小议船闸混凝土温控防裂施工技术研究

贾彦鹏　杨旭

摘要：在水运工程建设的过程中，船闸能够有效的保证船舶的通航，是应用最为广泛的通航建筑物。为了保证船闸工程的安全性，需要采用相应的混凝土材料，在船闸建设过程中所需的混凝土属于大体积混凝土的一种。受到施工环境中的温度以及不均匀沉降因素的影响，混凝土构件中可能会出现温度裂缝，导致在其表面出现裂缝，对船闸工程的稳定性能造成损害。本文主要以具体的工程案例为切入点，分析了船闸混凝土出现裂缝的原因，并提出了相应的温控防裂措施，以期为施工操作提供相应的指导。

关键词：船闸；混凝土温控防裂；施工技术

混凝土在抗压强度和耐久性方面有着独特的优势，保证了船闸工程的稳定性，在具体的施工中得到了广泛的应用。但从另一方面来说，混凝土材料均有非均质性的特征，受到外界因素的影响会出现变形或者开裂的问题。在《混凝土结构设计规范》中明确规定了混凝土结构中最大的允许裂缝，裂缝的宽度在0.1—0.2mm时，虽然在初期会有一定的渗水现象，但是經过一段时间的使用之后，这种现象可以自愈，裂缝的宽度在0.2—0.3mm时，就可能会出现严重的渗水现象。因此在船闸工程施工的过程中需要根据实际情况，采取相应的措施防范裂缝的出现。在船闸混凝土施工中，温度裂缝主要由于受到施工环境中外界因素的影响，混凝土结构物中承受了较大的温度应力，一旦温度应力的数值超过了最大的抗拉应变值时，就会导致裂缝的产生。针对这一问题，在施工中可以采用相应的措施来进行有效的防范，降低裂缝的有害程度。

一、工程案例

在某船闸工程建设施工的过程中，上闸首采用重力式结构，边墩和底板处于分离的状态，其尺寸在63.5m×125.2m，下闸首与上闸首的构造基本相同，其尺寸设计为70.5m×125.2m。闸室分为15段，总体的长度为306.54m，根据水运工程的实际情况，将船闸正常的运行水头设计为11m。在船闸工程建设的过程中，经过初步估算所需要的混凝土总量约为150万m3。在上闸首的输水廊道中，由于混凝土结构的尺寸较大，为了防止在施工中产生的温度应力过大，导致温度裂缝的出现，拟从原材料的选择、配合比设计等方面采取相应的温控措施，将混凝土的出机口温度控制在16—18℃之间，降低混凝土温度裂缝的出现。

二、船闸混凝土温度裂缝出现的原因及危害

一般情况下，船闸混凝土受到温度应力而产生的裂缝主要分为两个方面，首先是内约束裂缝，这种裂缝出现的相对较早，且相对较浅。主要是在混凝土固结的过程中，水热化的作用逐渐的减缓，导致混凝土表层温度流失相对较快，内外部的温差变大。其次是外约束裂缝，主要发生在混凝土降温的阶段。混凝土结构物中的热量逐渐的消散，由于降温导致混凝土体积出现收缩的现象，收缩变形也会出现在混凝土硬化阶段，当混凝土结构物在收缩变形时受到外部条件的约束，就会产生较大的拉应力，在混凝土构件中出现裂缝。具体而言船闸混凝土裂缝出现的原因大致可概括为水泥水热化因素的影响、外界气温以及约束条件的变化、收缩变形等。

船闸混凝土裂缝的出现，将会影响混凝土结构的稳定性和整体性，出现水分渗漏的现象。一旦在船闸混凝土构件中出现裂缝，渗漏的水分会将混凝土中的氧化钙成分带走，导致混凝土的强度下降，使表层风化的程度加快。同时，裂缝的存在也会对内部的钢筋材料造成危害，出现生锈腐蚀的现象，使其断面不断的减小，在严重的情况下会导致钢筋断裂问题的出现，影响船闸工程的耐久性和使用年限。

