船閘工程閘室底板混凝土質量控制

蔡升

摘 要：船閘工程一般閘室底板施工質量難以控制，易出現裂縫問題。本文從混凝土材料配比、施工工藝、溫控、養護各方面提出防止底板開裂的控制措施。

關鍵詞：閘室底板 裂縫 控制

船閘工程一般閘室底板面積較大，又是大體積混凝土，施工質量難以控制，易出現裂縫問題。為防止船閘底板開裂，設計方面通常采取優化混凝土結構尺寸，適當提高配筋率等措施，但仍避免不了出現裂縫。筆者認為，要想防止閘室底板開裂，施工質量控制尤其重要。筆者從施工中的經驗，認為應從以下各個方面加強控制。

1.混凝土配合比

閘室底板屬于大體積混凝土，因此比一般混凝土工程更加要嚴格控制好配合比。

（1）加強原材料的控制

為保證混凝土強度和耐久性滿足要求，應合理選擇和控制原材料（水泥、骨料、外加劑等）質量，必須滿足規范規定的要求，細骨料建議以中砂（細度模數2.4—2.8）為宜，船閘底板屬大體積混凝土，鋼筋不算密集，粗骨料建議采用三級級配（最大粒徑不超過80mm）。這樣適當可以減少水泥用量，從而減小水泥水化熱。

（2）優化配合比設計

認真進行混凝土配合比設計，通過試驗優化混凝土配合比（如優化外加劑摻量、粉煤灰摻量等）。選用質量穩定、水化熱較低的水泥，改善骨料級配，保證混凝土強度及和易性條件下，減少水泥用量，降低混凝土水化熱，改善混凝土性能，提高其抗裂能力。配合比設計還應進行開裂敏感性試驗，大體積混凝土應限制早期強度的發展，12h抗壓強度不宜大于8Mpa，24h抗壓強度不宜大于12Mpa。

（3）合理使用外加劑

在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現時間，使升溫期延長，有足夠的時間讓混凝土強度增長，提高混凝土的抗拉強度，從而減少裂縫產生。對于預留施工寬縫及二期混凝土應采用膨脹混凝土，在混凝土中摻入一定數量的TEA、UEA或特斯密等膨脹劑，使得混凝土產生微膨脹，形成內預應力，抵消混凝土收縮產生的部分應力，防止或減少混凝土溫度及干縮裂縫的產生，達到新老混凝土良好結合。

2.優選施工工藝

船閘底板混凝土澆筑必須注意兩個關鍵問題，一是合理安排施工次序并嚴格執行，避免相鄰結構段出現較明顯的變形；二是混凝土澆筑工藝合理、措施得當。

在施工工藝方面，為減少混凝土表面拉應力，降低底板負彎矩，通常采用“墩底分澆、預留寬縫、后期封合”的施工方法。閘室底板根據設計按長度、寬度方向需要分塊澆筑。根據設計施工縫位置，閘室底板分為兩側邊墩底板及中間施工寬縫，施工應先澆筑底板和邊墩，再澆筑底板施工寬縫。兩側宜對稱同步進行。按設計預留底板施工寬縫，施工寬縫為二期膨脹砼，可根據規范要求在后期適時澆筑。

如某船閘工程閘室采用不透水鋼筋混凝土整體塢式結構，閘室總長290m，其中消力池鎮靜段長10m，閘室有效長度280m。閘室內總寬23.2m，凈寬23.0m，閘室邊墻底寬3.0m，閘室底板厚2.5m。閘室共分20個結構段，結構分段長度從上游往下游依次為（10+18*15+10）m，結構縫內設置銅片止水，并采用聚乙烯閉孔泡沫板填充。閘室底板混凝土分塊澆筑及澆筑順序如圖1（1#～20#為底板分段編號，1～20為澆筑順序號，中間預留寬縫最后澆筑）。

預留寬縫施工方法可使結構和填土的自重荷載引起地基變形發生在局部區域，能減小結構自重荷載引起的底板負彎矩，還能削弱地基對底板的約束作用，從而減小溫度荷載引起的船閘底板拉應力。可見，底板寬縫混凝土澆筑尤其重要，施工不當，就會造成底板出現裂縫。

寬縫混凝土澆筑的時機應選擇好：（1）底板寬縫砼澆筑一般控制在各分塊底板澆筑60天以后（結構完全穩定后）；（2）底板寬縫澆筑需要待閘墻及邊墩沉降基本穩定后施工；（3）寬縫澆筑宜在氣溫較低時澆筑，但不宜過低，溫度過低會影響膨脹效果。若進度允許可選擇春、秋季施工。寬縫施工前15天應進行沉降觀測，每天觀測一次，并繪制沉降曲線，直到邊墩沉降基本穩定后（連續10天晝夜沉降平均速率小于0.1mm/d，累計沉降不大于1mm）。

