鄂北地區(qū)水資源配置工程大型渡槽混凝土裂縫防控技術(shù)實(shí)踐

陳文舉 鞠曉陽(yáng) 熊治明

摘要：為了預(yù)防和減少鄂北地區(qū)水資源配置工程渡槽槽身混凝土裂縫，結(jié)合該工程棗隨段沙河渡槽槽身三向預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆混凝土施工實(shí)例，查找并分析了產(chǎn)生裂縫的主要影響因素，并采取了相應(yīng)的防控措施對(duì)策，效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。裂縫防控技術(shù)可為今后渡槽工程混凝土裂縫防控提供參考。

關(guān)鍵詞：渡槽;裂縫防控技術(shù);施工質(zhì)量控制;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV544文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.012

Abstract：In order to prevent and reduce the concrete cracks of the aqueduct body， combing the three-dimensional prestressed cast-in-situ concrete construction example of the Shahe Aqueduct body in the Zaosui section of the water resources allocation project in northern Hubei， the main influencing factors of the cracks were analyzed and discovered. The corresponding prevention and control measures aiming to different influencing factors were taken， and good results as well as the expected goals were achieved. ?The adopted technologies can ?provide ?reference for the prevention and control of concrete cracks in aqueduct engineering in the future.

Key words： aqueduct;crack prevention and control technology;quality control of construction;North Hubei Water Transfer Project

1 工程概況

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鄂北工程”）2016年第4標(biāo)沙河渡槽位于湖北省棗陽(yáng)市環(huán)城街道方灣村，沙河渡槽屬鄂北總干渠樁號(hào)121+800～123+180渠段，全長(zhǎng)1.38 km，是鄂北工程重要的輸水建筑物。工程建筑物級(jí)別為2級(jí)，設(shè)計(jì)流量28.6 m3/s，設(shè)計(jì)水深3.76 m。槽身縱坡1∶5 000，單跨長(zhǎng)30 m，共45跨，設(shè)計(jì)為單槽多側(cè)墻矩形槽，三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)澆法施工。單槽橫斷面尺寸如下：內(nèi)輪廓5.8 m×4.6 m（凈寬×凈高），外輪廓8.0 m×（6.7～6.2） m，底板厚0.4 m，邊墻厚度0.5 m，空槽重量約1 115 t。

1.1 施工難點(diǎn)

（1）沙河渡槽單跨槽身長(zhǎng)度為30 m，墩身最大高度14 m，斷面尺寸大、單跨空槽重量約1 115 t，對(duì)地基承載力及變形要求極高。

（2）施工區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，地形起伏。渡槽橫跨沙河河道、下方穿越S335省道，地下有西氣東輸天然氣管道及國(guó)防軍事光纜穿越，高空有110 kVA高壓電線，46個(gè)承臺(tái)基礎(chǔ)位于大面積魚(yú)塘軟基地段，交叉干擾大，施工布置十分困難。

（3）槽身混凝土為C50W8F150高強(qiáng)度高性能混凝土，抗?jié)B、抗裂、抗凍要求高。

（4）渡槽作為過(guò)水建筑物，一旦出現(xiàn)裂縫，將會(huì)造成水量損失，引起鋼筋銹蝕，影響工程使用功能和壽命等。

因此，混凝土防裂是該工程質(zhì)量控制的重難點(diǎn)。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

（1）槽身支撐結(jié)構(gòu)為重力墩接混凝土灌注樁形式，槽墩由帽梁、墩身、承臺(tái)及樁組成，最大墩高14 m。承臺(tái)長(zhǎng)12.0 m、寬7.5 m、厚2.5 m，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)6根直徑1.5 m的C25混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)17.1 m，中心距均為4.5 m。

（2）為抑制槽身混凝土裂縫，提高混凝土耐久性，設(shè)計(jì)渡槽槽身混凝土中按1.2 kg/m3摻加纖維素纖維UF500，并在槽身內(nèi)表面涂刷防碳化水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。

