船閘工程混凝土裂縫控制技術(shù)

韓振濤

中交三航局第二工程有限公司

船閘工程混凝土裂縫控制技術(shù)

韓振濤

中交三航局第二工程有限公司

船閘主體工程的閘室、上下閘首、導(dǎo)航墻、靠船墩等均為大體積混凝土結(jié)構(gòu)。因此，一方面，在船閘工程建設(shè)中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在；而另一方面由于其施工組織復(fù)雜、施工工期較長(zhǎng)、施工技術(shù)水平要求高等因素，如果控制不到位，就容易出現(xiàn)混凝土裂縫、蜂窩、麻面、錯(cuò)臺(tái)及平整度差等質(zhì)量問(wèn)題?；诖?，筆者結(jié)合實(shí)踐體會(huì)，就船閘工程大體積混凝土裂縫成因及控制方法，作出以下探討與分析。

船閘工程；混凝土裂縫；控制方式

美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)對(duì)于大體積混凝土的定義是：任何就地澆筑的混凝土，其尺寸之大必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最大限度減少開(kāi)裂。在內(nèi)河船閘工程中大體積混凝土往往應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)中，這些結(jié)構(gòu)具有方量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工期長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于混凝土收縮、溫度、原材料、配合比等原因，船閘結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生裂縫，這些主要部位的裂縫會(huì)影響到船閘工程的耐久性，并形成安全隱患。本文主要對(duì)船閘混凝土裂縫產(chǎn)生原因、控制對(duì)策進(jìn)行探討。

1 工程概況

大治河西樞紐新建二線船閘工程是大蘆線二期工程關(guān)鍵性控制節(jié)點(diǎn)，位于閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)大治河南側(cè)，西起黃浦江，東接大蘆線航道，工程總投資為17.87億元，12月15日開(kāi)工新建1座通行1000噸級(jí)船舶的二線船閘，閘首凈寬23m，閘室凈寬23m，長(zhǎng)280m(有效長(zhǎng)度260m)，門(mén)檻水深3.75m。同步建設(shè)金魯公路橋，并配套管理用房、生產(chǎn)輔助用房和船舶運(yùn)行調(diào)度信息系統(tǒng)等。該船閘是上海第一座二線船閘，計(jì)劃于2017年年底前建成，對(duì)完善上海港“連接蘇浙、對(duì)接海港”的內(nèi)河集疏運(yùn)體系和本市環(huán)衛(wèi)集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)具有重要作用。

2 船閘混凝土裂縫原因

導(dǎo)致大體積混凝土開(kāi)裂的主要因素有水化熱、溫差、混凝土收縮、約束等。裂縫是水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的現(xiàn)象，不同的部位出現(xiàn)裂縫的原因各不相同，如材料、設(shè)計(jì)、施工等方面原因。船閘大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因如下：

1)結(jié)構(gòu)配筋不足。船閘工程的閘首、閘室一般為鋼筋混凝土底板和邊墩組成的整體塢式結(jié)構(gòu)，混凝土配筋率較低，構(gòu)件尺寸較大。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸大于1m的大體量混凝土，國(guó)內(nèi)某船閘工程輸水廊道邊墩厚度達(dá)4m、閘首底板和閘室底板厚度達(dá)3m、閘墻厚度達(dá)3m，大部分構(gòu)件屬于大體積混凝土。雖然鋼筋滿足受力要求，但設(shè)計(jì)階段有時(shí)欠缺考慮構(gòu)造配筋的裂縫控制作用，導(dǎo)致某些區(qū)域出現(xiàn)混凝土裂縫。

2)混凝土配合比不當(dāng)。在一些船閘中，采用泵送混凝土、混凝土坍落度過(guò)大、水泥用量較大導(dǎo)致混凝土水化熱太高、混凝土收縮率較大、骨料級(jí)配設(shè)置不合理等因素導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫。

3)澆筑工藝不當(dāng)。一些需要分層澆筑的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，若澆筑速度太快，下層混凝土在硬化初期可能發(fā)生沉降，產(chǎn)生橫向裂縫，也可能因?yàn)榈讓踊炷翝仓瓿珊?，?jīng)過(guò)很久才澆筑上一層混凝土?xí)r，底部混凝土約束容易導(dǎo)致上層混凝土產(chǎn)生豎向的約束型裂縫。

4)混凝土溫度收縮。大體積混凝土澆筑完成后，水泥的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高，夏季中心最高溫度可達(dá)70℃以上，中心溫度降低速度較慢，表面降溫速度較快，混凝土中心與表面產(chǎn)生較大的溫度梯度，導(dǎo)致混凝土表面收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，易出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的溫差收縮裂縫。

