小議船閘混凝土溫控防裂施工技術(shù)研究

賈彥鵬　楊旭

摘要：在水運(yùn)工程建設(shè)的過程中，船閘能夠有效的保證船舶的通航，是應(yīng)用最為廣泛的通航建筑物。為了保證船閘工程的安全性，需要采用相應(yīng)的混凝土材料，在船閘建設(shè)過程中所需的混凝土屬于大體積混凝土的一種。受到施工環(huán)境中的溫度以及不均勻沉降因素的影響，混凝土構(gòu)件中可能會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫，導(dǎo)致在其表面出現(xiàn)裂縫，對(duì)船閘工程的穩(wěn)定性能造成損害。本文主要以具體的工程案例為切入點(diǎn)，分析了船閘混凝土出現(xiàn)裂縫的原因，并提出了相應(yīng)的溫控防裂措施，以期為施工操作提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：船閘；混凝土溫控防裂；施工技術(shù)

混凝土在抗壓強(qiáng)度和耐久性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，保證了船閘工程的穩(wěn)定性，在具體的施工中得到了廣泛的應(yīng)用。但從另一方面來說，混凝土材料均有非均質(zhì)性的特征，受到外界因素的影響會(huì)出現(xiàn)變形或者開裂的問題。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定了混凝土結(jié)構(gòu)中最大的允許裂縫，裂縫的寬度在0.1—0.2mm時(shí)，雖然在初期會(huì)有一定的滲水現(xiàn)象，但是經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，這種現(xiàn)象可以自愈，裂縫的寬度在0.2—0.3mm時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象。因此在船閘工程施工的過程中需要根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施防范裂縫的出現(xiàn)。在船閘混凝土施工中，溫度裂縫主要由于受到施工環(huán)境中外界因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)物中承受了較大的溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力的數(shù)值超過了最大的抗拉應(yīng)變值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。針對(duì)這一問題，在施工中可以采用相應(yīng)的措施來進(jìn)行有效的防范，降低裂縫的有害程度。

一、工程案例

在某船閘工程建設(shè)施工的過程中，上閘首采用重力式結(jié)構(gòu)，邊墩和底板處于分離的狀態(tài)，其尺寸在63.5m×125.2m，下閘首與上閘首的構(gòu)造基本相同，其尺寸設(shè)計(jì)為70.5m×125.2m。閘室分為15段，總體的長度為306.54m，根據(jù)水運(yùn)工程的實(shí)際情況，將船閘正常的運(yùn)行水頭設(shè)計(jì)為11m。在船閘工程建設(shè)的過程中，經(jīng)過初步估算所需要的混凝土總量約為150萬m3。在上閘首的輸水廊道中，由于混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸較大，為了防止在施工中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力過大，導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)，擬從原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)等方面采取相應(yīng)的溫控措施，將混凝土的出機(jī)口溫度控制在16—18℃之間，降低混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)。

二、船閘混凝土溫度裂縫出現(xiàn)的原因及危害

一般情況下，船閘混凝土受到溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫主要分為兩個(gè)方面，首先是內(nèi)約束裂縫，這種裂縫出現(xiàn)的相對(duì)較早，且相對(duì)較淺。主要是在混凝土固結(jié)的過程中，水熱化的作用逐漸的減緩，導(dǎo)致混凝土表層溫度流失相對(duì)較快，內(nèi)外部的溫差變大。其次是外約束裂縫，主要發(fā)生在混凝土降溫的階段。混凝土結(jié)構(gòu)物中的熱量逐漸的消散，由于降溫導(dǎo)致混凝土體積出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，收縮變形也會(huì)出現(xiàn)在混凝土硬化階段，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)物在收縮變形時(shí)受到外部條件的約束，就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在混凝土構(gòu)件中出現(xiàn)裂縫。具體而言船閘混凝土裂縫出現(xiàn)的原因大致可概括為水泥水熱化因素的影響、外界氣溫以及約束條件的變化、收縮變形等。

船閘混凝土裂縫的出現(xiàn)，將會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性，出現(xiàn)水分滲漏的現(xiàn)象。一旦在船閘混凝土構(gòu)件中出現(xiàn)裂縫，滲漏的水分會(huì)將混凝土中的氧化鈣成分帶走，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度下降，使表層風(fēng)化的程度加快。同時(shí)，裂縫的存在也會(huì)對(duì)內(nèi)部的鋼筋材料造成危害，出現(xiàn)生銹腐蝕的現(xiàn)象，使其斷面不斷的減小，在嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致鋼筋斷裂問題的出現(xiàn)，影響船閘工程的耐久性和使用年限。

