馬達(dá)溪閘站大體積混凝土裂縫控制

范雋

摘要：大型閘站的底板、流道一般多為大體積、變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在施工中最常見(jiàn)的缺陷就是混凝土裂縫。本文結(jié)合蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達(dá)溪排澇閘站工程，分析了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理，提出了裂縫的控制措施。

關(guān)鍵詞： 大型閘站;大體積混凝土;裂縫產(chǎn)生機(jī)理;控制措施

1 工程概況

蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達(dá)溪排澇閘站位于馬達(dá)溪匯入衢江金華江的入口處，為大（2）型工程。泵站排澇規(guī)模71m3/s，布置有5臺(tái)豎井貫流泵，總裝機(jī)功率4×1300kW;泄洪閘總凈寬30m，共5孔，設(shè)計(jì)排水流量285m3/s。閘站上游為馬達(dá)溪，兩岸堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇;閘站下游為金華江，兩岸堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

泵站布置有4條流道，采用分段式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具體分塊方式為：3#、4#流道順?biāo)鞣较驗(yàn)?段，長(zhǎng)度38.00m;垂直水流方向也為1段，長(zhǎng)度20.10m;1#、2#流道順?biāo)鞣较蚍殖?段，長(zhǎng)度分別為20.75m、17.25m，總長(zhǎng)38.00m;垂直水流方向同3#、4#流道為1段，長(zhǎng)度20.10m。流道底高程22.30m，頂高程28.00m，壁厚1.30～6.40m，流道為變截面體型，由進(jìn)水口矩形截面逐漸變至葉輪處的圓形，再由葉輪處的圓形逐漸變至出水口的矩形。泵站底板共分成2段，長(zhǎng)度均為38.00m，寬度均為20.10m，厚度1.80m，內(nèi)部設(shè)置間距0.8m的冷卻水管。泵站流道施工完成、拆模后檢查發(fā)現(xiàn)，3#、4#流道內(nèi)壁均出現(xiàn)3～6道豎向表面裂縫，裂縫寬度0.1～1.0mm;而1#、2#流道及底板均未出現(xiàn)明顯裂縫。

2 裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析

針對(duì)上述泵站底板與流道各分塊出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，參見(jiàn)各方及項(xiàng)目組對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理及控制措施進(jìn)行了深入的討論分析。通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，泵站底板與3#、4#流道分塊尺寸相近，而底板內(nèi)設(shè)置的冷卻水管對(duì)控制混凝土裂縫起到了關(guān)鍵作用;1#、2#流道與3#、4#流道相比，1#、2#流道更小的混凝土區(qū)塊也對(duì)控制混凝土裂縫起到了重要作用。

2.1 塑性裂縫

混凝土澆筑入倉(cāng)后至初凝前，受自重作用混凝土骨料在水泥漿體中緩慢下沉，漿體中的水上浮，使混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。下沉過(guò)程中鋼筋上部骨料受到阻擋，而兩側(cè)及下部骨料繼續(xù)下沉，此時(shí)混凝土沿鋼筋的分布方向會(huì)產(chǎn)生表面裂縫，此類骨料下沉引起的裂縫一般發(fā)生在混凝土保護(hù)層內(nèi)，縫寬1mm以內(nèi)。本工程采用了泵送商品混凝土，由于流動(dòng)性與和易性的要求較高，塑性裂縫影響較大。

2.2 溫度裂縫

混凝土澆筑過(guò)程中，內(nèi)外溫差是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的主要原因之一?；炷辆哂袩崦浝淇s的特性，其膨脹系數(shù)一般為1.0×10-5/℃，當(dāng)混凝土溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度變形。實(shí)際施工過(guò)程中，混凝土的溫度變形與其受到的約束有關(guān)，在各種約束作用下，混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在應(yīng)力作用下當(dāng)溫度變形超過(guò)混凝土的極限拉伸值時(shí)混凝土便容易開(kāi)裂。

施工時(shí)，混凝土入倉(cāng)后，在內(nèi)外溫差作用下內(nèi)部混凝土膨脹變形速度快于表面，表面受到內(nèi)部混凝土的約束，加之干縮應(yīng)力及此時(shí)混凝土強(qiáng)度較低等因素，導(dǎo)致表面混凝土很容易開(kāi)裂?；炷翜囟乳_(kāi)始下降后，由于表面溫度降低較快，表面收縮變形速度快于內(nèi)部，表面混凝土受到內(nèi)部混凝土的約束，此時(shí)表面混凝土同樣容易開(kāi)裂。

