刘家道口节制闸工程施工难点及对策

黄守琳

刘家道口节制闸工程施工难点及对策

黄守琳

一、工程概况

刘家道口枢纽工程位于山东省临沂市刘家道口村北的沂河干流上。主要有刘家道口节制闸、分沂入沭彭家道口分洪闸（已建成）、刘家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切滩、闸上堤防截渗，李公河防倒漾闸、李庄闸、水文观测设施，工程管理设施等工程组成。

刘家道口节制闸是实现沂沭河洪水东调入海的控制性建筑物，为开敞式曲线型低堰水闸，闸室总净宽576.0m，共36孔，单孔净宽16.0m，闸底板与闸墩采用分离式钢筋混凝土结构。闸室顺水流方向的长度为27.5m，垂直水流方向总宽646.0m，工作闸门为钢质弧形门，尺寸（宽×高）16m× 8.5m，支铰采用钢材质，液压式启闭机，检修闸门为钢质叠梁门，节制闸进口连接段包括闸前铺盖、上游护底以及上游两岸翼墙和护坡，出口设有消力池、海漫、防冲槽、下游两岸翼墙及护坡等。

二、施工中存在的难点及对策

工程施工存在难点主要有：（1）主体工程混凝土都在冬季施工，闸墩和大底板保温防裂技术要求高；（2）支铰钢梁板厚100mm焊接技术复杂难度大，同时焊接焊缝存在残余应力集中问题。下面就施工过程中存在的难点问题和采取的对策作一简述。

水工建筑物混凝土发生裂缝的原因主要有以下几个方面：混凝土内外温差过大，受寒流袭击，表面保温不及时；混凝土养护不及时充分，表面发生干裂并向深层发展；混凝土原材料质量及浇筑质量控制不严，存在某些薄弱面；混凝土浇筑分层分块不当；基础或者老混凝土对新浇混凝土产生强有力约束；表面裂缝发现与处理不及时向深层发展成危害性裂缝等。

2006年12月至2007年3月是该节制闸主体混凝土浇筑时间，也是临沂地区气温最低的季节。1月份平均气温-1.7℃，极端最低气温-24. 9℃，最大冻土温度0.4℃，特别是闸墩、大底板，如果防冻、防裂措施做不到位，就有可能产生温度裂缝，对工程质量直接造成潜在的隐患。节制闸墩长26.5m，宽2.0m，高10.75m，长、宽、高尺寸都比较大，且座落在紫色砂质泥岩、夹粉砂岩刚性基础上，易产生温度裂缝。大底板厚2.5m，宽10.0m，长27.5m，体积大，也易产生温度裂缝。所以闸墩和大底板保温防冻、抗裂技术要求比较高，一定要认真对待。

针对闸墩和大底板在冬季易产生温度裂缝的难题，监理部会同施工单位在技术、材料、施工措施等方面采取必要的措施和对策防止混凝土发生裂缝。具体措施和对策如下：

（1）合理分缝、分块

根据经验，水闸墩身和底板结合部位是应力集中的部位，为了缓解应力集中，预防裂缝，在浇大底板时，同时浇筑1.2 m高的中墩，从而减少底板收缩对墩身的约束影响，边墩主要分三层浇筑，缓解应力集中和防裂。

（2）选择合适配合比，减少混凝土内水化热

主要采取调整配合比，增加粉煤灰掺入量、掺加高效减水剂等措施。

根据汛前经验，结合专家咨询会的意见，汛后水泥仍用P.O32.5，粉煤灰掺入比由汛前15%增加到20%，根据经验，加大粉煤灰用量可以提高拌和物的和易性，减少水化热量。汛后C25、C30混凝土在保持汛前水泥用量不变的前提下，增加粉煤灰掺入量：C25增加17kg/m3，C30增加20kg/m3；胶凝材料掺入量：C25增加18kg/m3，C30增加20kg/m3。

不同水泥品种，不同粉煤灰掺入量的胶材水化热试验结果见表1。

从表1可见，胶材水化热量随水泥标号增大而增加，随粉煤灰掺入量增加而减小，减幅P.O32.5达12.25%，P.O42. 5达到14.70%。从施工现场混凝土浇筑情况来看，在水泥用量不变情况下，随着粉煤灰用量的增加，拌和物的和易性变好，入仓顺利，振捣容易，外观表面明显光洁。

