劉家道口節(jié)制閘工程施工難點(diǎn)及對(duì)策

黃守琳

劉家道口節(jié)制閘工程施工難點(diǎn)及對(duì)策

黃守琳

一、工程概況

劉家道口樞紐工程位于山東省臨沂市劉家道口村北的沂河干流上。主要有劉家道口節(jié)制閘、分沂入沭彭家道口分洪閘（已建成）、劉家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切灘、閘上堤防截滲，李公河防倒漾閘、李莊閘、水文觀測(cè)設(shè)施，工程管理設(shè)施等工程組成。

劉家道口節(jié)制閘是實(shí)現(xiàn)沂沭河洪水東調(diào)入海的控制性建筑物，為開(kāi)敞式曲線型低堰水閘，閘室總凈寬576.0m，共36孔，單孔凈寬16.0m，閘底板與閘墩采用分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度為27.5m，垂直水流方向總寬646.0m，工作閘門(mén)為鋼質(zhì)弧形門(mén)，尺寸（寬×高）16m× 8.5m，支鉸采用鋼材質(zhì)，液壓式啟閉機(jī)，檢修閘門(mén)為鋼質(zhì)疊梁門(mén)，節(jié)制閘進(jìn)口連接段包括閘前鋪蓋、上游護(hù)底以及上游兩岸翼墻和護(hù)坡，出口設(shè)有消力池、海漫、防沖槽、下游兩岸翼墻及護(hù)坡等。

二、施工中存在的難點(diǎn)及對(duì)策

工程施工存在難點(diǎn)主要有：（1）主體工程混凝土都在冬季施工，閘墩和大底板保溫防裂技術(shù)要求高；（2）支鉸鋼梁板厚100mm焊接技術(shù)復(fù)雜難度大，同時(shí)焊接焊縫存在殘余應(yīng)力集中問(wèn)題。下面就施工過(guò)程中存在的難點(diǎn)問(wèn)題和采取的對(duì)策作一簡(jiǎn)述。

水工建筑物混凝土發(fā)生裂縫的原因主要有以下幾個(gè)方面：混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，受寒流襲擊，表面保溫不及時(shí)；混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)充分，表面發(fā)生干裂并向深層發(fā)展；混凝土原材料質(zhì)量及澆筑質(zhì)量控制不嚴(yán)，存在某些薄弱面；混凝土澆筑分層分塊不當(dāng)；基礎(chǔ)或者老混凝土對(duì)新澆混凝土產(chǎn)生強(qiáng)有力約束；表面裂縫發(fā)現(xiàn)與處理不及時(shí)向深層發(fā)展成危害性裂縫等。

2006年12月至2007年3月是該節(jié)制閘主體混凝土澆筑時(shí)間，也是臨沂地區(qū)氣溫最低的季節(jié)。1月份平均氣溫-1.7℃，極端最低氣溫-24. 9℃，最大凍土溫度0.4℃，特別是閘墩、大底板，如果防凍、防裂措施做不到位，就有可能產(chǎn)生溫度裂縫，對(duì)工程質(zhì)量直接造成潛在的隱患。節(jié)制閘墩長(zhǎng)26.5m，寬2.0m，高10.75m，長(zhǎng)、寬、高尺寸都比較大，且座落在紫色砂質(zhì)泥巖、夾粉砂巖剛性基礎(chǔ)上，易產(chǎn)生溫度裂縫。大底板厚2.5m，寬10.0m，長(zhǎng)27.5m，體積大，也易產(chǎn)生溫度裂縫。所以閘墩和大底板保溫防凍、抗裂技術(shù)要求比較高，一定要認(rèn)真對(duì)待。

針對(duì)閘墩和大底板在冬季易產(chǎn)生溫度裂縫的難題，監(jiān)理部會(huì)同施工單位在技術(shù)、材料、施工措施等方面采取必要的措施和對(duì)策防止混凝土發(fā)生裂縫。具體措施和對(duì)策如下：

（1）合理分縫、分塊

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水閘墩身和底板結(jié)合部位是應(yīng)力集中的部位，為了緩解應(yīng)力集中，預(yù)防裂縫，在澆大底板時(shí)，同時(shí)澆筑1.2 m高的中墩，從而減少底板收縮對(duì)墩身的約束影響，邊墩主要分三層澆筑，緩解應(yīng)力集中和防裂。