（3）為防止槽身混凝土水化熱過(guò)高，使混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生溫度裂縫，設(shè)計(jì)主要溫控指標(biāo)為：①混凝土澆筑溫度不高于26 ℃，冬季不低于5 ℃;②混凝土內(nèi)部允許最高溫度不宜超過(guò)60 ℃，最高不得超過(guò)65 ℃;③渡槽槽身混凝土內(nèi)、外溫差不超過(guò)20 ℃（不宜大于15 ℃）;混凝土表層與環(huán)境溫差不超過(guò)15 ℃;混凝土分層時(shí)，新澆混凝土與下層已澆筑混凝土的允許溫差不超過(guò)15 ℃，澆筑間歇期控制在7 d以內(nèi)。

1.3 混凝土澆筑方案

槽身預(yù)應(yīng)力混凝土采用現(xiàn)澆施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，對(duì)單槽槽身分2次澆筑。第1次澆筑縱橫肋梁、底板混凝土及0.8 m側(cè)墻墻身混凝土（底部倒角上0.3 m側(cè)墻墻身），第2次澆筑側(cè)墻槽身、人行道板及頂部拉梁（共3.8 m高）。

混凝土澆筑順序如下：在槽身右側(cè)上下游布置2臺(tái)混凝土汽車(chē)泵，同時(shí)向倉(cāng)內(nèi)灌注混凝土?；炷磷圆凵韮啥讼蚩缰许樞驖仓笥覂蓚?cè)對(duì)稱(chēng)均勻下料，水平高度方向共分17層（每層約0.35 m）。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

以前期完成的第26跨渡槽槽身為例，檢測(cè)人員利用HC-F800混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀，共檢測(cè)出9處裂縫。對(duì)其分布情況逐一分析，并將其特征歸納為：①底板未出現(xiàn)裂縫，裂縫主要分布于墻身，為有規(guī)律的斜紋狀表面裂縫;②裂縫平均長(zhǎng)度為1.34 m，平均縫寬為0.13 mm，平均深度為13.7 mm;③裂縫一般分布在墻體迎水面第3～11條肋之間的跨中約1/3～2/3處，裂縫底端距間歇面20～70 cm，頂端距人行道板20～30 cm。大多裂縫呈兩頭尖、中間寬的形式。第26跨槽身側(cè)墻裂縫分布統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

針對(duì)前期2跨渡槽槽身混凝土澆筑后產(chǎn)生裂縫的情況，經(jīng)工程參建單位人員分析討論認(rèn)為，產(chǎn)生裂縫是由于側(cè)墻混凝土溫度梯度過(guò)大、底板混凝土約束造成的，涉及的主要因素有混凝土原材料及坍落度控制、施工過(guò)程溫度控制、混凝土養(yǎng)護(hù)等。

技術(shù)人員運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，按照人、機(jī)械、材料、工藝、環(huán)境和測(cè)量等6個(gè)方面進(jìn)行影響因素分類(lèi)匯總，通過(guò)查看施工現(xiàn)場(chǎng)，查閱施工資料，從混凝土原材料，配合比設(shè)計(jì)，混凝土拌和、運(yùn)輸、入倉(cāng)及振搗、養(yǎng)護(hù)，以及地質(zhì)和外界環(huán)境等方面深入分析，找出了造成槽身三向預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫的各個(gè)因素，并總結(jié)出4個(gè)主要因素：①坍落度不穩(wěn)定;②混凝土養(yǎng)護(hù)不足;③采取的溫控措施不足;④支撐基礎(chǔ)不均勻沉降。裂縫質(zhì)量問(wèn)題因果分析見(jiàn)圖1。

3 防裂方案實(shí)施

3.1 保持混凝土坍落度穩(wěn)定

受混凝土各項(xiàng)原材料計(jì)量誤差、砂料含水量、骨料級(jí)配、氣溫等變化以及運(yùn)輸和等待時(shí)間等影響，需要經(jīng)常測(cè)定混凝土坍落度。通過(guò)增加拌和站、澆筑倉(cāng)面坍落度情況的檢測(cè)頻次，有效控制了混凝土坍落度不穩(wěn)定的情況，保證了入倉(cāng)混凝土的均勻性。

（1）槽身側(cè)墻混凝土澆筑坍落度檢測(cè)加密至1次/h。

（2）增加砂料儲(chǔ)料倉(cāng)，每班對(duì)料倉(cāng)濾水溝及時(shí)清理，加速砂料脫水，嚴(yán)格控制砂料含水率在6%以內(nèi)[1]。

