小議船閘混凝土溫控防裂施工技術研究

賈彥鵬　楊旭

摘要：在水運工程建設的過程中，船閘能夠有效的保證船舶的通航，是應用最為廣泛的通航建筑物。為了保證船閘工程的安全性，需要采用相應的混凝土材料，在船閘建設過程中所需的混凝土屬于大體積混凝土的一種。受到施工環境中的溫度以及不均勻沉降因素的影響，混凝土構件中可能會出現溫度裂縫，導致在其表面出現裂縫，對船閘工程的穩定性能造成損害。本文主要以具體的工程案例為切入點，分析了船閘混凝土出現裂縫的原因，并提出了相應的溫控防裂措施，以期為施工操作提供相應的指導。

關鍵詞：船閘；混凝土溫控防裂；施工技術

混凝土在抗壓強度和耐久性方面有著獨特的優勢，保證了船閘工程的穩定性，在具體的施工中得到了廣泛的應用。但從另一方面來說，混凝土材料均有非均質性的特征，受到外界因素的影響會出現變形或者開裂的問題。在《混凝土結構設計規范》中明確規定了混凝土結構中最大的允許裂縫，裂縫的寬度在0.1—0.2mm時，雖然在初期會有一定的滲水現象，但是經過一段時間的使用之后，這種現象可以自愈，裂縫的寬度在0.2—0.3mm時，就可能會出現嚴重的滲水現象。因此在船閘工程施工的過程中需要根據實際情況，采取相應的措施防范裂縫的出現。在船閘混凝土施工中，溫度裂縫主要由于受到施工環境中外界因素的影響，混凝土結構物中承受了較大的溫度應力，一旦溫度應力的數值超過了最大的抗拉應變值時，就會導致裂縫的產生。針對這一問題，在施工中可以采用相應的措施來進行有效的防范，降低裂縫的有害程度。

一、工程案例

在某船閘工程建設施工的過程中，上閘首采用重力式結構，邊墩和底板處于分離的狀態，其尺寸在63.5m×125.2m，下閘首與上閘首的構造基本相同，其尺寸設計為70.5m×125.2m。閘室分為15段，總體的長度為306.54m，根據水運工程的實際情況，將船閘正常的運行水頭設計為11m。在船閘工程建設的過程中，經過初步估算所需要的混凝土總量約為150萬m3。在上閘首的輸水廊道中，由于混凝土結構的尺寸較大，為了防止在施工中產生的溫度應力過大，導致溫度裂縫的出現，擬從原材料的選擇、配合比設計等方面采取相應的溫控措施，將混凝土的出機口溫度控制在16—18℃之間，降低混凝土溫度裂縫的出現。

二、船閘混凝土溫度裂縫出現的原因及危害

一般情況下，船閘混凝土受到溫度應力而產生的裂縫主要分為兩個方面，首先是內約束裂縫，這種裂縫出現的相對較早，且相對較淺。主要是在混凝土固結的過程中，水熱化的作用逐漸的減緩，導致混凝土表層溫度流失相對較快，內外部的溫差變大。其次是外約束裂縫，主要發生在混凝土降溫的階段。混凝土結構物中的熱量逐漸的消散，由于降溫導致混凝土體積出現收縮的現象，收縮變形也會出現在混凝土硬化階段，當混凝土結構物在收縮變形時受到外部條件的約束，就會產生較大的拉應力，在混凝土構件中出現裂縫。具體而言船閘混凝土裂縫出現的原因大致可概括為水泥水熱化因素的影響、外界氣溫以及約束條件的變化、收縮變形等。

船閘混凝土裂縫的出現，將會影響混凝土結構的穩定性和整體性，出現水分滲漏的現象。一旦在船閘混凝土構件中出現裂縫，滲漏的水分會將混凝土中的氧化鈣成分帶走，導致混凝土的強度下降，使表層風化的程度加快。同時，裂縫的存在也會對內部的鋼筋材料造成危害，出現生銹腐蝕的現象，使其斷面不斷的減小，在嚴重的情況下會導致鋼筋斷裂問題的出現，影響船閘工程的耐久性和使用年限。

