智能控制技術(shù)在船閘閘室混凝土保濕養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

陸金倫，黎錦釗，彭耀蔣，陳德尚，張 飛

（廣東省源天工程有限公司 廣州 511340）

1 應(yīng)用背景

眾所周知，采取不同的養(yǎng)護(hù)方式會在很大程度上影響混凝土的強(qiáng)度和干縮應(yīng)力［1］。因此，國內(nèi)外工程技術(shù)人員和學(xué)者開始研究和運用自動化技術(shù)開展混凝土保濕養(yǎng)護(hù)，在結(jié)構(gòu)混凝土表面或周邊安裝噴頭、噴管，定時間隔循環(huán)養(yǎng)護(hù)［2-6］，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量有了明顯提升。

某船閘為Ⅲ級通航建筑物，設(shè)計最大船舶等級為1 000 t 級，船閘規(guī)模為220 m×34 m×4.5 m。閘室采用鋼筋混凝土整體式結(jié)構(gòu)（見圖1），凈寬34.0 m，總長220 m，沿長度方向分段間距為11×17+16+17（m）。底板厚度3.5～4.0 m，縱向設(shè)置兩條2 m 寬縫后澆帶，中心間距26 m。邊墩兩側(cè)閘墻內(nèi)各布置一條輸水廊道，在閘墻的上部高程設(shè)有3層空箱。

圖1 某船閘閘室橫剖面Fig.1 Cross Section of Lock Chamber of a Ship Lock（mm）

閘室主體工程混凝土澆筑基本在2018 年高溫季節(jié)完成，溫度裂縫、干縮裂縫將成為混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵問題。本文以船閘閘室為例，探討不斷上升復(fù)雜結(jié)構(gòu)面混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能控制系統(tǒng)及其布置方式和適用性，以供更廣泛推廣參考。

2 船閘混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能控制參數(shù)和技術(shù)方法

混凝土保濕養(yǎng)護(hù)控制參數(shù)，包括養(yǎng)護(hù)齡期Yd、水溫Tw和表層混凝土濕度標(biāo)準(zhǔn)Hs，以及間隔時間t1、噴淋時間t2［7］。綜合《水運工程混凝土施工規(guī)范：JTS 202—2011》［8］和有關(guān)水工規(guī)范要求，并借鑒文獻(xiàn)［7］的成功經(jīng)驗確定。取養(yǎng)護(hù)齡期Yd=28 d；濕度標(biāo)準(zhǔn)Hs=95%；養(yǎng)護(hù)水溫Tw，船閘所在河流河水溫度高溫季節(jié)為25 ℃左右，可以采用河水噴淋養(yǎng)護(hù)，不專門控制水溫。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)及現(xiàn)場實際，確定閘室底板、閘墻和邊墻側(cè)面養(yǎng)護(hù)每次噴淋標(biāo)準(zhǔn)時間Tk=120 s。噴淋間隔時間t1的確定和智能控制技術(shù)見文獻(xiàn)［7］。

3 閘室混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能控制系統(tǒng)布置

整體思路是閘室上升頂面采取軟塑料管聯(lián)接噴頭、側(cè)面采取固定于模板底部噴管與軟塑料管聯(lián)接方式的整體保濕養(yǎng)護(hù)智能控制噴淋系統(tǒng)布置，可以良好適應(yīng)復(fù)雜船閘閘室混凝土澆筑不斷上升，實現(xiàn)混凝土全養(yǎng)護(hù)期、全覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。

針對船閘閘室結(jié)構(gòu)特點，施工供水主管和供電線路沿閘室長度布置在墻外，將13個閘室段劃分為4個養(yǎng)護(hù)單元，分區(qū)引入進(jìn)行閘室混凝土保濕養(yǎng)護(hù)。以4#、5#、6#閘室段養(yǎng)護(hù)單元為例，從供水主管引入φ50 mm塑料水管，分3支進(jìn)行3個閘室底板混凝土養(yǎng)護(hù)（見圖2）。沿閘室底板縱向每10 m布置一條養(yǎng)護(hù)軟塑料水管（首尾兩根水管與單元邊線距離5 m）共計5 條養(yǎng)護(hù)水管，每隔10 m 安裝一自動旋轉(zhuǎn)噴頭。在兩側(cè)邊墩頂部沿縱向各布置一條養(yǎng)護(hù)水管，每條養(yǎng)護(hù)水管上每10 m安裝一自動旋轉(zhuǎn)噴頭，隨混凝土澆筑上升。邊墩側(cè)墻懸掛一打孔養(yǎng)護(hù)水管，固定在模板底隨之上滑養(yǎng)護(hù)澆筑混凝土。環(huán)境溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器安裝在閘室外側(cè)高地（見圖3）。考慮到施工人員安全，選擇低壓（12 V）電磁閥，管徑φ30 mm，布置在進(jìn)水口前端，連接于施工供水管。

圖2 閘室混凝土養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)布置Fig.2 Arrangement of Concrete Curing System for Lock Chamber （mm）

圖3 保濕養(yǎng)護(hù)智能控制系統(tǒng)Fig.3 Intelligent Control System for Moisturizing and Curing