三、船閘混凝土溫控防裂措施研究

1、優(yōu)化混凝土配合比例

對(duì)混凝土的配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先是對(duì)于原材料的選擇，盡量選擇水熱化降低的水泥材料，在條件允許的情況下可摻入一定量的外加劑來降低水泥的使用量。選擇自然連續(xù)級(jí)配的粗骨料，保證拌合的混凝土具有良好的和易性，盡量選取極限抗拉強(qiáng)度高的碎石材料。一般情況選擇中粗砂作為施工中所需的細(xì)骨料，保證其級(jí)配和粒徑能夠達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將骨料中的含泥量控制在要求的范圍之內(nèi)，避免出現(xiàn)含泥量過高的問題，不僅降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，也加劇了收縮變形問題。其次是在混凝土配合比設(shè)計(jì)的過程中，為了避免水泥水熱化的影響，盡量減少水泥的使用量，確?；炷恋馁|(zhì)量滿足技術(shù)指標(biāo)，其具體標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2、合理控制混凝土澆筑次序及最高溫度

將分塊澆筑的方式應(yīng)用在船閘混凝土澆筑的過程中，能夠使混凝土澆筑的內(nèi)外溫差得到降低，在最大限度上控制了溫度應(yīng)力。在施工條件允許的情況下盡量采用薄層澆筑的方法，在施工過程中產(chǎn)生的水化熱能夠及時(shí)釋放出去，但需要合理的控制間歇的時(shí)間，避免垂直裂縫的出現(xiàn)。此外是對(duì)于混凝土澆筑溫度的控制，一般情況下，在混凝土澆筑時(shí)的溫度越低，越有利于控制溫度應(yīng)力的數(shù)值，其中澆筑溫度與材料溫度之間的關(guān)系如圖1所示。在《水工混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中對(duì)于大體積混凝土的澆筑溫度也有明確的規(guī)定，一般將其控制在28℃以內(nèi)。石子的溫度是影響混凝土出機(jī)溫度的主要因素，在混凝土拌制時(shí)應(yīng)避免石子直接被太陽照射，若施工環(huán)境中的溫度較高，還可以提前沖洗骨料，將水溫保持在10℃左右。

3、加強(qiáng)設(shè)計(jì)措施

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中將抗裂因素考慮在內(nèi)，盡量避免在溫度裂縫的出現(xiàn)。首先是對(duì)結(jié)構(gòu)形式的選取，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，采取科學(xué)的措施進(jìn)行混凝土分塊，禁止出現(xiàn)截面突變的現(xiàn)象。當(dāng)混凝土構(gòu)件的尺寸達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之后，按照規(guī)范設(shè)置溫度伸縮縫。其次是在分布鋼筋設(shè)置方面，合理的規(guī)劃受力筋的位置，并將加強(qiáng)分布筋配置在變截面部位。地基對(duì)于混凝土材料具有一定的阻力，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施來降低這種阻力的影響，控制溫度應(yīng)力。通過設(shè)置滑動(dòng)層的方式能夠有效的減少路基對(duì)混凝土的約束能力，避免溫度裂縫的出現(xiàn)。

4、預(yù)埋冷卻管

預(yù)埋冷卻管主要是通過管道中冷水流動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部的降溫效果，需要根據(jù)船閘混凝土構(gòu)件的實(shí)際情況合理的分布冷卻管埋設(shè)的位置。在水平面層上埋設(shè)冷卻水管，冷卻水管的上下層間距控制在在1.5—3m，在連接時(shí)采用立管連接的方式。一般情況下水管的方向與河流保持垂直，為了保證對(duì)混凝土進(jìn)行有效的降溫，可以根據(jù)實(shí)際情況增加進(jìn)水口的數(shù)量。這種溫控方式施工操作相對(duì)較為簡單，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的降溫效果，也具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)束語

綜上所述，混凝土在船閘工程建設(shè)施工的過程中有著重要的作用，直接影響著船閘的穩(wěn)定性和耐久性。但是在混凝土施工的過程中容易受到外界因素的影響而導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)，導(dǎo)致溫度裂縫出現(xiàn)的原因是多方面的，主要是因?yàn)榛炷翗?gòu)件所承擔(dān)的溫度應(yīng)力超過了其自身的最大抗拉能力，使混凝土構(gòu)件出現(xiàn)了溫度裂縫。因此需要在混凝土工程施工的過程中，需要根據(jù)船閘工程的實(shí)際情況，從配合比設(shè)計(jì)、原材料控制等多方面采取相應(yīng)的溫控防裂措施，盡量降低溫度裂縫的出現(xiàn)，對(duì)船閘工程的穩(wěn)定性和耐久性產(chǎn)生影響，進(jìn)而有效的提高船閘工程施工質(zhì)量。