水閘大體積混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：以某水閘工程為依托，采用理論研究與數(shù)值分析的方法對(duì)閘墩混凝土的合理施工工藝、施工工序及施工要點(diǎn)進(jìn)行了研究，并對(duì)閘墩大體積混凝土的抗裂技術(shù)進(jìn)行分析。針對(duì)適宜閘墩混凝土施工的合理工藝，設(shè)計(jì)了混凝土溫控措施，確保了在混凝土水化過程中的溫度指標(biāo)均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)調(diào)整和澆筑層間澆筑工藝控制的方法，改善了混凝土的抗裂性。

關(guān)鍵詞：閘墩；大體積混凝土；施工技術(shù)；抗裂性控制

中圖分類號(hào)：TU75" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2025）01-0096-03

0 引言

隨著水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，各類水閘的工程應(yīng)用越發(fā)廣泛，是水利工程中的重要補(bǔ)充，具有泄洪、灌溉、排澇、船運(yùn)等諸多功能[1-2]。

對(duì)于水閘混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝開展有一定的研究。有研究針對(duì)水利工程中水閘的施工質(zhì)量提升進(jìn)行研究，探索施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)。也有研究針對(duì)水閘的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)合理施工工藝和施工方法開展了研究。還有研究對(duì)水閘混凝土施工工序進(jìn)行優(yōu)化分析[3-4]。

水閘的混凝土工程屬于典型的大體積混凝土工程，在施工過程中如果對(duì)水化熱和混凝土養(yǎng)護(hù)的控制不佳，容易出現(xiàn)開裂。在現(xiàn)有研究中，對(duì)閘墩的大體積混凝土溫度控制技術(shù)也有一定的研究[5-7]，但相關(guān)研究均正對(duì)水閘的不同結(jié)構(gòu)形式展開，未形成通用性的技術(shù)成果。

針對(duì)小型水閘結(jié)構(gòu)快速高質(zhì)量低成本地完成其混凝土施工的相關(guān)研究較少。為了進(jìn)一步探討水閘混凝土的施工技術(shù)，本文以某水閘工程為依托對(duì)混凝土施工工藝及抗裂性技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

依托工程為位于五河縣小溪鎮(zhèn)西約2 km處，閘中心線樁HY166，工程堤防樁號(hào)范圍HY160（29+906） ～HY179（31+760），設(shè)計(jì)行洪流量3 500 m3/s，反向進(jìn)洪設(shè)計(jì)流量1 000 m3/s。由閘室、兩岸連接建筑物、防滲排水設(shè)施及上下游鋪蓋、消力池、拋石槽、導(dǎo)流堤等建筑物組成。閘室采用鋼筋混凝土開敞式結(jié)構(gòu)，共27孔，單孔凈寬12.00 m，總凈寬324.00 m。

閘室采用鋼筋混凝土開敞式結(jié)構(gòu)，為分離式閘室，大底板采用φ為1.10 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，小底板采用φ為0.50 m CFG樁基礎(chǔ)。閘室順?biāo)鞣较蜷L18 m，淮河側(cè)和湖內(nèi)側(cè)底板下垂直水流向均設(shè)厚20 cm振動(dòng)沉模防滲板墻，兼顧防滲及對(duì)閘基形成防液化圍封作用。閘室頂部布置公路橋和工作橋，公路橋布置在閘室上游側(cè)，橋面總寬9 m。閘室兩側(cè)岸墻采用鋼筋混凝土空箱式結(jié)構(gòu)，兼作閘室邊墩和橋頭堡基礎(chǔ)。上、下游翼墻均采用八字形接圓弧形的平面布置方式，其八字形直線段擴(kuò)散角為10°，空箱式結(jié)構(gòu)，圓弧段半徑25 m，圓心角80°，扶壁式結(jié)構(gòu)。末段為插入導(dǎo)堤的直線段，為懸臂式結(jié)構(gòu)。

