船闸闸室底板大体积混凝土施工技术分析

谢韬 广东水电二局股份有限公司

现行规范明确指出，对大体积自拌砼进行浇筑期间，施工人员应重点关注混凝土体积变形情况，严格控制混凝土水化热，避免由于温升速度过快，导致混凝土表面出现裂缝，给项目质量造成负面影响。考虑到大体积砼出现裂缝的原因主要是内外温差过大，要想解决该问题，关键是要从材料、施工技术着手，在调整材料配合比的前提下，根据现场情况选取恰当技术并完成施工，确保项目最终所呈现出效果能够达到预期。

1.项目概况

某船闸的闸室底板近似矩形，施工区域长度为29m，宽度为27m，各部分厚度在2.5m左右，体积在2000m³以上，闸室底板砼标号为C30。考虑到施工期间外界温度较低，故提出薄层推进与分层浇筑相结合的方案，希望能够尽量避免混凝土出现裂缝，使船闸尽快投入运行。

2.项目施工方案

为确保施工安全，正式施工前，施工方聘请了专业人员对闸室底板的受力进行分析，并根据分析结果，对施工方案进行了调整，随后，对重点部位进行建模，通过模拟施工过程，明确既有方案所存在不足，确保潜在问题均能够提前得到解决[1]。在本项目中，施工方计划先将混凝土泵送到指定位置，再按照从底板两侧到底板中心的顺序进行浇筑，在此期间，应严格控制所浇筑混凝土厚度和两次浇筑施工的间隔，保证层厚不超过50cm、施工间隔不超过4h，这样做能够降低混凝土出现冷缝的概率。

3.前期准备工作

项目对施工技术所提出的要求极高，在施工期间，应时刻关注现场情况并控制水化热，以免混凝土受水化所产生温差影响而出现大量裂缝。由此可见，在前期准备阶段，施工方应当结合项目情况，准备施工所需材料、设备，只有这样才能保证后续环节有序推进。

3.1 准备材料

3.1.1 矿粉

本项目选用S95矿粉，在改善自拌砼和易性的前提下，对水泥使用量加以控制，将水泥所产生水化热降至最低，避免混凝土温度快速提高，给施工造成影响。

3.1.2 水泥

由于本项目对混凝土保水性、抗渗性所提出要求较高，综合考虑多方面因素后，施工方最终决定使用P.O42.5水泥，根据现场情况，酌情加入添加剂，在优化混凝土综合性能的基础上，使其所表现出抗渗、抗裂能力达到预期。

3.1.3 粉煤灰

粉煤灰不仅能控制水化热，还可以优化混凝土和易性，因此，为保证混凝土具有良好和易性，有关人员决定掺入适量粉煤灰。需要注意的是，该做法会降低混凝土的抗裂及抗渗能力，因此，除特殊情况外，粉煤灰占比均不得超过15%。

3.1.4 细骨料

细骨料选用机制中砂，混合中砂粒径在0.5mm以上，含泥量在5%以下。研究表明，按照一定比例拌制大粒径粗砂及中砂，同时用混合砂替代细砂，可以有效控制用水量及水泥使用量，其中，用水量能够减少约10%，这对减缓混凝土温升速度具有重大意义[2]。另外，还应当了解一点，即：混凝土收缩程度将随着温升速度得到控制而有所减轻。

3.1.5 粗骨料

将5mm至25mm粒径的碎石作为粗骨料，同时保证其含泥量在1%以下。研究表明，由大粒径石子配制混凝土，不仅能够保证混凝土具有良好的抗压强度及和易性，还能够减少水泥、水添加量，并使混凝土的水化热得到有力控制。

3.1.6 添加剂

由于客户方并未对添加剂类型提出具体要求，施工方决定结合自身经验确定添加剂类型，在配制本项目所用混凝土时，先后用到了两种不同的添加剂，分别是微膨胀剂、高效泵送剂，其中，微膨胀剂的掺入量为23kg/m3，其作用是补偿自拌砼收缩，改善混凝土所具有抗裂性，泵送剂减水率可达到18%以上，具有降低水化热的作用。另外，施工方还决定加入适量UF-500纤维素，该添加剂不仅具有良好的可泵性、分散性，还不会出现泌水离析、起球结块等问题。选型工作结束后，将纤维素混入混凝土，保证拌和所得混凝土表面平整且不存在纤维外露的情况[3]。抗裂检测结果表明，混凝土出现裂缝的概率随着纤维素的加入大幅度降低，经过28d的养护后，混凝土整体抗压强度能够达到35MPa左右。

3.2 确定配合比

项目施工所用混凝土为自拌砼，要求施工人员以预设技术指标为依据，结合现场情况、既有资源，对混凝土配合比加以确定，同时根据试配效果，对配合比做出相应的调整，确保自拌砼性能符合要求[4]。本项目所使用混凝土的配合比如表1所示。

表1 自拌砼配合比

3.3 其他准备工作

正式施工前，还要完成以下工作：其一，安装闸墩插筋、底板钢筋，验收隐蔽工程。其二，标明底板标高，为后续找平混凝土提供便利。其三，对门槽插筋进行安装。第四，准备覆盖测温管、竣工养护所需工具，包括但不限于土工布、塑料薄膜等。

4.施工技术分析

大体积混凝土施工难度极大，要想避免混凝土表面出现裂缝，关键是要根据现场情况调整施工方案和技术，在本项目中，施工方对施工人员提出了以下要求：

4.1 充分振捣

浇筑混凝土前，先要结合现场布局、施工需求对振捣器进行安装，保证各泵车所配备振捣器数量相同。考虑到混凝土坍落度相对较大，极易出现流淌的情况，因此，现场共需要配备3台振捣机，其中1台振捣器负责对流淌的混凝土进行振捣，剩余2台振捣器则负责振捣顶部混凝土。本项目中，先要处理出料口附近混凝土，打造出理想的流淌坡度，再对混凝土进行全面振捣，施工期间，施工人员应对振捣时长、设备移动距离和振捣深度加以控制，以免浇筑带相交区域出现漏振或其他状况，影响最终施工效果。