（2）選擇合適配合比，減少混凝土內(nèi)水化熱

主要采取調(diào)整配合比，增加粉煤灰摻入量、摻加高效減水劑等措施。

根據(jù)汛前經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合專(zhuān)家咨詢會(huì)的意見(jiàn)，汛后水泥仍用P.O32.5，粉煤灰摻入比由汛前15%增加到20%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，加大粉煤灰用量可以提高拌和物的和易性，減少水化熱量。汛后C25、C30混凝土在保持汛前水泥用量不變的前提下，增加粉煤灰摻入量：C25增加17kg/m3，C30增加20kg/m3；膠凝材料摻入量：C25增加18kg/m3，C30增加20kg/m3。

不同水泥品種，不同粉煤灰摻入量的膠材水化熱試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，膠材水化熱量隨水泥標(biāo)號(hào)增大而增加，隨粉煤灰摻入量增加而減小，減幅P.O32.5達(dá)12.25%，P.O42. 5達(dá)到14.70%。從施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑情況來(lái)看，在水泥用量不變情況下，隨著粉煤灰用量的增加，拌和物的和易性變好，入倉(cāng)順利，振搗容易，外觀表面明顯光潔。

此外，摻入適量的減水劑既可以減小水灰比，又可以減少水泥用量，進(jìn)而減少水化熱量。

三、施工措施

針對(duì)冬季混凝土防裂要求，一般采取以下措施防止裂縫的產(chǎn)生。

1.原材料保溫

原材料堆放必須用帆布覆蓋，堆放高度不應(yīng)低于6.0m。

2.增高拌和溫度

為了防止原材料在堆放過(guò)程中結(jié)冰，冬季混凝土必須用熱水拌和，水溫一般控制在20℃～30℃之間，以防混凝土假凝。出機(jī)口混凝土溫度一般保持在10℃左右。

3.運(yùn)輸過(guò)程中保溫

一是用混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸，二是混凝土運(yùn)輸攪拌車(chē)外面用棉帆布被包裹。

4.倉(cāng)面保溫

在澆筑面積比較大的倉(cāng)面時(shí)，采用彩條布搭設(shè)保溫棚，現(xiàn)場(chǎng)多次抽測(cè)混凝土入倉(cāng)溫度（混凝土下5～10cm）晚上一般在8℃左右，白天在8℃～10℃之間?；炷翝餐晔展怆A段，保溫棚用碘鎢燈加熱保溫。收光完畢后表面先覆蓋一層塑料膜，然后再加一層用花雨布包裹的草簾被保溫，覆蓋整個(gè)冬季。

5.模板保溫

大小底板的側(cè)模使用2cm厚的竹膠模板，澆完后外掛草簾被保溫，拆模后立即用2cm厚閉孔泡沫板覆蓋，用三道木條固定，保溫效果相當(dāng)好。

閘墩鋼模板外表用3cm厚的軟性泡沫板粘貼，經(jīng)實(shí)測(cè)閘墩倉(cāng)內(nèi)溫度大于15℃，保溫效果非常顯效。

6.降低混凝土的內(nèi)部溫升

冬季澆筑的大底板和閘墩混凝土由于內(nèi)外溫差大，更易發(fā)生溫度裂縫，主要采取通冷卻水的方法來(lái)控制混凝土內(nèi)溫升，采用先通水，后澆混凝土的方法來(lái)減小溫升幅度和降低最高溫度，經(jīng)實(shí)測(cè)最大內(nèi)外溫差小于8.7℃，最高溫度為 29.5℃，最大升幅為17.7℃，可以滿足規(guī)范 DL/T5144-2001內(nèi)外溫差不大于20℃的要求。根據(jù)有關(guān)研究成果，在冬季閘墩澆筑過(guò)程中，在保證入倉(cāng)混凝土不結(jié)冰的前提下，可以盡量降低入倉(cāng)溫度，這樣對(duì)控制混凝土后期溫升大有好處。