2.3 干縮裂縫

混凝土澆筑后，表面水分散失快，體積收縮大，而內(nèi)部濕度變化很小，收縮也小，因而表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，出現(xiàn)拉應(yīng)力，容易引起混凝土表面開(kāi)裂?；蛘邩?gòu)件水分蒸發(fā)，產(chǎn)生體積收縮受到地基的約束，從而出現(xiàn)干縮裂縫。此類裂縫一般發(fā)生在混凝土表面，寬度較細(xì)，其走向縱橫交錯(cuò)，沒(méi)有規(guī)律。整體性結(jié)構(gòu)多發(fā)生在截面突變處，大體積混凝土多發(fā)生在平面部位，并隨濕度和溫度變化逐漸發(fā)展。

2.4 自身體積收縮裂縫

根據(jù)毛細(xì)管張力理論，混凝土中毛細(xì)管孔隙在水化反應(yīng)過(guò)程中逐漸失水，毛細(xì)管逐漸變形產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使混凝土產(chǎn)生體積收縮。隨著混凝土水灰比增大，混凝土中毛細(xì)管孔隙也逐漸增加，混凝土失水導(dǎo)致的收縮也增大，在受到模板等外部約束作用下混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力也就越大。

3 裂縫控制措施

3.1 合理選擇混凝土材料

1）采用低熱水泥。影響混凝土溫升的材料因素包括：水泥品種、水泥用量、混合材料品種和用量等。2）采用熱學(xué)性能好的骨料。3）減少膠凝材料用量，調(diào)整混凝土骨料級(jí)配。提高混凝土骨料的最大粒徑，可以減少水泥用量。4）摻外加劑。外加劑能改善混凝土的和易性，延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間，提高混凝土早期強(qiáng)度和混凝土質(zhì)量。

3.2 合理選擇澆筑時(shí)間

1）避開(kāi)高溫季節(jié)施工?；炷恋乃磻?yīng)是放熱反應(yīng)，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，混凝土內(nèi)部熱量很難散發(fā)出去，因此混凝土的施工應(yīng)避開(kāi)夏季高溫時(shí)間，尤其要避開(kāi)夏季中午時(shí)段的施工，可以選擇溫度低的夜間進(jìn)行施工。2）避開(kāi)嚴(yán)寒季節(jié)施工。在低溫情況下，混凝土內(nèi)外溫差大，內(nèi)外變形差異也大，容易產(chǎn)生溫度裂縫。

3.3 控制混凝土的溫度

1）控制混凝土的入倉(cāng)溫度。主要通過(guò)降低混凝土各拌合料的溫度：降低拌合用水的溫度;降低骨料的溫度;在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中采取遮陽(yáng)防曬，在罐車的儲(chǔ)料斗上灑冷水等。2）控制溫升幅度。主要通過(guò)在混凝土里埋設(shè)冷卻水管，用冷卻水循環(huán)帶走混凝土的熱量，從而降低混凝土的溫升峰值來(lái)減小混凝土的溫差。本工程施工時(shí)，要求入倉(cāng)溫度不高于25℃，并采用冷卻水管控制底板內(nèi)部最高溫度不超過(guò)48℃，內(nèi)部與表面溫差不大于10℃，有效控制溫度應(yīng)力。

3.4 調(diào)整布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）從整體布局角度出發(fā)，對(duì)建筑物的基礎(chǔ)、構(gòu)造等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，將基礎(chǔ)布置于穩(wěn)定、堅(jiān)固的地基上，控制不均勻沉降，盡量避免出現(xiàn)沉降裂縫。2）調(diào)整結(jié)構(gòu)分塊布局，削減大體積混凝土。合理的分縫分塊能夠增大混凝土的散熱面積，使熱量容易散發(fā)，有利于裂縫的控制。由于流道長(zhǎng)度較大，可以考慮設(shè)置流道橫向縫，設(shè)置位置一般在應(yīng)力集中部位。如本工程1#、2#流道橫向縫設(shè)于廊道下游側(cè)截面突變位置，且設(shè)計(jì)采用細(xì)筋密布的方法，以適應(yīng)溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力。

3.5 改善混凝土養(yǎng)護(hù)

在混凝土表面進(jìn)行保溫保濕覆蓋可有效減少混凝土與周圍環(huán)境的熱量及濕度交換，減少表面裂縫的產(chǎn)生。在澆筑完畢后，盡快對(duì)混凝土加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于7天。對(duì)泵站底板，先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面加蓋一層防水塑料膜。

4 結(jié)語(yǔ)

大型閘站的底板、流道一般均為大體積、變截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在施工中最常見(jiàn)的缺陷就是混凝土裂縫，極易因防裂措施不當(dāng)影響閘站的質(zhì)量和使用。本文結(jié)合蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達(dá)溪排澇閘站工程，分析了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理，其主要分為塑性裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、自身體積收縮裂縫等，并提出了裂縫的控制措施，為閘站混凝土裂縫的防治提供了可借鑒的方法和手段。

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