三、船闸混凝土温控防裂措施研究

1、优化混凝土配合比例

对混凝土的配合比设计的优化主要体现在两个方面，首先是对于原材料的选择，尽量选择水热化降低的水泥材料，在条件允许的情况下可掺入一定量的外加剂来降低水泥的使用量。选择自然连续级配的粗骨料，保证拌合的混凝土具有良好的和易性，尽量选取极限抗拉强度高的碎石材料。一般情况选择中粗砂作为施工中所需的细骨料，保证其级配和粒径能够达到相关的标准，将骨料中的含泥量控制在要求的范围之内，避免出现含泥量过高的问题，不仅降低混凝土的抗拉强度，也加剧了收缩变形问题。其次是在混凝土配合比设计的过程中，为了避免水泥水热化的影响，尽量减少水泥的使用量，确保混凝土的质量满足技术指标，其具体标准如表1所示。

2、合理控制混凝土浇筑次序及最高温度

将分块浇筑的方式应用在船闸混凝土浇筑的过程中，能够使混凝土浇筑的内外温差得到降低，在最大限度上控制了温度应力。在施工条件允许的情况下尽量采用薄层浇筑的方法，在施工过程中产生的水化热能够及时释放出去，但需要合理的控制间歇的时间，避免垂直裂缝的出现。此外是对于混凝土浇筑温度的控制，一般情况下，在混凝土浇筑时的温度越低，越有利于控制温度应力的数值，其中浇筑温度与材料温度之间的关系如图1所示。在《水工混凝土结构工程施工及验收规范》中对于大体积混凝土的浇筑温度也有明确的规定，一般将其控制在28℃以内。石子的温度是影响混凝土出机温度的主要因素，在混凝土拌制时应避免石子直接被太阳照射，若施工环境中的温度较高，还可以提前冲洗骨料，将水温保持在10℃左右。

3、加强设计措施

在进行设计的过程中将抗裂因素考虑在内，尽量避免在温度裂缝的出现。首先是对结构形式的选取，根据混凝土结构的实际情况，采取科学的措施进行混凝土分块，禁止出现截面突变的现象。当混凝土构件的尺寸达到相关的标准之后，按照规范设置温度伸缩缝。其次是在分布钢筋设置方面，合理的规划受力筋的位置，并将加强分布筋配置在变截面部位。地基对于混凝土材料具有一定的阻力，在设计时应采取相应的措施来降低这种阻力的影响，控制温度应力。通过设置滑动层的方式能够有效的减少路基对混凝土的约束能力，避免温度裂缝的出现。

4、预埋冷却管

预埋冷却管主要是通过管道中冷水流动实现对混凝土内部的降温效果，需要根据船闸混凝土构件的实际情况合理的分布冷却管埋设的位置。在水平面层上埋设冷却水管，冷却水管的上下层间距控制在在1.5—3m，在连接时采用立管连接的方式。一般情况下水管的方向与河流保持垂直，为了保证对混凝土进行有效的降温，可以根据实际情况增加进水口的数量。这种温控方式施工操作相对较为简单，不仅能够实现良好的降温效果，也具有相当的经济效益。

四、结束语

综上所述，混凝土在船闸工程建设施工的过程中有着重要的作用，直接影响着船闸的稳定性和耐久性。但是在混凝土施工的过程中容易受到外界因素的影响而导致温度裂缝的出现，导致温度裂缝出现的原因是多方面的，主要是因为混凝土构件所承担的温度应力超过了其自身的最大抗拉能力，使混凝土构件出现了温度裂缝。因此需要在混凝土工程施工的过程中，需要根据船闸工程的实际情况，从配合比设计、原材料控制等多方面采取相应的温控防裂措施，尽量降低温度裂缝的出现，对船闸工程的稳定性和耐久性产生影响，进而有效的提高船闸工程施工质量。