浅谈水闸大体积混凝土温度控制措施

易春权

(上海宏波工程咨询管理有限公司， 上海　201707)



浅谈水闸大体积混凝土温度控制措施

易春权

(上海宏波工程咨询管理有限公司， 上海201707)

上海市水闸工程大多涉及大体积混凝土施工，混凝土结构裂缝控制是保证水闸大体积混凝土施工质量的关键。混凝土变形受到约束从而产生混凝土结构裂缝，大体积混凝土结构所承受的变形，主要因温度和收缩而产生。因此，温度控制是保障大体积混凝土施工质量的重点，必须从原材料、混凝土配合比、施工工艺、测温监测、养护等几个方面进行控制方能达到预期效果。

大体积混凝土； 温度控制； 水闸施工

1　前　言

大体积混凝土一般是指混凝土结构断面尺寸已达到必须采取相应措施妥善处理温度差值、合理解决温度应力并控制裂缝的混凝土结构。自动化控制的混凝土拌合站及输送泵越来越多的在混凝土施工中应用，为大体积混凝土施工提供了条件。大体积混凝土具有结构厚、混凝土用量大、钢筋密、施工技术要求高等特点，除了满足强度、整体性等要求外，还存在如何防止温度变形产生裂缝的问题。

混凝土结构一旦产生裂缝，混凝土内的水泥成分随裂缝中的渗水析出，致使混凝土强度降低，同时钢筋也很快锈蚀、断面减小直至断裂，从而破坏了结构的整体性，改变了混凝土内部应力分布，使混凝土结构发生破坏。因此，大体积混凝土温度裂缝问题在水闸施工中受到了各参建单位的高度重视。从根本上分析、了解、采取措施，尽量杜绝在施工中产生此类现象，从而保证水闸的工程质量。

2　水闸大体积混凝土工程概述

上海金汇港南闸为出海节制闸，属于一线海塘水闸，面临杭州湾，是集挡潮、除涝、应急通航、水资源调度等功能于一体的出海闸。新建金汇港南闸位于老闸以外537m左右，设计最大排涝流量650m3/s，闸孔净宽60m，闸底坎高程-1.5m。闸室底板和闸墩结构设计强度等级为C40高性能海工混凝土，底板厚2.5m，分三块，单块最大体积近2000m3；闸墩中墩厚3m、高8.5m、长28.5m，体积约730m3。水闸底板和闸墩混凝土浇筑均应按照大体积混凝土施工进行质量控制，并应满足大体积混凝土温控质量标准。

图1　金汇港水闸工程平面布置图

图2　中孔纵剖视图

3　混凝土结构温度裂缝控制措施

大体积混凝土施工质量控制的目的是防止混凝土产生裂缝，一方面控制混凝土硬化初期自身收缩与干燥收缩导致的收缩裂缝，另一方面控制硬化过程中水泥水化热和外界温差导致的温度裂缝。该工程闸室底板和闸墩大体积混凝土裂缝控制应该从这两类裂缝控制上入手。

3.1合理选用原材料，优化混凝土配合比

该工程闸室底板和闸墩结构设计混凝土强度等级为C40高性能海工混凝土。

配合比设计程序：海工混凝土配合比试配参考设计提供的配合比并结合地方材料性能，采用“比选-校正”法进行设计。参考类似工程的经验和数据，对强度等级为C30、C40的海工混凝土分别设计两组配合比进行相关性能指标的试验成果分析，在强度和耐腐蚀性等指标满足设计及规范要求后，将拟定的混凝土配合比提交温控设计研究单位进行温控设计。最后综合各方试验结果对拟定混凝土配合比进行校正，最终确定该工程海工混凝土配合比。

设计过程鉴于对“海湾水环境、水位变动区以及温度、湿度”等综合因素的考虑，特拟定了四个配合比，编号分别为C30-1、C30-2、C40-1、C40-2。经由上海市建筑科学研究院验证[见表1(为减少篇幅仅列其中一项)]，四组配合比抗氯离子渗透性均符合该工程混凝土电通量不大于1000C的规定，且满足海工混凝土耐腐蚀性要求(见表2)；考虑到C30-1、C40-1配合比中水泥含量较低，外掺料用量较大，在混凝土硬化过程中较另外两组配合比能有效的降低水化热的产生，故选择C30-1、C40-1两组配合比作为该工程海工混凝土配合比。

