摻料用量較大，在混凝土硬化過程中較另外兩組配合比能有效的降低水化熱的產生，故選擇C30-1、C40-1兩組配合比作為該工程海工混凝土配合比。

表1　C40混凝土配合比復驗計算

表2　混凝土耐腐蝕性

氯離子總含量計算：混凝土中氯離子總含量包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細骨料、外加劑及水中所含氯離子含量之和，不允許超過膠凝材料總量的0.1%。四組配合比的混凝土氯離子總含量及總堿含量計算結果均滿足規范要求，見表3。

表3　氯離子總含量計算結果

總堿含量計算：混凝土中總堿含量包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細骨料、外加劑及水所含氫氧根離子含量之和，其中礦物摻合料的堿含量以其所含可溶性堿計算，粉煤灰的可溶性堿含量取粉煤灰總堿量的1/6，礦渣粉的可溶性堿含量取礦渣粉總堿量的1/2，混凝土中總堿含量不能超過3kg/m3，四組配合比的混凝土中總堿含量計算結果見表4。

表4　總堿含量計算結果

經參建方討論及專家建議，擬對該工程高性能海工混凝土配合比在C40-1基礎上進行微調驗證。主要原則是在C40-1配合比基礎上對膠凝材料用量進行調整，降低水泥用量，提高粉煤灰、礦粉等外摻料的用量。根據《海工混凝土規范》可知，降低水泥用量，提高粉煤灰、礦粉等外摻料用量對混凝土抗氯離子滲透性能有利。由于原C40-1配合比抗氯離子滲透性(電通量)滿足設計要求，因此在C40-1配合比基礎上按照本原則進行微調驗證只需要對調整后的配合比強度進行驗證，同時根據微調后的配合比重新進行溫控驗算。

在經上海市建筑科學研究院驗證通過的C40-1配合比基礎上，設計了四個不同膠凝材料用量的微調配合比進行驗證，其結果見表5～表7。

表5　經建科院驗證的原C40-1配合比

表6　微調C40配合比

表7　微調C40配合比強度

從強度結果分析，C40-a、C40-b、C40-c均能滿足設計強度要求，考慮到大體積混凝土溫控措施，為有效降低水化熱，最終選用水泥用量較小的C40-b配合比作為該工程的海工混凝土配合比。

3.2合理制訂有效的施工工藝

3.2.1底板澆筑工藝

該工程底板共包括11塊：閘室底板3塊，邊跨底板2塊，厚2.5m，平面尺寸為28.2m×28.5m，基礎為方樁基礎；中跨底板1塊，厚1.5m，平面尺寸為28.2m×28.5m，基礎壓密注漿處理。兩側岸墻底板各1塊，厚1m。外河側底板3塊，厚1m；內河側底板3塊，厚1.2m。

為盡可能避免混凝土強度上升期間底板相互之間約束力造成的底板變形開裂，同時考慮到中跨底板無樁基礎，將中跨底板與邊跨底板接縫處設計為齒坎形式。為便于施工，中跨底板最后澆筑。底板混凝土澆筑順序如圖3所示。

圖3　閘室底板混凝土澆筑順序

澆筑方法：底板澆筑采用泵送商品混凝土。澆筑順序均沿長邊方向，采用“階梯分層，聯系推進”的施工方法，臺階寬2.5m左右(見圖4)。供應能力按計算確定，澆筑間隔時間應滿足《水工混凝土施工規范》(SDJ 207-82)的有關規定，不會形成冷縫。

圖4　水閘底板混凝土澆筑示意圖

混凝土振搗：根據分層的厚度、層數和泵送混凝土自然流淌形成的斜坡度，在澆筑前、中、后共布置三道振動器：第一道布置在混凝土卸料口，負責卸料口混凝土的振搗；第二道布置在混凝土的斜坡部分，負責斜面混凝土的振搗密實；第三道布置在坡腳及底層鋼筋處，混凝土流入下層鋼筋底部，確保下層鋼筋混凝土的振搗。振搗時嚴格控制振動器移動的距離、插入深度、振搗時間，避免各澆筑帶交接處的漏振。

混凝土泌水處理：混凝土澆筑過程中，上部泌水和漿水順著混凝土坡腳流淌，使用軟管污水泵及時排除，表面混凝土找平后采用真空吸水機工藝脫去混凝土成型后多余的泌水，降低混凝土的原始水灰比，提高混凝土強度、抗裂性、耐磨性。

混凝土表面處理：混凝土表面的水泥砂漿較厚，故在混凝土表面進行真空吸水后、初凝前，用圓盤式磨漿機磨平、壓實，并用鋁合金長尺刮平，初凝后至終凝前采用二次壓光法，即用葉片式磨光機磨光，人工輔助壓光。既能很好地避免干縮裂縫，又能使混凝土表面平整光滑、表面強度提高。