閘室右側(cè)上、下游均設(shè)置導(dǎo)流堤，下游導(dǎo)流堤與花園湖堤防相通，堤頂寬度7.0 m，兩邊坡坡度為1：3。堤防迎、背水面設(shè)置壓載平臺(tái)，平臺(tái)以外以1：3坡度為與地面斜接。左側(cè)為墻后平臺(tái)與花園湖堤防連接。

2 底板及閘墩混凝土施工方案

2.1 底板澆筑施工

閘底板分為大底板和小底板兩種結(jié)構(gòu)形式，大底板平面尺寸6.3 m×18 m，厚為1.6 m，小底板平面尺寸7.46 m×18 m，厚為1.1 m，每塊大底板約165 m3，每塊小底板約158 m3。閘室總計(jì)大底板26塊，小底板27塊，底板混凝土施工順序由左岸向右岸逐塊澆筑，大小底板交叉施工。

底模板采用木模板，模板支撐固定采用地壟木支撐鋼管架體系。澆筑采用自卸車水平運(yùn)輸，反鏟挖掘機(jī)澆筑的方法入倉。澆筑順序由下游向上游分四層進(jìn)行澆筑（大底板），采用平面形式向前推進(jìn)，每層厚度為0.4 m。澆筑大底板最大一次混凝土方量為165 m3，1臺(tái)反鏟挖掘機(jī)混凝土入倉強(qiáng)度滿足底板混凝土澆筑循環(huán)一次不會(huì)形成冷縫需要時(shí)間。

2.2 閘墩澆筑施工

閘墩混凝土的澆筑采用分離澆筑后連接的方案進(jìn)行施工。在閘門槽位置設(shè)置寬度為80 cm的后澆帶，在各閘墩施工完成后再進(jìn)行后澆帶澆筑。單個(gè)閘墩的施工工序?yàn)槭┕つ_手架搭設(shè)→掛樣架→豎墩墻側(cè)面模板→墩墻鋼筋綁扎→門槽模板安裝→另一側(cè)模板→圓頭模板安裝及整體加固→搭倉面挑→清理、沖倉驗(yàn)收→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)。

閘墩澆筑在閘墩外側(cè)采用扣件鋼管支撐體系。搭設(shè)鋼管腳手架，將其作為施工作業(yè)的操作平臺(tái)。閘墩混凝土施工模板采用組合模板形式，兩端圓形斷面處采用定型鋼模板結(jié)構(gòu)，其他大面采用拼裝鋼模板形式，在門槽等局部區(qū)域采用木模板輔助施工。

閘墩混凝土澆筑采用2臺(tái)25 t起重機(jī)配2 m3的吊罐解決垂直運(yùn)輸問題，同時(shí)配備一輛25t汽車起重機(jī)備用。單個(gè)閘墩的混凝土澆筑量約200 m3，每層厚度0.5 m，一次循環(huán)混凝土澆筑方量約16.2 m3。閘墩澆筑采用串筒入倉下料，串筒下端距混凝土澆筑面不超過2 m。閘墩混凝土澆筑施工示意如圖1所示。

澆筑采用人工平倉，用插入式軟軸振搗器振搗，振搗時(shí)按作用半徑均勻振搗，不漏振、不過振、不能撬碰模板，以保證振搗密實(shí)、模板不變形。在逐層施工過程中，鋼筋保護(hù)層墊塊隨混凝土澆筑上升的高度而跟著拆除，以提高混凝土表觀質(zhì)量。

3 抗裂性控制措施

本項(xiàng)目的閘底板、閘墩都屬于典型的大體積混凝土，一旦施工控制不佳，易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為了提高混凝土的耐久性，項(xiàng)目正在施工過程中通過材料、工藝和水化熱控制等綜合措施對(duì)混凝土的抗裂性進(jìn)行控制。

3.1 水化熱計(jì)算分析

為了有效的控制混凝土的水化熱量，本水閘用混凝土采用雙采雙參配比。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后確定的混凝土配比如表1所示。