表1　C40混凝土配合比复验计算

表2　混凝土耐腐蚀性

氯离子总含量计算：混凝土中氯离子总含量包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂及水中所含氯离子含量之和，不允许超过胶凝材料总量的0.1%。四组配合比的混凝土氯离子总含量及总碱含量计算结果均满足规范要求，见表3。

表3　氯离子总含量计算结果

总碱含量计算：混凝土中总碱含量包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂及水所含氢氧根离子含量之和，其中矿物掺合料的碱含量以其所含可溶性碱计算，粉煤灰的可溶性碱含量取粉煤灰总碱量的1/6，矿渣粉的可溶性碱含量取矿渣粉总碱量的1/2，混凝土中总碱含量不能超过3kg/m3，四组配合比的混凝土中总碱含量计算结果见表4。

表4　总碱含量计算结果

经参建方讨论及专家建议，拟对该工程高性能海工混凝土配合比在C40-1基础上进行微调验证。主要原则是在C40-1配合比基础上对胶凝材料用量进行调整，降低水泥用量，提高粉煤灰、矿粉等外掺料的用量。根据《海工混凝土规范》可知，降低水泥用量，提高粉煤灰、矿粉等外掺料用量对混凝土抗氯离子渗透性能有利。由于原C40-1配合比抗氯离子渗透性(电通量)满足设计要求，因此在C40-1配合比基础上按照本原则进行微调验证只需要对调整后的配合比强度进行验证，同时根据微调后的配合比重新进行温控验算。

在经上海市建筑科学研究院验证通过的C40-1配合比基础上，设计了四个不同胶凝材料用量的微调配合比进行验证，其结果见表5～表7。

表5　经建科院验证的原C40-1配合比

表6　微调C40配合比

表7　微调C40配合比强度

从强度结果分析，C40-a、C40-b、C40-c均能满足设计强度要求，考虑到大体积混凝土温控措施，为有效降低水化热，最终选用水泥用量较小的C40-b配合比作为该工程的海工混凝土配合比。

3.2合理制订有效的施工工艺

3.2.1底板浇筑工艺

该工程底板共包括11块：闸室底板3块，边跨底板2块，厚2.5m，平面尺寸为28.2m×28.5m，基础为方桩基础；中跨底板1块，厚1.5m，平面尺寸为28.2m×28.5m，基础压密注浆处理。两侧岸墙底板各1块，厚1m。外河侧底板3块，厚1m；内河侧底板3块，厚1.2m。

为尽可能避免混凝土强度上升期间底板相互之间约束力造成的底板变形开裂，同时考虑到中跨底板无桩基础，将中跨底板与边跨底板接缝处设计为齿坎形式。为便于施工，中跨底板最后浇筑。底板混凝土浇筑顺序如图3所示。

图3　闸室底板混凝土浇筑顺序

浇筑方法：底板浇筑采用泵送商品混凝土。浇筑顺序均沿长边方向，采用“阶梯分层，联系推进”的施工方法，台阶宽2.5m左右(见图4)。供应能力按计算确定，浇筑间隔时间应满足《水工混凝土施工规范》(SDJ 207-82)的有关规定，不会形成冷缝。

图4　水闸底板混凝土浇筑示意图

混凝土振捣：根据分层的厚度、层数和泵送混凝土自然流淌形成的斜坡度，在浇筑前、中、后共布置三道振动器：第一道布置在混凝土卸料口，负责卸料口混凝土的振捣；第二道布置在混凝土的斜坡部分，负责斜面混凝土的振捣密实；第三道布置在坡脚及底层钢筋处，混凝土流入下层钢筋底部，确保下层钢筋混凝土的振捣。振捣时严格控制振动器移动的距离、插入深度、振捣时间，避免各浇筑带交接处的漏振。

混凝土泌水处理：混凝土浇筑过程中，上部泌水和浆水顺着混凝土坡脚流淌，使用软管污水泵及时排除，表面混凝土找平后采用真空吸水机工艺脱去混凝土成型后多余的泌水，降低混凝土的原始水灰比，提高混凝土强度、抗裂性、耐磨性。

混凝土表面处理：混凝土表面的水泥砂浆较厚，故在混凝土表面进行真空吸水后、初凝前，用圆盘式磨浆机磨平、压实，并用铝合金长尺刮平，初凝后至终凝前采用二次压光法，即用叶片式磨光机磨光，人工辅助压光。既能很好地避免干缩裂缝，又能使混凝土表面平整光滑、表面强度提高。

