船閘廊道施工中膨脹混凝土的應(yīng)用

高翔成+王亞南

摘 要：船閘輸水廊道部位是典型的空腔混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在長期投入使用后會產(chǎn)生自應(yīng)力及約束應(yīng)力裂縫，在廊道的異型截面位置上表現(xiàn)最為明顯，結(jié)合以往多座船閘施工經(jīng)驗，實現(xiàn)船閘廊道裂縫的有效控制是關(guān)鍵。對此文章結(jié)合大路李船閘廊道工程，分析船閘工程施工中利用膨脹混凝土對廊道等大體積混凝土裂縫進行控制的效果，為相關(guān)從業(yè)人員提供可靠參考。

關(guān)鍵詞：船閘工程 廊道部位 混凝土施工

1.引言

船閘廊道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力情況復(fù)雜，特別是在彎道處的截面變化段，隨著船閘施工過程中結(jié)構(gòu)所承受荷載的不斷變化，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中。在溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的共同作用下，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。針對此情況，盡管在施工中多采用切角、增加防裂鋼筋網(wǎng)等措施進行防護，但并未取得理想效果。因此在船閘實際施工中，提高船閘廊道部位的混凝土抗拉能力、減少混凝土早期的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力所形成的拉應(yīng)力極為必要。

2.膨脹混凝土概述

在廊道部位工程施工中，應(yīng)用膨脹混凝土的目的在于提高混凝土的抗裂能力，減少或避免裂縫的出現(xiàn)；在不設(shè)置后澆帶的情況下加快工程施工進度；確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，以滿足工程設(shè)計要求。膨脹混凝土在硬化過程中會出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，體內(nèi)產(chǎn)生的壓應(yīng)力和壓應(yīng)變補償各類收縮變形，抵消部分拉應(yīng)力的存在，提高混凝土抗裂性。同時由于混凝土膨脹變形及其能量釋放主要發(fā)生在養(yǎng)護初期階段，正處于一種可塑性狀態(tài)，故其孔隙空間易被大量壓縮，進一步提高混凝土的密實度。以補償收縮混凝土（用混凝土膨脹劑拌制的微膨脹混凝土）為例，其具有良好抗?jié)B性和較高強度，是一種效果較佳的結(jié)構(gòu)抗?jié)B材料，該材料的膨脹特性會受到養(yǎng)護條件（如圖1所示）、溫度、膨脹劑摻加量等因素的影響。

3.工程概況

船閘廊道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，施工過程中大體積混凝土由于一次澆筑規(guī)模較大，水泥水化過程中所釋放出的熱能會導(dǎo)致混凝土內(nèi)容溫度大幅升高。由于混凝土表面和內(nèi)部散熱條件的不同，形成溫度差導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，進而產(chǎn)生裂縫或貫穿性雷鋒。同時混凝土結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)、鋼筋等部位的牽制而處于一種約束狀態(tài)，此時混凝土?xí)捎谑艿郊s束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，進而造成混凝土開裂。因此為保證船閘土建工程的施工質(zhì)量，利用膨脹混凝土實現(xiàn)對船閘廊道施工質(zhì)量的有效控制極為必要。

大路李樞紐的設(shè)計洪水流量均為3000m3/s，校核洪水流量均為3500m3/s；航道工程，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅳ級，航道尺度為水深2.5m、航寬50m、彎曲半徑330m，航標(biāo)按重點航標(biāo)布置；泄水閘布置在河床中部，船閘位于主河床右側(cè)灘地上，船閘為Ⅳ級，閘室有效尺度為（120×12×3.2）m；船閘水工工程建設(shè)內(nèi)容包括船閘主體、引航道及導(dǎo)航建筑物、連接段、進場道路及公路橋等部分。

4.原材料品質(zhì)控制

（1）水泥。混凝土的強度等級為C30，水泥強度不低于42.5級，水泥用量不宜小于350kg/m3，水灰比為0.5～0.6。

（2）粉煤灰。所采用的粉煤灰性能滿足國家相關(guān)規(guī)定及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

（3）粗骨料。粗骨料選用卵石或級配良好的碎石，最大粒徑≤4cm，且不大于鋼筋最小凈間距的1/4和導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6～1/8。

（4）砂。本工程主要采用中粗天然河砂，細度模數(shù)控制在2.6～2.8范圍內(nèi)，含泥量應(yīng)<3%。

（5）外加劑。本工程采用具有膨脹、補償收縮、泵送、緩凝等功能的混凝土防裂抗?jié)B劑，具備這些功能的外加劑可與混凝土有著良好的相容性，避免由于相容性差的減水劑削減其膨脹作用，同時外加劑所具備的補償收縮作用，延緩混凝土在硬化過程中產(chǎn)生收縮的時間，有效提高混凝土的抗拉強度，減少收縮裂縫的產(chǎn)生。

5.廊道部位混凝土防裂技術(shù)措施

本工程下游另一船閘的廊道施工所采用混凝土具有坍落度損失小、可泵性好等特點，但不具備補償收縮性能，導(dǎo)致廊道內(nèi)產(chǎn)生多條裂縫，因此在大路李船閘廊道混凝土施工中摻加防裂抗?jié)B劑，并獲得良好的抗裂效果。該船閘廊道施工中采取了以下措施：

