水閘底板混凝土施工技術(shù)探討

張培光

摘要：針對(duì)水閘底板混凝土容易開(kāi)裂而影響抗?jié)B、耐久性的問(wèn)題，本文分析了制定混凝土施工方案中需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，并對(duì)混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)與質(zhì)量控制措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水閘；底板混凝土；施工技術(shù)

水閘是水利工程中最為常見(jiàn)的低水頭建筑物，主要承擔(dān)排澇、引水、灌溉、通航、擋潮等任務(wù)，大中型水閘底板厚度一般超過(guò)1m，按照《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB 50496-2009）的定義歸入大體積混凝土范疇。我們知道大體積混凝土施工條件復(fù)雜，混凝土用量多，水泥水化熱大，如果溫控措施不當(dāng)很容易因?yàn)闇囟葢?yīng)力超過(guò)材料極限而開(kāi)裂，此外還要考慮混凝土供應(yīng)等問(wèn)題，以免因接茬不好而產(chǎn)生施工冷縫，影響防滲性能和耐久性能，可以說(shuō)從施工準(zhǔn)備、全面施工到尾工階段都需要下足功夫才能保證底板混凝土的施工質(zhì)量。因此，本文對(duì)水閘底板混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了探討，以期為類似工程建設(shè)提出較好的解決辦法。

1 水閘底板混凝土施工方案的制定

1.1 施工方案編制概況

水閘底板混凝土施工按工種分為鋼筋工程、模板工程和混凝土工程三部分，其中混凝土工程起著主導(dǎo)作用，所以本文主要討論這部分內(nèi)容?；炷凉こ贪ㄅ淞?、攪拌、運(yùn)輸、澆搗、養(yǎng)護(hù)等過(guò)程，對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)混凝土配合比、筑塊劃分和溫控措施是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因而是施工方案中需要重點(diǎn)考慮的部分。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

底板混凝土需要滿足以下條件[1]：（1）降低水化熱以控制溫升；（2）具有較好的抗?jié)B、耐沖磨及強(qiáng)度要求；（3）施工季節(jié)因素；（4）適應(yīng)運(yùn)輸、澆筑要求的和易性、工作性等。目前，底板混凝土多采用泵送混凝土，要求混凝土泌水少、保水性好，再加上耐沖磨性要求，一般應(yīng)采用普硅水泥，其強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于P.O 32.5，并應(yīng)摻加粉煤灰、礦渣粉等摻合料，既改善混凝土和易性，也可降低水泥水化熱，但是摻合料質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，粉煤灰級(jí)別不得低于GB 1596-2005規(guī)定的Ⅱ級(jí)灰，礦渣粉質(zhì)量應(yīng)滿足GB/T 18046-2008的規(guī)定。粗骨料應(yīng)選用連續(xù)級(jí)配碎石，粒徑5～25（31.5）mm，含泥量應(yīng)小于1%。細(xì)骨料宜選用中粗砂，含泥量不得大于3%。外加劑應(yīng)選用聚羧酸系或奈系減水劑（泵送劑），并根據(jù)施工季節(jié)和凝結(jié)時(shí)間要求選用標(biāo)準(zhǔn)型或緩凝型產(chǎn)品。另外，可根據(jù)需要摻加微膨脹劑、聚丙烯纖維以提高抗裂性能。混凝土配合比應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、原材料品質(zhì)、工作性及混凝土其他性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，再通過(guò)試配和調(diào)整確定。例如某水閘底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，確定混凝土配合比為：P.O 42.5水泥288kg/m3，5～31.5mm碎石1027 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.7～3.2的砂685 kg/m3，Ⅱ級(jí)粉煤灰123 kg/m3，奈系高效減水劑4.52 kg/m3，水191kg/m3；該混凝土坍落度190mm，初凝時(shí)間≥4.5h。當(dāng)采用商品混凝土?xí)r，不但要求混凝土性能滿足要求，還必須對(duì)原材料品質(zhì)提出要求。

1.3 混凝土筑塊設(shè)計(jì)

水閘底板混凝土一般都是分層分塊進(jìn)行施工的，大中型水閘采用結(jié)構(gòu)縫（如沉降縫、溫度縫）分塊，但是結(jié)構(gòu)塊較大也不便施工，這時(shí)應(yīng)再以施工縫分為若干個(gè)更小的塊，這稱之為稱為筑塊。劃分筑塊時(shí)應(yīng)避開(kāi)彎矩、剪力最大處分縫，并要同時(shí)考慮底板斷面變化以及模板架立等因素[2]。中小型水閘應(yīng)充分利用結(jié)構(gòu)縫分塊，但同時(shí)也要考慮施工能力和保證澆筑的連續(xù)性。