此外，掺入适量的减水剂既可以减小水灰比，又可以减少水泥用量，进而减少水化热量。

三、施工措施

针对冬季混凝土防裂要求，一般采取以下措施防止裂缝的产生。

1.原材料保温

原材料堆放必须用帆布覆盖，堆放高度不应低于6.0m。

2.增高拌和温度

为了防止原材料在堆放过程中结冰，冬季混凝土必须用热水拌和，水温一般控制在20℃～30℃之间，以防混凝土假凝。出机口混凝土温度一般保持在10℃左右。

3.运输过程中保温

一是用混凝土搅拌车运输，二是混凝土运输搅拌车外面用棉帆布被包裹。

4.仓面保温

在浇筑面积比较大的仓面时，采用彩条布搭设保温棚，现场多次抽测混凝土入仓温度（混凝土下5～10cm）晚上一般在8℃左右，白天在8℃～10℃之间。混凝土浇完收光阶段，保温棚用碘钨灯加热保温。收光完毕后表面先覆盖一层塑料膜，然后再加一层用花雨布包裹的草帘被保温，覆盖整个冬季。

5.模板保温

大小底板的侧模使用2cm厚的竹胶模板，浇完后外挂草帘被保温，拆模后立即用2cm厚闭孔泡沫板覆盖，用三道木条固定，保温效果相当好。

闸墩钢模板外表用3cm厚的软性泡沫板粘贴，经实测闸墩仓内温度大于15℃，保温效果非常显效。

6.降低混凝土的内部温升

冬季浇筑的大底板和闸墩混凝土由于内外温差大，更易发生温度裂缝，主要采取通冷却水的方法来控制混凝土内温升，采用先通水，后浇混凝土的方法来减小温升幅度和降低最高温度，经实测最大内外温差小于8.7℃，最高温度为 29.5℃，最大升幅为17.7℃，可以满足规范 DL/T5144-2001内外温差不大于20℃的要求。根据有关研究成果，在冬季闸墩浇筑过程中，在保证入仓混凝土不结冰的前提下，可以尽量降低入仓温度，这样对控制混凝土后期温升大有好处。

7.拆模后闸墩保温防裂

根据SDJ207-82规范的要求，混凝土允许受冻的临界强度：大体积内部混凝土应不低于5.0MPa；大体积外部混凝土和钢筋混凝土应不低于7.0MPa。采取的措施为：贴保温板的闸墩钢模板保温时间不小于21d，在气温稳定的时间段内拆模，边拆边包裹一布一膜的复合土工膜，再用铁丝固定，一直保温到3月份。

四、支铰钢梁制作

节制闸的支铰钢梁是用100mm厚的钢板拼装焊接而成，如何保证焊接质量是制作的一个难点。由于钢板有100mm厚，对焊、立焊都必须是坡口焊，焊缝宽而深，需要多层多次焊接，焊接难度高，焊接残余应力大，针对以上问题，监理部要求制作单位冬季在暖棚中焊接，每次焊接前先加温预热，直到满足冬季焊接温度要求才允许施焊，焊接引弧必须从焊缝中间向两头。

支铰钢梁制作的另一个难点是预防和消除焊接过程中形成的残余应力集中问题，以防止支铰钢梁在使用过程中焊缝出现断裂裂缝的质量问题。

表1　胶材水化热试验结果对比表（7d龄期）

由于支铰钢梁在焊接过程中存在残余应力，在使用过程中易变形和出现断裂裂纹，损害构件安全，因此需要对支铰钢梁进行整体退火处理，才能消除残余应力。由于支铰钢梁体积大，为4.55m× 1.16m×1.24m，进行整体退火处理成本太高且环境污染严重，经专家咨询会论证同意引进振动时效处理工艺。振动时效就是利用振动消除支铰钢梁焊接时形成的残余应力的一种技术。金属构件采用振动时效消除应力处理技术可稳定构件的变形，增强结构变形能力，提高构件的尺寸精度，同时有效地降低和均匀构件的残余应力，提高使用强度和疲劳寿命。振动消除应力处理技术还可以防止构件出现断裂裂纹。经水利部水工金属结构质量检验测试中心检测，经振动时效处理后，支铰钢梁时效曲线满足JB/T10375-2002和JB/T5926-2005规范要求，应力集中问题得到消除，可以在工程中使用。

五、效果

由于对施工中存在的主要难点进行了详细地分析研究，并采取了一系列相应对策，工程取得如下效果：（1）低温季节浇筑的闸墩混凝土没有出现温度裂缝，闸墩混凝土内部最高温度控制在29.5℃左右，最大内外温差控制在8.7℃左右，最小内外温差控制在1.4℃左右，混凝土温度最大升幅控制在17.7℃左右；（2）低温季节浇筑的大底板混凝土没有出现温度裂缝，大底板混凝土内部最高温度控制在31.4℃左右，最大内外温差控制在11.1℃左右，最小内外温差控制在10.6℃左右，混凝土温度最大升幅控制在21.8℃左右；（3）支铰钢梁通过水利部水工金属结构质量检验测试中心检测并在道口闸上使用至今，没有出现断裂裂缝质量问题；（4）弧形闸门支铰钢梁振动时效效应技术研究与应用获安徽省科技进步三等奖；（5）刘家道口节制闸工程获得水利部“大禹奖”和中国土木工程“詹天佑奖”■

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院233000）