（3）每班對(duì)拌和站計(jì)量器具進(jìn)行校準(zhǔn)，合格后方可拌和站開(kāi)盤(pán)。

3.2 加強(qiáng)混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)

通過(guò)加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)，特別是采取早期混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施，有效控制了混凝土干縮裂縫的發(fā)生。

（1）高溫季節(jié)，在混凝土澆筑前和澆筑過(guò)程中，在倉(cāng)面安置2臺(tái)揚(yáng)程30 m的加強(qiáng)型噴霧機(jī)，從灑水車(chē)內(nèi)抽取加冰的井水噴霧至整個(gè)倉(cāng)面內(nèi)外，營(yíng)造倉(cāng)面小環(huán)境溫度低于外界氣溫3℃以上[2]。

（2）采用篷布對(duì)倉(cāng)面封閉蒸汽養(yǎng)生?；炷翝仓戤叿忾]槽體后，從渡槽兩端對(duì)稱(chēng)通入6條Ф32 mm軟式蒸汽膠皮管供氣，供氣端每6 m布置出氣孔，孔眼Ф4 mm，保證槽體蒸汽養(yǎng)生溫度的均勻性?；炷翝仓戤吅?～6 h開(kāi)始采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，持續(xù)時(shí)間35 h左右，養(yǎng)護(hù)分為靜停階段→升溫階段→恒溫階段→降溫階段。恒溫養(yǎng)護(hù)期蒸汽溫度不超過(guò)60 ℃，相對(duì)濕度90%～100%。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%時(shí)，可進(jìn)入降溫期。

（3）當(dāng)槽身混凝土表面與環(huán)境溫差小于15 ℃時(shí)拆除養(yǎng)護(hù)篷布，啟用已安裝的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)噴灑養(yǎng)護(hù)。若環(huán)境溫度低于5 ℃時(shí)，嚴(yán)禁對(duì)槽體灑水，全部噴涂養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)。沙河渡槽槽身混凝土澆筑保溫棚見(jiàn)圖2。

3.3 采取有效溫控措施

采取溫控措施是防止裂縫問(wèn)題最有效的方法，通過(guò)在原材料、現(xiàn)場(chǎng)澆筑等施工環(huán)節(jié)中采取材料預(yù)冷、降低堆料倉(cāng)溫度、高溫期加冰拌和、安裝冷卻水管通水等一系列措施[1]，可有效減少和消除混凝土裂縫。

3.3.1 控制混凝土出機(jī)口的溫度

（1）澆筑前24 h對(duì)粗骨料進(jìn)行18 h噴淋加冰井水降溫;澆筑期間骨料倉(cāng)全部開(kāi)啟噴霧機(jī)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)冷降溫，骨料溫度控制在25 ℃以內(nèi)。

（2）膠凝材料（水泥和煤灰）預(yù)先儲(chǔ)存降溫，在膠凝材料儲(chǔ)存罐外包罐衣，并安裝環(huán)狀冷卻水管冷卻，保證了膠凝材料溫度不超過(guò)40 ℃。

（3）通過(guò)抽取拌和站2口地下井水，并采用1臺(tái)SCY-040S水冷螺桿式冷水機(jī)組循環(huán)冷卻，經(jīng)過(guò)制冷機(jī)組生產(chǎn)5 ℃～7 ℃冷水，冷水生產(chǎn)能力為29 t/h，冷凍水經(jīng)泵送至攪拌站蓄水池。

（4）高溫時(shí)摻入冰渣（25%～80%）以降低混凝土拌和物溫度不超過(guò)20 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)安裝了1臺(tái)L500型冰渣機(jī)，產(chǎn)量2～4 t/h，完全滿足澆筑用冰需要[2]。

3.3.2 降低混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的輻射熱和吸熱

（1）優(yōu)選澆筑時(shí)段，盡可能選擇晚間或陰天澆筑混凝土，減少混凝土的輻射熱，并最大可能降低吸熱量[1，3]。

（2）提高混凝土澆筑能力，采用2臺(tái)天泵入倉(cāng)，縮短暴露時(shí)間。

（3）采用混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸，并在運(yùn)輸罐外包裹保溫隔熱毯（簡(jiǎn)稱(chēng)罐衣）。開(kāi)倉(cāng)前預(yù)先采用循環(huán)水池內(nèi)的冷水在混凝土攪拌車(chē)內(nèi)攪拌，降低運(yùn)輸罐溫度，在拌和機(jī)出機(jī)口安裝噴淋設(shè)施，對(duì)攪拌車(chē)運(yùn)輸罐外的罐衣進(jìn)行噴淋。