3 船閘工程混凝土裂縫控制技術(shù)

3.1 控制原材料

低水化熱、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥是大體積混凝土施工時(shí)優(yōu)先考慮的原材料。細(xì)骨料應(yīng)選擇平均粒徑較大、級(jí)配良好的中粗砂，盡量控制其細(xì)度模數(shù)，降低其孔隙率。粗骨料應(yīng)該選擇較大粒徑的、品質(zhì)優(yōu)良、級(jí)配良好的石子。這樣可有效減少水、水泥的用量，減小混凝土泌水現(xiàn)象。同時(shí)可摻入減水劑和緩凝劑，外加劑要與水泥性能相適應(yīng)。適當(dāng)?shù)耐饧觿┎粌H可減少水泥的用量，也可降低混凝土的孔隙孔徑，從而降低水泥的水化作用。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在船閘設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理配置鋼筋。在考慮承載力要求的同時(shí)，還應(yīng)該考慮裂縫控制的需要。所以可適當(dāng)增加配筋量，在結(jié)構(gòu)突變處應(yīng)做局部處理，并增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，對(duì)于存在較大的孔洞部分，應(yīng)該盡量在其周?chē)O(shè)置上護(hù)邊角鋼，以提高其抗裂性。在容易開(kāi)裂部位混凝土中可摻加纖維，可起到較好的防裂效果。對(duì)大體積混凝土應(yīng)分段澆筑并設(shè)置后澆帶。在閘首、閘室底板施工時(shí)合理的設(shè)置后澆帶，可有助于混凝土水化熱的散發(fā)，同時(shí)還能預(yù)先讓邊墩及閘墻沉降，減少地基應(yīng)力不同所造成的裂縫。

3.3 降溫控制措施

大體積混凝土施工時(shí)，為了降低混凝土的溫度，除了需要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，還可在內(nèi)部設(shè)置冷卻管。冷卻管可均勻布設(shè)在底板及墻身等大體積混凝土內(nèi)部。在混凝土澆筑完成后，便可進(jìn)行通水，使管內(nèi)水形成循環(huán)水，從而將混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱及時(shí)散出。同時(shí)為了及時(shí)了解各部位混凝土溫度的變化情況，可在內(nèi)部埋設(shè)測(cè)溫點(diǎn)。如海安雙線船閘在閘首底部布置冷卻水管并及時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)定，有效的控制了底板裂縫的產(chǎn)生。

3.4 嚴(yán)格控制施工工藝

原材料的保護(hù)和降溫：對(duì)原材料采用降溫措施對(duì)控制混凝土的溫度十分有效，因此要避免在高溫天氣陽(yáng)光的直射，應(yīng)對(duì)砂石材料進(jìn)行覆蓋處理。而水泥材料一般應(yīng)提前進(jìn)場(chǎng)使其自然冷卻，降低混凝土澆筑時(shí)的溫度。

混凝土的拌和：在進(jìn)行混凝土的拌和中，要準(zhǔn)確計(jì)量原材料，并對(duì)拌和物進(jìn)行一定的降溫處理?；炷猎谶\(yùn)送及施工前都應(yīng)有相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行控制。

混凝土的澆筑：目前在大體積混凝土的施工方法中，比較成熟的澆筑方法有分段澆筑和分層澆筑。對(duì)于船閘工程整體工程而言，本工程內(nèi)外閘首采用的是對(duì)稱(chēng)分層連續(xù)澆筑的方式，閘室采用的是分段澆筑的方式。

拆模：應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際情況，結(jié)合試驗(yàn)制定合理的拆模時(shí)間；對(duì)溫控要求嚴(yán)格的部位，模板拆除后即貼保溫材料，防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，造成溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。

綜上所述，在船閘工程中，大體積混凝土的應(yīng)用非常普遍。對(duì)混凝土進(jìn)行裂縫控制是船閘工程的重點(diǎn)問(wèn)題，它是提高混凝土使用性能，提升船閘工程整體穩(wěn)定性的主要途徑。大體積混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)該從建設(shè)管理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工養(yǎng)護(hù)控制、降低混凝土溫度等多方面著手，全面預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

[1]任強(qiáng).船閘工程大體積混凝土裂縫控制及對(duì)策[J].山西建筑，2013，21：110-111.

[2]張曉軍.船閘工程大體積混凝土裂縫成因及控制對(duì)策研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013，34：20-21.

[3]涂偉成，劉松，張明雷.船閘大體積混凝土溫度及裂縫控制技術(shù)[J].水運(yùn)工程，2015，06：197-202.