进水闸工程大体积混凝土浇筑技术及防裂措施

2023-05-23周海超

中国建筑金属结构 2023年4期

周海超

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150001）

0 引言

水闸是水利工程项目的重要构成，承担控制水流、挡水泄水的作用。在进水闸大体积混凝土施工中，浇筑技术以及防裂措施是两个要点，国外在混凝土裂缝方面的研究始于20 世纪30 年代。国内这一主题的研究从20 世纪50 年代开始。朱伯芳[1]从事温度，应力变化规律及计算方法从理论方面对混凝土裂缝进行研究。王铁梦[2]则从工程实践方面入手对结构物由于变性作用引起的裂缝作了系统的论述。我国在西方国家研究成果的基础上进行了再度研究，在温度场和温度应力变化规律研究等方面达到了国际先进水平[3-5]。本文在前人研究的成果上，结合查干湖湿地植被修复建设项目中的“进水闸工程”研究了大体积混凝土浇筑技术及防裂措施。

1 项目概况

查干湖马营泡进水闸工程主要建筑物输水渠道设计流量为13.05m3/s，进水闸为9 孔，包括上游引渠段，上游护砌段、进口段、闸室段、消力池段、海漫段和进场道路。综合考虑工程供水对象的重要性，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），确定工程等别为Ⅳ，工程规模为小（1）型。水闸等级为4 级，设计洪水标准为20 年一遇，抗震设防烈度Ⅶ度，合理使用年限为30 年。

2 大体积混凝土浇筑施工与技术分析

2.1 马营泡进水闸项目大体积混凝土部位

本项目大体积混凝土的主要部位分为三处，分别为闸底板、闸墩和消力池。闸底板共分三跨，每跨三孔，中跨宽21.48m，边跨21.49m，闸墩共三种型式，厚度分别为1.0m，1.5m，0.99m。共计混凝土量2 496.5m3。消力池长为18m，池深为1.5m，池宽度62.5m，底板顶高程为127.50m，底板厚为0.7m，底板设置尾坎和80mm 直径排水孔，排水孔梅花形布置，底板下设厚0.1m 素混凝土垫层。共计混凝土量1 835.6m3。项目图纸如图1 所示。

图1 马营泡进水闸纵断面

2.2 马营泡进水闸项目砼浇筑总体施工方案

在对砼开始施工时，必须确定并控制其施工次序，闸墩砼浇筑：闸墩砼浇注顺序为：（1）低孔中墩（2）边墩（3）高孔中墩。砼由拌和站生产，及时振捣。因存在较大断面长度，采取分层浇筑施工方式，适当捣实各类材料，以增加砼的致密，每层分层厚度不超过25～30cm。

施工过程：在墩顶搭设分层浇筑平台，每个闸墩设下料串筒7 个，浇筑时均匀下料。混凝土有初凝时间，在初凝时间内（一般几个小时）分次浇筑是可行的；但若超过初凝时间，就要区分不同处理，因此应保证分层区间下料时间间隔不大于砼的初凝时间，以及浇筑前的湿润基本就能保证施工质量。并且需要在浇筑的过程中及时振捣，浇筑至标高后木制抹板进行搓平、收浆。

2.3 马营泡进水闸项目施工技术要求

2.3.1 施工准备要求

施工准备一方面是技术准备，基于对马营泡进水闸所在地土层情况以及水文情况的精准勘察，反复斟酌设计图、设计方案，保证设计的有效性，做好技术交接，检查设计问题。一方面是材料和设备准备，选用质量过关的材料和设备，选用性能强劲的吊机设备、挖机设备、运输车辆等，材料到场后必须进行详细的检查，合格后方能入库使用。

2.3.2 混凝土要求

对混凝土材料供应商有严格的要求。具体要求如下：（1）粉煤灰、水泥、砂石骨料、外加剂等要满足要求，配合比严格按照试验室出具的数据掺配，混凝土配料直接影响混凝土的强度，应根据实际需求来定，保证质量，水灰比越高，砼强度越低。但是也要考虑流动性，高强度低水灰比的混凝土内部有水化反应产生的毛细孔，由于压力产生自收缩，进而产生裂缝。总之，不合适的级配，容易造成离析或裂缝问题；（2）混凝土拌和物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象。灌注时应保持足够的流动性；（3）对水泥或混凝土材料，要检查其商标、成分等，并做塌落度实验，合格方能入库留待使用；（4）混凝土的高峰浇筑量与运输能力要满足工程施工需要，根据实际情况合理配置混凝土运输车或搅拌车，施工现场至少有一辆混凝土罐车等待浇筑；（5）清洁要求：混凝土运输过程中应避免扬尘，车辆需保持清洁；（6）搅拌车匀速不停地缓慢转动，防止待料结块；运输过程中，坍落度损失严重，需快速返回搅拌站补充同标号砂浆并搅拌均匀；或可适量加入保水剂以避免水分挥发对塌落度的影响；（7）温度要求：混凝土运输至现场浇筑时温度不高于25℃。