3.3.3 控制混凝土最高澆筑溫度和內(nèi)外溫差

（1）埋設(shè)冷卻水管通水冷卻[2]。冷卻水管采用Ф48鋼管，分6層間距0.5 m水平布置于兩側(cè)墻內(nèi)，水管首尾相連，各設(shè)置一閥一表控制流速及流量。通水初期，加冰塊使通水溫度控制在10 ℃～16 ℃以內(nèi)，控制通水流速約1.2 m/s，流量5.5 m3/h。通冷卻水分為2期，即通制冷水冷卻和通河水冷卻。

（2）倉(cāng)面搭設(shè)保溫遮陽(yáng)棚，營(yíng)造養(yǎng)護(hù)小環(huán)境溫度，通過(guò)開(kāi)關(guān)保溫棚篷布，使棚內(nèi)溫度緩慢接近外部環(huán)境溫度。

（3）高溫季節(jié)調(diào)增HL-8000聚羚酸鹽緩凝減水劑摻用量，使減水率達(dá)到30%，同時(shí)將砂率由38%降低至34%，增大水化熱削峰效果。

（4）在模板外側(cè)安裝5 cm厚聚氯乙烯泡沫板進(jìn)行保溫[2]，以保證混凝土散熱梯度滿足SL 677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》[1]要求。

3.4 基礎(chǔ)不均勻沉降控制

通過(guò)對(duì)臨時(shí)支架基礎(chǔ)換填、加固，對(duì)每跨基礎(chǔ)和支架進(jìn)行預(yù)壓[4]，使地基沉陷達(dá)到穩(wěn)定。為防止槽身模板支撐基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，主要采取如下措施：

（1）為提高基礎(chǔ)承載力，挖除原地面土方并換填混鋪塊石基礎(chǔ)。

（2）對(duì)臨時(shí)支架基礎(chǔ)面澆筑20 cm厚C20鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板，兩側(cè)澆筑寬0.5 m、深1.0 m混凝土排水溝。

（3）對(duì)C20鋼筋混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)壓。

（4）在碗扣支架及鋼管支撐的底部鋪墊槽鋼，以阻止局部變形。

（5）對(duì)碗扣支架預(yù)壓[5]。根據(jù)受力計(jì)算，側(cè)墻區(qū)域立桿縱向間距0.3 m，橫向間距為0.3 m，橫桿步距h=0.6 m。每跨碗扣支架搭設(shè)完成后，分區(qū)分級(jí)進(jìn)行預(yù)壓，在碗扣支架進(jìn)行實(shí)際預(yù)壓時(shí)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)72 h最大沉降量為2 mm，均小于規(guī)范要求的5 mm。

4 實(shí)施效果

2020年1月2日，檢測(cè)人員對(duì)2018年5月5日以后完成的37跨渡槽槽身混凝土進(jìn)行了全數(shù)檢查，共檢測(cè)出6處裂縫點(diǎn)，但均為淺表裂縫，無(wú)貫穿性裂縫。

2020年1月6～8日渡槽試通水期間，除少數(shù)部位施工縫有少許滲水，未發(fā)生裂縫滲水情況。施工縫滲水經(jīng)灌漿處理后，于2020年6月7日再次通水，渡槽無(wú)滲水情況發(fā)生。渡槽槽身完成后整體效果見(jiàn)圖3。

5 結(jié) 語(yǔ)

大型渡槽產(chǎn)生裂縫的不確定因素很多，施工單位應(yīng)全過(guò)程多方位采集各項(xiàng)資料，注重過(guò)程細(xì)節(jié)管理，通過(guò)因素分析法找出主要影響因素，逐項(xiàng)制定措施對(duì)策，對(duì)渡槽槽身三向預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫控制采取了一系列技術(shù)實(shí)踐。從實(shí)施效果來(lái)看，采取上述措施控制裂縫發(fā)生是可行的，該方法是施工規(guī)范結(jié)合工程實(shí)際的一次有益探索，可為今后類(lèi)似工程建設(shè)提供技術(shù)支撐和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：唐湘茜）