寬縫澆筑前按要求對基礎面、施工縫進行處理。施工縫的處理應清理覆蓋物和表面松動的混凝土層（乳皮）；對接觸面進行鑿毛處理，使表層石子半露，并用高壓水槍清洗干凈；澆筑前保持寬縫兩側混凝土充分濕潤；澆筑前清理寬縫，保證無積水和殘渣。

混凝土施工期間，嚴格控制坍落度及坍落度損失量，嚴禁超出規定范圍，嚴格按照初凝時間或溫控要求控制澆筑間隔時間，避免出現冷縫。混凝土澆筑要嚴格按照規范施工進行平倉、振搗。振搗要密實，防止漏振。分層振搗時振動器應插入下層混凝土中不少于50mm，以使上下層有效結合成整體，避免出現施工縫。

3.加強溫控

一般大體積混凝土內外溫差不宜超過25°，否則會由于內外應力而出現裂縫。所以還應控制好混凝土澆筑溫度及內外溫差。

3.1混凝土澆筑溫度控制

（1）高溫時段施工

混凝土澆筑溫度控制，采取冷卻材料，選擇合適的時間如溫度較低的時候澆筑。澆筑溫度越低，底板各部位應力越小，對防裂有利。因此，在現場施工條件允許時，盡可能降低混凝土澆筑溫度。

在夏季炎熱天氣澆筑混凝土時，骨料溫度較高，考慮拌和、運輸、澆筑升溫，可采用制冷水及加冰拌和等措施將澆筑溫度控制在26°左右。夏季應盡量選擇早、晚氣溫較低時澆筑。因為砂、石、水的溫度受氣溫影響，在膠材溫度一定的情況下砼澆筑溫度主要取決于環境溫度，因此選擇適當的時間澆筑砼比較重要。

影響澆筑溫度的的因素有：①原材料溫度；②攪拌、運輸、澆筑、振搗過程中的升溫；③新拌砼與環境介質之間的熱交換。其中，原材料溫度直接決定了澆筑溫度的高低。在原材料中，砂、石的比熱較小，但占砼總質量的80%左右；水僅占砼總質量的6%左右，但其比熱較大。因此，降低砼澆筑溫度的有效方法是冷卻骨料和水，其次為冷卻膠凝材料。

控制大體積混凝土出機口溫度，保證澆筑溫度滿足溫控標準的要求，出機口溫度和澆筑溫度可按《水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程》（JTS 202-1-2010）附錄D公式計算。即熱天澆筑時的出機口溫度和澆筑溫度如下：

②澆筑溫度Tp = T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+θ3）+Tf，式中Tp—混凝土澆筑溫度（℃）； T0—混凝土出機口溫度（℃）； Ta—環境溫度（℃）；θ1—混凝土裝卸轉運時的溫度變化系數，θ1=0.032N；θ2—混凝土運輸時的溫度變化系數，θ2=A*τ；θ3—混凝土澆筑時的溫度變化系數，θ3=0.003τ；Tf—泵送施工時的摩擦升溫值（℃）；N—混凝土裝、卸轉運次數；A—熱損失系數；τ—運輸時間（min）；τ—澆筑振搗時間（min）。

熱天施工出機口溫度控制可采取以下措施：①利用溫度較低時段施工，避開中午高溫時段；②在水泥筒倉外表面采用遮陽布進行遮擋；新進水泥在筒倉內放置至少一天時間，確保其降至常溫后使用；③在骨料堆場設置遮陽棚避免暴曬；④粗骨料設置地下水噴淋系統對其降溫；⑤采取冷卻系統制冷水或加冰拌和混凝土。

夏天澆筑溫度控制措施：①提高混凝土澆筑能力，縮短暴露時間：②縮短混凝土運輸時間：③對混凝土運輸車進行降溫、遮曬。在運輸車在運輸混凝土過程中進行覆蓋；在每工班開始前、施工過程中對運輸車的車廂進行淋水降溫。

（2）氣溫較低時段施工

冷天施工，氣溫較低，原材料不須采取降溫措施，但要控制混凝土入模溫度不低于5℃。①冬季砼澆筑時盡量選擇在白天進行，避免夜間低溫時段；②采用帆布對料場進行遮蓋；③縮短砼的運輸時間，低溫時運輸車設遮蓋；④砼澆筑過程中對暴露面進行遮蓋；⑤砼澆筑完畢后及時覆蓋保溫，并推遲拆模時間，防止冷擊，并不使用冷水養護。