三、船閘混凝土溫控防裂措施研究

1、優化混凝土配合比例

對混凝土的配合比設計的優化主要體現在兩個方面，首先是對于原材料的選擇，盡量選擇水熱化降低的水泥材料，在條件允許的情況下可摻入一定量的外加劑來降低水泥的使用量。選擇自然連續級配的粗骨料，保證拌合的混凝土具有良好的和易性，盡量選取極限抗拉強度高的碎石材料。一般情況選擇中粗砂作為施工中所需的細骨料，保證其級配和粒徑能夠達到相關的標準，將骨料中的含泥量控制在要求的范圍之內，避免出現含泥量過高的問題，不僅降低混凝土的抗拉強度，也加劇了收縮變形問題。其次是在混凝土配合比設計的過程中，為了避免水泥水熱化的影響，盡量減少水泥的使用量，確保混凝土的質量滿足技術指標，其具體標準如表1所示。

2、合理控制混凝土澆筑次序及最高溫度

將分塊澆筑的方式應用在船閘混凝土澆筑的過程中，能夠使混凝土澆筑的內外溫差得到降低，在最大限度上控制了溫度應力。在施工條件允許的情況下盡量采用薄層澆筑的方法，在施工過程中產生的水化熱能夠及時釋放出去，但需要合理的控制間歇的時間，避免垂直裂縫的出現。此外是對于混凝土澆筑溫度的控制，一般情況下，在混凝土澆筑時的溫度越低，越有利于控制溫度應力的數值，其中澆筑溫度與材料溫度之間的關系如圖1所示。在《水工混凝土結構工程施工及驗收規范》中對于大體積混凝土的澆筑溫度也有明確的規定，一般將其控制在28℃以內。石子的溫度是影響混凝土出機溫度的主要因素，在混凝土拌制時應避免石子直接被太陽照射，若施工環境中的溫度較高，還可以提前沖洗骨料，將水溫保持在10℃左右。

3、加強設計措施

在進行設計的過程中將抗裂因素考慮在內，盡量避免在溫度裂縫的出現。首先是對結構形式的選取，根據混凝土結構的實際情況，采取科學的措施進行混凝土分塊，禁止出現截面突變的現象。當混凝土構件的尺寸達到相關的標準之后，按照規范設置溫度伸縮縫。其次是在分布鋼筋設置方面，合理的規劃受力筋的位置，并將加強分布筋配置在變截面部位。地基對于混凝土材料具有一定的阻力，在設計時應采取相應的措施來降低這種阻力的影響，控制溫度應力。通過設置滑動層的方式能夠有效的減少路基對混凝土的約束能力，避免溫度裂縫的出現。

4、預埋冷卻管

預埋冷卻管主要是通過管道中冷水流動實現對混凝土內部的降溫效果，需要根據船閘混凝土構件的實際情況合理的分布冷卻管埋設的位置。在水平面層上埋設冷卻水管，冷卻水管的上下層間距控制在在1.5—3m，在連接時采用立管連接的方式。一般情況下水管的方向與河流保持垂直，為了保證對混凝土進行有效的降溫，可以根據實際情況增加進水口的數量。這種溫控方式施工操作相對較為簡單，不僅能夠實現良好的降溫效果，也具有相當的經濟效益。

四、結束語

綜上所述，混凝土在船閘工程建設施工的過程中有著重要的作用，直接影響著船閘的穩定性和耐久性。但是在混凝土施工的過程中容易受到外界因素的影響而導致溫度裂縫的出現，導致溫度裂縫出現的原因是多方面的，主要是因為混凝土構件所承擔的溫度應力超過了其自身的最大抗拉能力，使混凝土構件出現了溫度裂縫。因此需要在混凝土工程施工的過程中，需要根據船閘工程的實際情況，從配合比設計、原材料控制等多方面采取相應的溫控防裂措施，盡量降低溫度裂縫的出現，對船閘工程的穩定性和耐久性產生影響，進而有效的提高船閘工程施工質量。