筑塊體積應(yīng)按混凝土攪拌站的實(shí)際生產(chǎn)能力進(jìn)行控制，以公式表示即 （m3），式中 為一班或兩班制施工時(shí)攪拌站連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間（h）； 為攪拌站生產(chǎn)能力（m3/h）。筑塊面積應(yīng)按施工不產(chǎn)生冷縫進(jìn)行控制，以公式表示即 （m2），式中 為混凝土運(yùn)輸時(shí)的延誤系數(shù)，一般取0.80～0.85； 為混凝土澆搗可用時(shí)間，其中 為混凝土澆筑時(shí)允許的間隔時(shí)間，一般取混凝土初凝時(shí)間（h）， 為混凝土運(yùn)輸占有的時(shí)間（h）； 為混凝土鋪料厚度（m），一般應(yīng)取300～500mm。筑塊高度應(yīng)按 確定，其中 。在滿足上述關(guān)系條件下，筑塊數(shù)量應(yīng)盡量少，以減少施工縫所帶來(lái)的不利影響。

筑塊澆筑的順序應(yīng)遵循“先深后淺，先重后輕，先高后矮，先主后次”的原則，在已澆筑塊上面或相鄰筑塊旁邊澆筑時(shí)，已澆筑塊強(qiáng)度應(yīng)≥2.5MPa，并且已澆筑塊模板已拆除、施工縫已處理、填料止水已安裝及新筑塊鋼筋預(yù)埋件已安裝、模板已架立。

1.4 混凝土溫控策劃

大體積混凝土施工裂縫主要是由于溫度應(yīng)力而引起的，除了通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)、筑塊設(shè)計(jì)以外，還必須對(duì)施工階段的溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力以及采取的控溫措施進(jìn)行計(jì)算，以確保防裂措施可靠。GB 50496-2009附錄B、C提供了計(jì)算的方法。以某水閘底板施工為例，底板尺寸為25m×24m×2.5m，澆筑時(shí)為冬季，平均氣溫10℃，混凝土強(qiáng)度為C30，保溫措施為上表面采用塑料膜加毛毯覆蓋，側(cè)表面采用2cm泡沫塑料板進(jìn)行保溫，計(jì)算出熱工參數(shù)：底板混凝土內(nèi)部與表面最大溫差為19.65℃<25℃，底板混凝土表面與大氣溫差為14.59℃<20℃，底板混凝土內(nèi)部與側(cè)表面最大溫差為12.37℃<25℃，可見(jiàn)保溫措施滿足溫控要求。對(duì)于更厚的底板，混凝土內(nèi)部一般采用水管冷卻技術(shù)，在這種情況下用上述方法則難以準(zhǔn)確計(jì)算，此時(shí)可采用冷卻水管的離散模型進(jìn)行仿真計(jì)算[3]。例如某水閘底板尺寸68m×60m×（2～5）m，施工期間日溫差10℃，混凝土強(qiáng)度為C25，并采用水管冷卻及表面覆4cmEPE保溫被，經(jīng)過(guò)有限元仿真計(jì)算表明溫控措施是有效的。

2 水閘底板混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)與質(zhì)量控制

2.1 混凝土施工流程

施工準(zhǔn)備→混凝土運(yùn)輸→混凝土澆搗→混凝土找平、收面→混凝土養(yǎng)護(hù)。

2.2 混凝土澆筑

底板混凝土澆筑應(yīng)采用分層澆筑、薄層推進(jìn)的方法，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)程序進(jìn)行，一般應(yīng)由底板一角開(kāi)始，然后逐層臺(tái)階向上澆筑。澆筑方向應(yīng)從遠(yuǎn)端到近端，并控制每層澆筑厚度在300～500mm。施工縫應(yīng)預(yù)留在后澆帶上，水平施工縫應(yīng)設(shè)在兩側(cè)墻根吊模高出底板面300mm處。為了避免施工冷縫出現(xiàn)，上下層或前后層的混凝土澆筑接茬時(shí)間應(yīng)小于混凝土初凝時(shí)間。