7.拆模后閘墩保溫防裂

根據(jù)SDJ207-82規(guī)范的要求，混凝土允許受凍的臨界強(qiáng)度：大體積內(nèi)部混凝土應(yīng)不低于5.0MPa；大體積外部混凝土和鋼筋混凝土應(yīng)不低于7.0MPa。采取的措施為：貼保溫板的閘墩鋼模板保溫時(shí)間不小于21d，在氣溫穩(wěn)定的時(shí)間段內(nèi)拆模，邊拆邊包裹一布一膜的復(fù)合土工膜，再用鐵絲固定，一直保溫到3月份。

四、支鉸鋼梁制作

節(jié)制閘的支鉸鋼梁是用100mm厚的鋼板拼裝焊接而成，如何保證焊接質(zhì)量是制作的一個(gè)難點(diǎn)。由于鋼板有100mm厚，對(duì)焊、立焊都必須是坡口焊，焊縫寬而深，需要多層多次焊接，焊接難度高，焊接殘余應(yīng)力大，針對(duì)以上問(wèn)題，監(jiān)理部要求制作單位冬季在暖棚中焊接，每次焊接前先加溫預(yù)熱，直到滿足冬季焊接溫度要求才允許施焊，焊接引弧必須從焊縫中間向兩頭。

支鉸鋼梁制作的另一個(gè)難點(diǎn)是預(yù)防和消除焊接過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力集中問(wèn)題，以防止支鉸鋼梁在使用過(guò)程中焊縫出現(xiàn)斷裂裂縫的質(zhì)量問(wèn)題。

表1　膠材水化熱試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表（7d齡期）

由于支鉸鋼梁在焊接過(guò)程中存在殘余應(yīng)力，在使用過(guò)程中易變形和出現(xiàn)斷裂裂紋，損害構(gòu)件安全，因此需要對(duì)支鉸鋼梁進(jìn)行整體退火處理，才能消除殘余應(yīng)力。由于支鉸鋼梁體積大，為4.55m× 1.16m×1.24m，進(jìn)行整體退火處理成本太高且環(huán)境污染嚴(yán)重，經(jīng)專(zhuān)家咨詢會(huì)論證同意引進(jìn)振動(dòng)時(shí)效處理工藝。振動(dòng)時(shí)效就是利用振動(dòng)消除支鉸鋼梁焊接時(shí)形成的殘余應(yīng)力的一種技術(shù)。金屬構(gòu)件采用振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理技術(shù)可穩(wěn)定構(gòu)件的變形，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)變形能力，提高構(gòu)件的尺寸精度，同時(shí)有效地降低和均勻構(gòu)件的殘余應(yīng)力，提高使用強(qiáng)度和疲勞壽命。振動(dòng)消除應(yīng)力處理技術(shù)還可以防止構(gòu)件出現(xiàn)斷裂裂紋。經(jīng)水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理后，支鉸鋼梁時(shí)效曲線滿足JB/T10375-2002和JB/T5926-2005規(guī)范要求，應(yīng)力集中問(wèn)題得到消除，可以在工程中使用。

五、效果

由于對(duì)施工中存在的主要難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)地分析研究，并采取了一系列相應(yīng)對(duì)策，工程取得如下效果：（1）低溫季節(jié)澆筑的閘墩混凝土沒(méi)有出現(xiàn)溫度裂縫，閘墩混凝土內(nèi)部最高溫度控制在29.5℃左右，最大內(nèi)外溫差控制在8.7℃左右，最小內(nèi)外溫差控制在1.4℃左右，混凝土溫度最大升幅控制在17.7℃左右；（2）低溫季節(jié)澆筑的大底板混凝土沒(méi)有出現(xiàn)溫度裂縫，大底板混凝土內(nèi)部最高溫度控制在31.4℃左右，最大內(nèi)外溫差控制在11.1℃左右，最小內(nèi)外溫差控制在10.6℃左右，混凝土溫度最大升幅控制在21.8℃左右；（3）支鉸鋼梁通過(guò)水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)并在道口閘上使用至今，沒(méi)有出現(xiàn)斷裂裂縫質(zhì)量問(wèn)題；（4）弧形閘門(mén)支鉸鋼梁振動(dòng)時(shí)效效應(yīng)技術(shù)研究與應(yīng)用獲安徽省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；（5）劉家道口節(jié)制閘工程獲得水利部“大禹獎(jiǎng)”和中國(guó)土木工程“詹天佑獎(jiǎng)”■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院233000）