4.2 处理泌水

对混凝土进行浇筑期间，底板表面会汇聚大量浆水、泌水，施工人员应提前设置软管污水泵，及时排出底板所聚集浆水、泌水。压实混凝土表面后，再借助真空吸水机吸出剩余浆水、泌水，控制水灰比，使混凝土所表现出耐磨性、整体强度以及抗裂性达到行业最新标准。

4.3 加工表面

泵送混凝土往往具有极大的坍落度，且混凝土表面所覆盖水泥砂浆厚度偏厚，出现裂缝的概率较大，为避免出现裂缝，施工方制定了以下方案：先对混凝土表面做真空吸水处理，在混凝土达到初凝状态前，由专业人员手持磨浆机反复打磨混凝土表面，压实后，尽快用铝合金材质的长尺将表面刮平。混凝土终凝前，再次压实并打磨混凝土表面，这样做一方面能够降低混凝土出现干缩裂缝的概率，另一方面能够改善其表面的强度与光滑程度，为后续施工提供便利。

4.4 及时养护

施工结束后，尽快对混凝土进行为期14d的养护，在养护的过程中，应当严格控制内外温差，以免由于温差过大，形成超出混凝土抗拉强度的温度应力，进而使混凝土表面出现裂缝。本项目所采用养护方案如下：浇筑后，先用塑料薄膜覆盖混凝土表面，再在塑料薄膜上方覆盖土工布。虽然混凝土具有水化速度快的特点，但在薄膜、土工布的双重保护下，混凝土温度下降速度和内部水分蒸发速度，均会有所放缓。另外，实际施工中，有关人员应以测温结果、外部环境为依据，调整养护方法和拆模时间，保证闸室底板所存在温差始终在25℃内。

4.5 控制温度

4.5.1 准备设备

分别在施工现场、底板内和表面布设热电偶，通过高精度毫伏表监测温度数据，为确保监测所得数据准确，有关人员提出了两个要求，一是保证监测所用热电偶均已经过标定，二是绝缘处理效果满足行业最新要求。如果需要监测温度，只需要将热电偶固定在指定钢筋上，等待3min至5min即可，监测结束后，监测区域的温度将直接显示在毫伏表上。

4.5.2 布设测点

施工人员应严格遵守代表性、经济性以及适用性原则，对测点进行布设。考虑到闸室底板近似矩形，故决定先连接两条对角线，再沿对角线布设4个测点，保证每条对角线均有2个测点对应，同时在底板四边分别布设测点，确保各边均有4个测点对应。此外，还要在现场布设1个测点，通过该测点对环境温度进行实时监测。

4.5.3 监测温度

施工方计划在浇筑混凝土的同时进行测温，待绑扎钢筋等环节结束，便可以着手布设温控测点。第1d至3d，每隔2h进行一次测温；4d至6d，每隔3h进行一次测温；7d至9d，每隔5h 进行一次测温；10d至14 d，每隔7h 进行一次测温。将监测数据同步给监理方和其他有关部门，保证各参建方均对温差、环境温度和测点温度具有准确了解。若监测温差始终未超过25℃、温度最高不超过75℃且度下降速度在3℃/d以内，则表示项目不存在质量问题。

4.5.4 结果讨论

汇总并分析监测数据，可对测点温度最高值、温差具有准确了解。在本项目中，监测期间外界平均温度是12℃，测点温升情况与时间的关系见图1。

图1 温度变化曲线

研究表明，各点上层温度最高处于51℃至58℃间，中上层温度最高处于67℃至71℃间，中下层温度最高处于68℃至71℃间，下层温度最高处于55℃至69℃间。施工期间，施工人员以监测所得数据为依据，对保湿及保温方案进行了及时调整，确保大体积混凝土内部与外界温差始终处在可控范围内。另外，各点温度发展趋势大致相同，即：温度随时间推移而上升，浇筑施工结束72h后，温度达到最高，其中，上层散热速度最快、温度最低，中层温度明显高于其他层温度。由此可得出以下结论：其一，上层大体积混凝土降温幅度大、速度快。其二，中层散热难度大。其三，浇捣期间下层大体积混凝土温升幅度相对较小，其温度所出现变化可忽略不计，可通过预埋冷却水管的方式，对温度加以控制。具体做法如下：首先，制作冷却水管，将水管固定在架立钢筋上，并错开承台主筋进行布设。其次，接通水泵、进水管和出水管的管口，确保不存在渗水、漏水的情况。最后，根据现场情况决定是否通水，若大体积混凝土浇筑高度超过冷却水管，则可在振捣后通水，水流量以1.2m³/h至1.5m³/h为最佳。除此之外，还可以通过分层浇筑、更改浇筑时间等方法，对温度进行控制。

5.结论

本项目已正式投入使用，使用期间底板未出现明显的裂缝或其他病害，无论是抗渗指标还是结构强度均能够达到行业最新标准。现将研究所得结论归纳如下：首先，在控制水泥用量的前提下，酌情加入适量纤维素和其他添加剂，可使大体积混凝土水化热得到明显降低，同时其抗裂性能也会得到改善。其次，科学选用施工技术，一方面能够控制水泥用量与温升速度，另一方面可以降低裂缝出现概率。最后，实时监测项目温度，有助于施工方全面了解大体积混凝土内部与环境温度的差异，为后续包括养护在内的多项工作的开展提供便利。