3.2混凝土內外溫差控制

通過埋設冷卻水管，通冷卻水降低混凝土的溫峰值是大體積混凝土施工中常見的有效溫控措施。通水冷卻有利于減少底板早期表面應力及后期內部應力。通水冷卻的效果受水管排列方式、管徑、管間距、管長、水溫、流量等因素的影響。其中控制管間距是最有效的控制冷卻效果的手段。但需要注意內部早期降溫幅度過大，易引起較大的應力。冷天在冷卻水源方面，建議采用底層河水進行冷卻。

設置冷卻水管的砼自澆筑時起，澆筑混凝土前先進行通水試驗，冷卻水管內須立即灌入冷卻水，連續通水15天（高溫時段施工通水時間宜再延長一周），通水流向一天一換，且在開始7天內，需控制水溫，使混凝土內表溫差不得大于25攝氏度。

通水過程中對水管流量，進出口水溫度、測溫孔溫度每隔1-2小時測量，記錄一次。根據測得的溫度可以得出最高內部溫度、升溫速率、內表溫差及降溫速率。如發現異常情況，應根據測溫結果和外界環境溫度變化的實際情況縮短溫度測量時間，并及時采取下列措施：① 最高溫度偏高，可采取加大冷卻水流量、降低冷卻水溫度的措施，但注意控制冷卻水溫度在比混凝土中心溫度低10～25℃之間。②內外溫差偏高，可加大通水流量加強內部降溫，并增加保溫層厚度以加強外部保溫。

大體積混凝土由于內部水泥水化熱難以釋放，必然會產生高溫，為了保證混凝土施工質量，必須對混凝土內部溫度及其發展變化情況加強監測，通過監測及時完善溫控措施，確保溫度應力不超過混凝土的抗拉強度，從而避免出現溫度裂縫。溫度控制標準為：①砼澆筑溫度不高于30℃，不低于5℃；②砼內表溫度差不宜大于25℃；③砼內部最高溫度不高于70℃；④砼塊體降溫速率不大于2℃/ d；⑤冷卻水的溫度與砼內部溫度之差不超過25℃。

4.混凝土養護措施

混凝土養護也很重要，養護不當也會出現裂縫。混凝土養護包括溫度、濕度兩個方面，結構表層混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取決于養護過程中的溫度和濕度，因為水泥只有水化到一定程度才能形成混凝土強度和耐久性的微結構。船閘結構施工需考慮不同施工條件、氣候條件采取不同的養護措施。

混凝土澆筑完成后，應在12h內進行濕水養護。氣溫低于5°C時不宜灑水，應采用塑料薄膜和保溫材料保濕、保溫。養護水溫度不宜過低或過高，宜采用冷卻水管出水口的水。混凝土養護期間，應加強混凝土的溫度和濕度控制，盡量減少表面混凝土的暴露時間，及時對混凝土暴露面進行覆蓋，防止表面水分蒸發干縮。此外，濕水養護應做到全面，避免出現養護不到位的部位。

高溫季節施工可待砼初凝后采取鋪設濕土工布或草席等，采用蓄水養護（有蓄水條件的結構部位）或采用噴淋系統養護。

冬季應加快砼的覆蓋，盡可能縮短砼的暴露時間，防止低溫倒灌。冬季施工對降低內表溫差有較高要求，可采取覆蓋塑料薄膜后加蓋土工布保溫。

氣溫驟降時，齡期低于28天的砼仍應進行表面保溫。

若大風天氣（風力超過7級或風速超過14m/s），對于早期砼（砼還處于溫升階段）應及時采取擋風措施或者加強表面保溫。

若遇寒潮，不論什么季節，什么時候澆筑的砼，表面應加強保溫，寒潮過后也不宜立即撤除覆蓋物。若保溫材料被意外掀掉，應盡快覆蓋上，否則長時間不蓋會增加出現裂縫概率。

拆模時間不宜過早，特別是晝夜溫差較大和冬天更應該注意。低溫季節拆模應選擇溫度較高時段并立即采取覆蓋保溫措施。砼表面溫度與環境溫度之差大于15°時應延遲拆模時間。

5.結語

總之，船閘底板施工應從混凝土材料配比、施工工藝、溫控、養護各方面，采取一系列的有效措施，科學地組織施工，方可有效地防止閘室底板裂縫的發生，從而保證施工質量。

參考文獻：

[1]JTS202-1-2010，水運工程大體積混凝土溫度裂縫控制技術規程.

[2]JTS202-2011，水運工程混凝土施工規范.

[3]JTS202-2-2011，水運工程混凝土質量控制標準.

[4]JTJ218-2014，船閘工程施工規范.