（1）設(shè)置后澆帶。后澆帶的設(shè)置可減少收縮應(yīng)力的釋放，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，明確施工中極易出現(xiàn)裂縫的部位，并在這些部位合理設(shè)置后澆帶，以減少裂縫的出現(xiàn)。本工程設(shè)置后澆帶的位置在于：廊道外墻兩彎道中心向兩側(cè)各0.75m，底板頂面到廊道上倒角之間設(shè)置豎向的后澆帶，該后澆帶寬1.85m。

（2）設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)。設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)的目的在于提高混凝土的極限延性和拉伸能力，本工程重點在廊道內(nèi)部混凝土表面設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)：Φ6.5mm、10cm×10cm、保護層厚度為2cm。

（3）選擇合適的外加劑及摻合料。本工程所采用的抗裂防滲劑可大大提高混凝土在硬化過程中的抗拉強度，當(dāng)混凝土開始收縮時，共拉強度已增長到足以抵抗收縮應(yīng)力，進而減少收縮裂縫的產(chǎn)生，起到補償收縮的作用；在混凝土拌合中摻加適量的粉煤灰，可減少每方混凝土的水泥用量，改善混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。

（4）采用溫度控制監(jiān)測技術(shù)。溫度控制監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用目的在于通過對混凝土溫度和應(yīng)變進行監(jiān)測來實現(xiàn)對混凝土內(nèi)外部溫度的有效控制，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對廊道混凝土出現(xiàn)裂縫的原因進行分析，以采取有效措施對混凝土裂縫進行預(yù)防或控制。

6.廊道部位混凝土施工工藝分析

（1）混凝土澆筑。本工程采用分層澆筑法進行澆筑，每層厚度為0.3m；為保證混凝土上下層之間結(jié)合的緊密型，可在澆筑上層混凝土的過程中，將振動棒插入下層混凝土5cm深；同時在混凝土澆筑過程中，不允許出現(xiàn)間斷或中斷現(xiàn)象，以確?；炷翝仓倪B續(xù)性；若由于特殊原因主要澆筑中斷現(xiàn)象，則按工作縫進行處理，用高壓水、刷毛機等加工成毛面，并將其表面積水排除干凈，以保障混凝土澆筑作業(yè)的順利進行。endprint

（2）混凝土質(zhì)量控制。①原材料的質(zhì)量控制。確保進場的水泥具備廠家質(zhì)量檢測報告，并安排質(zhì)量檢測人員對水泥質(zhì)量進行抽樣檢驗，以相同品種、標(biāo)號及批次的水泥作為一個取樣單位；重點檢查外加劑的性能，確保其能符合工程使用需求；按照相關(guān)規(guī)范要求對骨料的粒徑、性能等方面進行檢測；②混凝土配合比的控制。按照相關(guān)施工規(guī)范和要求，通過現(xiàn)場試驗的方式嚴(yán)格控制好混凝土各原材料的配制比例，并將所確定的最佳混凝土配合比上報于監(jiān)理部門進行審批，在審批合格后方可進行生產(chǎn)；③混凝土質(zhì)量檢測?；炷临|(zhì)量檢測主要從以下幾個方面入手：混凝土攪拌均勻性的檢測。定時在出機口對所出盤的混凝土進行抽樣檢測，確定砂漿密度，并利用篩分法對粗骨料在混凝土中所占的比例進行測定，以將其控制在合理范圍內(nèi)；坍落度的檢測。一般情況下，坍落度出機口檢測4次，倉面檢測2次；強度檢測。根據(jù)施工規(guī)范及工程施工的實際情況，對現(xiàn)場混凝土進行試模，以確?；炷翉姸葷M足工程施工需求。

（3）養(yǎng)護施工。在混凝土澆筑過程中，由于閘室和下閘首底板混凝土的厚度過大，需對混凝土內(nèi)部和表面溫差進行監(jiān)測。全面落實混凝土的養(yǎng)護工作，可有效降低船閘廊道混凝土裂縫出現(xiàn)的幾率，本工程主要采用摻加防滲劑的混凝土進行施工。在特定溫度條件下，14d結(jié)晶膨脹值會達到最大，若養(yǎng)護工作未落實到位，則會影響外加劑補償收縮作用的發(fā)揮?，F(xiàn)場混凝土在施工完成后，待其處于完全凝固的狀態(tài)后，可對廊道頂部的混凝土進行養(yǎng)護；待混凝土強度達到80%后進行拆模處理，并在拆模后立即實行噴灑養(yǎng)護，養(yǎng)護期至少為14d；為保證廊道內(nèi)混凝土始終處于濕潤狀態(tài)，可用布簾封住廊道兩端進出口。

7.結(jié)束語

綜上所述，減少混凝土早期拉應(yīng)力的大小需從混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及混凝土材料等方面入手，文章結(jié)合大路李船閘廊道工程，分析廊道混凝土裂縫的形成機理，同時在船閘廊道施工中采用膨脹混凝土，結(jié)合相應(yīng)防治措施，有效控制混凝土內(nèi)部溫度的上升。且膨脹劑的膨脹作用還能抑制混凝土由于收縮而產(chǎn)生的裂縫，提高混凝土的使用性能，進而保證船閘廊道的施工質(zhì)量。

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