2.3 混凝土振搗

混凝土澆筑之后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行振搗，并應(yīng)以機(jī)械振搗方式為主，機(jī)械振搗不易振到的地方可采用人工插搗方式。根據(jù)平面分區(qū)振搗，振動(dòng)棒插入間距在400mm左右，每次振搗時(shí)間控制在15～30s左右，以避免漏振和過(guò)振。在鋼筋密集交叉部位，應(yīng)在周?chē)课徊逭駝?dòng)棒，也可以在綁扎鋼筋時(shí)插入外徑100mm左右的木棒，等鋼筋綁好再抽出木棒，這樣在澆筑時(shí)可以插入30mm振動(dòng)棒振搗。在頭一次振搗20～30min后應(yīng)進(jìn)行二次振搗。

2.4 混凝土找平、收面

澆筑到上表面時(shí)，應(yīng)根據(jù)標(biāo)高線進(jìn)行平倉(cāng)，并排除表面的積水，粗平之后用木刮尺找平；混凝土初凝開(kāi)始再用木刮尺收一遍，使平整度初步滿足要求；最后在終凝前用鐵抹子收平。經(jīng)過(guò)三次收面，可以減少表層微小的收縮縫。頂層混凝土摻入聚丙烯纖維，也可進(jìn)一步減少表面龜裂縫。

2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)工作在混凝土終凝后就要開(kāi)始了，養(yǎng)護(hù)的原理是保溫加保濕，先將塑料薄膜貼在混凝土表面，再覆蓋一層土工布。由于底板混凝土施工大都在秋冬季，環(huán)境溫度較低，所以在土工布上再覆蓋油布、草墊、泡沫塑料板等保溫材料。側(cè)面可延遲脫膜，脫膜后再覆蓋塑料薄膜、保溫材料等。覆膜時(shí)必須貼緊混凝土表面，并確保搭接處也不漏風(fēng)。養(yǎng)護(hù)覆蓋時(shí)間應(yīng)不短于15d。設(shè)置冷卻水管的應(yīng)在澆筑開(kāi)始就通水，并間隔12h對(duì)水流換向，通水時(shí)間一般不少于5d。

2.6 混凝土溫度測(cè)控

對(duì)于矩形平底板，因其形狀規(guī)則，故可在對(duì)角線上設(shè)置溫度監(jiān)控點(diǎn)，底板斷面上、中、下都應(yīng)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，其中上部測(cè)點(diǎn)設(shè)在表面附近。另外，應(yīng)在底板附近設(shè)置環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)。測(cè)溫應(yīng)采用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)、絕緣處理的熱電偶（如銅-康銅熱電偶），再通過(guò)數(shù)字檢測(cè)儀表顯示溫度。溫度測(cè)控從澆筑開(kāi)始，控制入模溫升不超過(guò)40℃，混凝土內(nèi)部與表面溫差不超過(guò)25℃，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度不超過(guò)20℃，混凝土降溫速率不超過(guò)2.0℃/d。每天測(cè)溫次數(shù)不少于4次，入模溫度每班不少于2次。

2.7 混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

提高水閘底板混凝土質(zhì)量應(yīng)從改善混凝土配合比、保證原材料品質(zhì)、控制澆搗質(zhì)量、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合控制。由于目前多采用商品混凝土，但各個(gè)攪拌站素質(zhì)、信譽(yù)不盡相同，因此應(yīng)從信譽(yù)好、業(yè)績(jī)突出的攪拌站中優(yōu)選?；炷寥雮}(cāng)溫度可通過(guò)拌合用水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于環(huán)境溫度較低的地區(qū)可采用熱水拌料，環(huán)境溫度較高地區(qū)模板應(yīng)用水冷卻，并加遮蓋避免陽(yáng)光直射。雨期施工必須有防雨措施。底板側(cè)模延遲拆模，但可以在終凝后先放松50%扣件，18h后再全面放松扣件[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

底板混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)楹穸却?、澆筑方量多而成為水閘工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵，作為施工單位應(yīng)針對(duì)混凝土設(shè)計(jì)、材料、施工、溫控、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)采取積極有效的措施，則不僅利于混凝土裂縫的控制，更可以促進(jìn)工程質(zhì)量提高和降低工程成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉翰波，黃瑛，張濤. 孤島圍堰水閘大底板混凝土施工技術(shù)[J]. 港工技術(shù)與管理，2013（4）：19-23.

[2] 朱智華. 淺談水閘工程施工技術(shù)[J]. 湖南水利水電，2012（2）：24-26.

[3] 劉啟波，魏林堅(jiān)，強(qiáng)晟，等. 新型超長(zhǎng)底板水閘混凝土結(jié)構(gòu)施工期溫控防裂研究[J]. 三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，33（2）：1-4.

[4] 劉建忠，陳海東. 水閘底板大體積濕凝土澆筑的施工方法和質(zhì)量控制[J]. 江蘇水利，2013（5）：26-27.