其中某閘室右邊墻混凝土澆筑時間為2018 年8 月16 日，8 月25 日拆模。8 月26 日上午在現(xiàn)場開始安裝智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)：水電采用船閘右岸的施工水電供應(yīng)系統(tǒng)；智能控制系統(tǒng)集中安裝在該閘室右邊墻右岸高地的安全圍欄旁（見圖3）；溫濕度、風(fēng)速傳感器固定于安全圍欄和專柜上（見圖3）；電磁閥和噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)布置如圖2所示。

在完成安裝后，于2018 年8 月26 日下午在進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)智能控制系統(tǒng)調(diào)試。包括保濕養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)的全面檢查、智能控制效果檢查、整體性能與安全性檢查。通過保濕養(yǎng)護(hù)效果的檢查、分析判斷，修改噴淋系統(tǒng)布置和確定噴淋標(biāo)準(zhǔn)時間Tk，詳見文獻(xiàn)［7］。確認(rèn)每次噴淋標(biāo)準(zhǔn)時間t2=Tk=120 s。由于新研制設(shè)備初次在船閘運用等原因，智能化養(yǎng)護(hù)設(shè)備設(shè)定濕度控制值取98%［7］。

4 智能保濕養(yǎng)護(hù)效果

在調(diào)試運行確定正常并初步運行2 d 取得經(jīng)驗后，于2018 年8 月28 日20：00 正常開始智能化保濕養(yǎng)護(hù)。整個保濕養(yǎng)護(hù)智能化控制時間為2018年8月28日20：00～9 月25 日20：00，持續(xù)時間28 d。保濕養(yǎng)護(hù)智能控制器檢測結(jié)果如圖4所示，由于電磁閥開、關(guān)的時間間隔一般都不足1.5 h，28 d的數(shù)據(jù)量巨大，圖4?只整理了28 d 智能控制器實測閘室環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速曲線。11 閘室邊墻側(cè)面混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能化控制應(yīng)用效果如圖5所示。

圖4 某閘室混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能控制器檢測結(jié)果Fig.4 Test Results of Intelligent Controller for Moisture Retention and Curing of Concrete in a Lock Chamber

圖5 某閘室邊墻側(cè)面混凝土保濕養(yǎng)護(hù)效果Fig.5 Moisturizing and Curing Effect of Concrete on the Side Wall of a Lock Chamber

根據(jù)該閘室邊墻側(cè)面混凝土保濕養(yǎng)護(hù)智能化控制成果，可知：

⑴8 月份船閘環(huán)境濕度在75%～85%之間變化，平均濕度大約80%，濕度較大。環(huán)境溫度在23～28 ℃之間，平均25 ℃左右。由于船閘地勢較低，風(fēng)速較小，一般都小于4 m/s，即3級風(fēng)力。

⑵電磁閥開關(guān)，每次打開電磁閥噴淋120 s，可以保障混凝土表面濕潤，濕度達(dá)到100%。

⑶根據(jù)智能控制器采集閘室環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速，自動計算混凝土養(yǎng)護(hù)面濕度，長期在98%以上，保持濕潤狀態(tài)。噴淋間歇時間一般在1.0～1.5 h之間，平均1.26 h，溫度高、濕度低、風(fēng)速大時間歇時間短［9］。

⑷保濕養(yǎng)護(hù)智能控制系統(tǒng)布置，可以適應(yīng)復(fù)雜船閘閘室混凝土澆筑不斷上升，實現(xiàn)混凝土全養(yǎng)護(hù)期、全覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。圖5表明，噴水管的噴孔密度適合，開始噴淋時即可較均勻達(dá)到整個混凝土表面，整個混凝土表面都是濕潤的。再次打開電磁閥開始噴淋養(yǎng)護(hù)之前，混凝土養(yǎng)護(hù)面基本還處在較濕潤狀態(tài)，表面濕度在95%以上，混凝土得到良好的保濕養(yǎng)護(hù)［4］。

⑸通過對閘室混凝土采用智能保濕養(yǎng)護(hù)技術(shù)，有效保障了混凝土保濕養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，效果良好，有效控制了混凝土裂縫的產(chǎn)生，經(jīng)監(jiān)測檢查，各部位未出現(xiàn)溫度裂縫和龜裂。

5 結(jié)論

綜合水運和水工有關(guān)規(guī)范要求，確定大型船閘閘室混凝土智能養(yǎng)護(hù)參數(shù)，結(jié)合工程實際提出上升頂面采取軟塑料管聯(lián)接噴頭、側(cè)面采取固定于模板底部噴管與軟塑料管聯(lián)接方式的整體保濕養(yǎng)護(hù)智能控制噴淋系統(tǒng)布置，可以良好適應(yīng)復(fù)雜船閘閘室混凝土澆筑不斷上升，實現(xiàn)混凝土全養(yǎng)護(hù)期、全覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。智能控制技術(shù)運用于清遠(yuǎn)水利樞紐二線船閘混凝土保濕養(yǎng)護(hù)，確保了混凝土保濕養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，取得無表面裂縫良好效果，降低了勞動強(qiáng)度和節(jié)約人工費。