3.2.2閘墩澆筑工藝

在底板混凝土強度達到80%后方可澆筑閘墩混凝土，分層澆筑高程如下：-4m～-1m(第一次隨底板一起澆筑0.5m)、-1m～+4m(具備澆筑胸墻條件)、+4m～+10m。

胸墻以下閘墩兩邊對稱同時采用泵送混凝土澆筑，采用串筒入倉下料，串筒距混凝土澆筑面不超過2m，每層每次澆筑厚0.35m，閘墩每層澆筑量約為30m3。每個閘墩4個下料點，每個下料點一次下料7.5m3，可滿足澆筑強度。澆筑時兩個閘墩交替循環上升，每循環一次約1h，不會形成冷縫。

混凝土澆搗采用人工下倉，用插入式振搗器振搗，振搗時必須按作用半徑均勻插振，不漏振，不過振，但不得觸碰模板，以保證振搗密實，模板不變形。倉面若出現泌水，在下批混凝土澆筑前，人工入倉清除干凈。

3.2.3養護工藝

金匯港南閘改造工程主體工程大體積混凝土施工主要特點是體積大、表面系數比較小、水泥水化熱釋放比較集中、內部溫升較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。

底板和閘墩混凝土澆筑正值夏季高溫，為防止出現裂縫，閘室大體積海工混凝土澆筑溫控措施采取了冷卻水管進行溫控，現場澆筑后第3d達到最高溫度60℃之后一路下降，防止了裂縫的出現。

閘墩澆筑采用鋼模板，澆筑后立即在底板表面覆蓋一層塑料薄膜，再在塑料薄膜上覆蓋一層土工布，土工布之上用方木進行固定，經過河海大學研究計算，底板部分只需表面保溫，無需內部冷卻水管保溫。

加強倉內作業，降低混凝土澆筑溫度。加強現場施工組織管理，縮短各環節施工時間，采用臺階式澆筑，做到每層混凝土覆蓋時間間隔不超過180min；混凝土澆筑完成后，及時采用塑料薄膜和草袋進行保溫保濕養護。

3.3加強測溫監測工作，控制內外溫差

為有效控制混凝土內外溫差，并對后續閘墩施工提供現場混凝土溫升實測數據，邊孔底板澆筑時需進行溫度監控。測溫孔布設三組，一組布設在邊孔底板中心處，一組布設在邊孔底板邊角處，一組布設在中墩中部。具體位置如圖5所示。

圖5　測溫孔布置

垂直方向測溫點按50cm一層布置，A組共有測溫點6個，B組和C組共有測溫點5個，A0、B0、C0距頂面5cm，測溫點埋設方式如圖6所示。

圖6　測溫點埋設方式

溫度測量采用便攜式數字溫度計，澆筑底板前將溫度計探頭及數據線預埋至預定位置，底板初凝后開始測量溫度，每天安排專人負責記錄(由于篇幅所限，簡要摘取幾組數據予以說明)。測溫頻率按表8時間控制。

表8　測溫時間及測溫頻率控制

續表

根據實測數據顯示，混凝土中心溫度最高，當混凝土澆筑完成2～3d時為一個高峰期，以后逐漸緩慢下降，3個點的最大溫差分別為24.5℃、24.6℃、24.4℃，符合“小于25℃的最大溫差”的規范要求，說明采取的控制溫差措施合理、有效。經上海市相關檢測部門檢測，主體工程未出現裂縫，質量達到設計和規范要求。

4　經驗及建議

該工程閘室底板和閘墩結構澆筑過程中采用的溫控方案便于操作，保證了工程質量，滿足了工程要求，具有一定的推廣價值。根據以上對大體積混凝土澆筑溫度控制的初步探討及結合同類工程的經驗，在工程實施前，對存在的各項因素分析透徹，采取相應的預防措施，可做到防患于未然，確保工程質量。

On water sluice mass concrete temperature control measures

YI Chunquan

(Shanghai Hongbo Engineering Consulting Management Co., Ltd., Shanghai 201707, China)

Shanghai sluice projects are mostly related to mass concrete construction. Concrete structure crack control is critical to the quality of sluice mass concrete construction. Deformation of the concrete is restrained to produce concrete structure crack, and deformation of mass concrete structure is mainly produced due to temperature and shrinkage. Therefore, temperature control is the key to safeguard the quality of mass concrete construction. Expected effect can be achieved through controlling raw materials, concrete mix proportion, construction technology, temperature monitoring, maintenance, etc.

mass concrete; temperature control; sluice construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.013

TV554+.91

A

1005- 4774(2016)08- 0052- 07