3.2.2闸墩浇筑工艺

在底板混凝土强度达到80%后方可浇筑闸墩混凝土，分层浇筑高程如下：-4m～-1m(第一次随底板一起浇筑0.5m)、-1m～+4m(具备浇筑胸墙条件)、+4m～+10m。

胸墙以下闸墩两边对称同时采用泵送混凝土浇筑，采用串筒入仓下料，串筒距混凝土浇筑面不超过2m，每层每次浇筑厚0.35m，闸墩每层浇筑量约为30m3。每个闸墩4个下料点，每个下料点一次下料7.5m3，可满足浇筑强度。浇筑时两个闸墩交替循环上升，每循环一次约1h，不会形成冷缝。

混凝土浇捣采用人工下仓，用插入式振捣器振捣，振捣时必须按作用半径均匀插振，不漏振，不过振，但不得触碰模板，以保证振捣密实，模板不变形。仓面若出现泌水，在下批混凝土浇筑前，人工入仓清除干净。

3.2.3养护工艺

金汇港南闸改造工程主体工程大体积混凝土施工主要特点是体积大、表面系数比较小、水泥水化热释放比较集中、内部温升较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。

底板和闸墩混凝土浇筑正值夏季高温，为防止出现裂缝，闸室大体积海工混凝土浇筑温控措施采取了冷却水管进行温控，现场浇筑后第3d达到最高温度60℃之后一路下降，防止了裂缝的出现。

闸墩浇筑采用钢模板，浇筑后立即在底板表面覆盖一层塑料薄膜，再在塑料薄膜上覆盖一层土工布，土工布之上用方木进行固定，经过河海大学研究计算，底板部分只需表面保温，无需内部冷却水管保温。

加强仓内作业，降低混凝土浇筑温度。加强现场施工组织管理，缩短各环节施工时间，采用台阶式浇筑，做到每层混凝土覆盖时间间隔不超过180min；混凝土浇筑完成后，及时采用塑料薄膜和草袋进行保温保湿养护。

3.3加强测温监测工作，控制内外温差

为有效控制混凝土内外温差，并对后续闸墩施工提供现场混凝土温升实测数据，边孔底板浇筑时需进行温度监控。测温孔布设三组，一组布设在边孔底板中心处，一组布设在边孔底板边角处，一组布设在中墩中部。具体位置如图5所示。

图5　测温孔布置

垂直方向测温点按50cm一层布置，A组共有测温点6个，B组和C组共有测温点5个，A0、B0、C0距顶面5cm，测温点埋设方式如图6所示。

图6　测温点埋设方式

温度测量采用便携式数字温度计，浇筑底板前将温度计探头及数据线预埋至预定位置，底板初凝后开始测量温度，每天安排专人负责记录(由于篇幅所限，简要摘取几组数据予以说明)。测温频率按表8时间控制。

表8　测温时间及测温频率控制

续表

根据实测数据显示，混凝土中心温度最高，当混凝土浇筑完成2～3d时为一个高峰期，以后逐渐缓慢下降，3个点的最大温差分别为24.5℃、24.6℃、24.4℃，符合“小于25℃的最大温差”的规范要求，说明采取的控制温差措施合理、有效。经上海市相关检测部门检测，主体工程未出现裂缝，质量达到设计和规范要求。

4　经验及建议

该工程闸室底板和闸墩结构浇筑过程中采用的温控方案便于操作，保证了工程质量，满足了工程要求，具有一定的推广价值。根据以上对大体积混凝土浇筑温度控制的初步探讨及结合同类工程的经验，在工程实施前，对存在的各项因素分析透彻，采取相应的预防措施，可做到防患于未然，确保工程质量。

On water sluice mass concrete temperature control measures

YI Chunquan

(Shanghai Hongbo Engineering Consulting Management Co., Ltd., Shanghai 201707, China)

Shanghai sluice projects are mostly related to mass concrete construction. Concrete structure crack control is critical to the quality of sluice mass concrete construction. Deformation of the concrete is restrained to produce concrete structure crack, and deformation of mass concrete structure is mainly produced due to temperature and shrinkage. Therefore, temperature control is the key to safeguard the quality of mass concrete construction. Expected effect can be achieved through controlling raw materials, concrete mix proportion, construction technology, temperature monitoring, maintenance, etc.

mass concrete; temperature control; sluice construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.013

TV554+.91

A

1005- 4774(2016)08- 0052- 07