根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算，得到混凝土絕熱溫升值為38.1℃。

（1）

為了降低可能出現(xiàn)的里表溫差及表環(huán)溫差，在混凝土內(nèi)布置冷卻水管，在混凝土升溫期間通過循環(huán)水帶走混凝土內(nèi)部熱量。采用預(yù)埋內(nèi)徑28 mm、外徑32 mm 的鐵皮管作為冷卻管。冷卻水管布置如圖2所示，在底板布置4排，在閘墩范圍單排布置。第一批澆筑混凝土共沿縱向布置5根冷卻水管。在第二批澆筑的混凝土閘墩中沿中心布置8根冷卻水管。冷卻水管采用井水或淮河水冷卻，加快混凝土內(nèi)部熱量散出。在混凝土降溫達(dá)到一定程度后，根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)調(diào)整冷卻水管的進(jìn)水溫度。

通過有限元計(jì)算分析得到，在配備冷卻水管，入模溫度控制在15℃的情況下，混凝土的溫度變化曲線如圖3所示。從圖3溫度變化曲線可知，內(nèi)部混凝土出現(xiàn)的最大溫度為45℃，最大里表溫差為22.0℃，最大溫差出現(xiàn)在混凝土澆筑2 d后，規(guī)范限值25℃，該結(jié)構(gòu)的最大里表溫差滿足規(guī)范要求。施工環(huán)境的溫度為10～17℃，在施工過程中出現(xiàn)的最大表環(huán)溫差為13.2℃，規(guī)范限值20℃，滿足規(guī)范要求。

3.2 主要控制措施

為了有效控制混凝土的最高溫度，在混凝土拌合時(shí)采用水溫較低的深井水（15℃）拌制混凝土，降低混凝土入倉溫度。定時(shí)檢測(cè)混凝土出機(jī)口溫度、入倉溫度及澆筑完畢時(shí)溫度。

為了改善約束條件，減少收縮應(yīng)力，降低混凝土坍落度，澆筑采用吊斗澆筑取代泵送混土，以控制混凝土的收縮變形。混凝土澆筑前在施工縫上，先鋪一層比混凝土高一強(qiáng)度等級(jí)的水泥砂漿，以降低閘底板混凝土對(duì)閘墩混凝土之間的約束力。將閘墩底部1.22 m與底板同時(shí)澆筑，以減小底板對(duì)閘墩的約束力。在閘門槽處設(shè)置寬80 cm的后澆帶，減少不同齡期閘墩變形差對(duì)連接帶的影響。

在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行混凝土澆筑溫度的監(jiān)測(cè)，在養(yǎng)護(hù)過程中還進(jìn)行閘墩升降溫、內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得反映閘墩混凝土內(nèi)部溫度變化情況。并根據(jù)溫度的變化調(diào)整通水溫度、流速及表面散射速率的控制，以更好的改善混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)，避免開裂。

4 結(jié)束語

本文對(duì)某水閘的混凝土澆筑工藝技術(shù)進(jìn)行了研究，形成主要結(jié)論如下：①針對(duì)閘墩混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工條件，提出了采用單獨(dú)澆筑后連接的施工方法，通過吊斗分層澆筑可以經(jīng)濟(jì)可靠的完成混凝土澆筑。②分析了小型水閘閘墩及底板混凝土澆筑施工工藝，對(duì)混凝土澆筑順序、分層及澆筑振搗關(guān)鍵工藝進(jìn)行了分析總結(jié)，可指導(dǎo)類似結(jié)構(gòu)施工。③為控制閘墩大體積混凝土的水化溫度，通過布置冷卻水管和混凝土配合比的優(yōu)化，確保了在混凝土水化過程中的溫度指標(biāo)均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。④通過混凝土測(cè)溫與調(diào)整層間澆筑工藝方法，有效改善了混凝土的收縮應(yīng)力，進(jìn)一步提高了混凝土的抗裂性。

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收稿日期：2024-06-20

作者簡(jiǎn)介：孫群（1974—），女，安徽淮南人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：水利工程。