2.3.3 混凝土浇筑要求

本项目闸室采取分层浇筑施工方式，每层分层厚度不超过25～30cm，同时避开水平止水铜片30cm 以上距离。浇筑之前，在竖向插筋上使用“水准仪”标记好水平控制线，间距不宜大于3m，以方便控制浇筑时控制标高。冷缝严格进行凿毛处理，如果浇筑材料相同，并且交界面进行了凿毛处理，分层浇筑不会出现问题；反之如果下层浇筑已经有了混凝土强度而上层浇筑的时候没有清理浮灰的话，会产生分层问题。分层浇筑时，分层施工缝使用同标号水泥砂浆均匀铺设5cm，避免振捣时骨料沉底集中。本项目采用多种布料方式：近距离采用溜槽多点布料；稍远处采用移动水平输送带布料机布料；面层和角落采用“天泵”布料和补料。浇筑的同时进行振捣，在具体操作的时候，要注意振捣棒垂直插入，快入慢出。此外，需满足插点均匀的要求，成行或交错式前进。振捣的时间一般为20～30s，振捣时注意检查，防止出现过振和漏振等问题。

3 大体积混凝土温控防裂措施

3.1 大体积混凝土温控防裂思路

大体积混凝土的温控标准制定与相关措施较为复杂。以查干湖马营泡进水闸项目来说，施工单位需要充分考虑项目的质地水文情况、气候环境情况、混凝土的具体结构、施工组织方案情况等多个方面。同时还要参考“类似工程”的温控计算成果，最终制定本项目的温控防裂思路。（1）注重混凝土在不同结构以及不同温度条件下所表现出来的差异性，因此温控措施选择及温控指标的设置上也要满足差异化原则；（2）闸墩处需采用冷水降温的措施进行处理，同时要对浇筑温度进行科学控制，尤其是闸墩下方可以在1/3 处安装“冷却管”；（3）底板处需要采用浇筑温控和表面温控的手段进行保温。

3.2 大体积混凝土温控指标

施工单位按照《水工混凝土施工规范》（SL677-2014）《水闸施工规范》（SL27-2014）及《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）中的相关要求。对其他温控指标加以关注，包括出机口温度、混凝土温度、冷却水温差、冷却降温速率、结构内外温差、峰值温度、浇筑温度等。考虑本项目所在地查干湖地区的气候条件，马营泡进水闸项目设计稳定温度在18℃。建议温控指标如表1 所示。

表1 进水闸建议温控指标表

3.3 温控防裂相关办法

在开展温控防裂工作时，需要注意明确堆料高度，若其在8m 以下，需注意，如果是底板浇筑，温度需在18℃以下。当进入施工阶段时，要根据温度的不同来调整工作，高温时段，做好备仓工作；低温时段，开仓。温度的变化是必然的，为保证工程进度，需根据实际情况灵活调整施工，这样才能满足工程进度要求。一般来说，夜晚环境温度低，可重点开展混凝土浇筑[6]。因为在这种环境下，骨料的温度也得以降低，开展浇筑工作时，就可以节省一部分温控成本，同时，工作的质量能得到保证。在现场管理工作中，也要做好对每一个环节工作质量的把控，做好温控防裂。施工现场涉及多种材料，施工也有多个环节，协调好不同的环节，能助力这一工作的落实。例如混凝土的拌和与运输，这就是会直接影响浇筑效果的因素。在具体施工时，需尽量缩短运输以及卸料的时间。当混凝土材料成功入仓后，要尽快振捣。在具体浇筑时，需加快振捣速度，避免堆料和压料这些情况。通过这些举措能缩短浇筑时间，同时，提升材料的强度，这自然就会减少裂缝。

3.4 混凝土表面保温措施及办法

3.4.1 底板保温

在这一环节工作结束后，需要预防的是结构性失水收缩问题，这可以在结束施工后及时采用冷却水管在其表面洒水。完成洒水操作后，在结构的表面覆盖2cm 厚度的橡塑海绵。按照这样的操作步骤，持续30d 以上[7]。时间满足要求后，要先通过监理许可，才能拆除这些保温材料。在拆除的时候，需先拆土工膜，再拆草袋，最后揭开底层塑料膜。

3.4.2 闸墙拆模保温

拆模需要满足一定条件。在具体拆模时，闸墙外表可能会出现“冷击”现象[8]，即在拆模时要避免模具内混凝土维度和模具外空气温度相差较大，因为内外温差的问题而会出现水热化混凝土裂缝。这是需要加大重视力度的。如果在实际开展工作时，遇到了一些不良气候，就需增加一个环节，即：做好混凝土保温各项工作，并有效落实洒水养护。在闸墙这一部位中，侧面需选择木质模板施工，按要求设置好保温材料等之后，拆模时间要控制在15d。遇到要提前拆除的情况，就要用橡塑海绵包裹结构表面。

3.4.3 立面拆模保温

当拆模工作结束后，需选择保温材料，开展保温工作。为了让保温效果更好，严密覆盖塑料薄膜并加盖保温毯并压紧接缝处。以达到混凝土中心温度与表面温度差不超过25℃，表面温度与环境温度不超过20℃。另外，可刷特定养护剂来进行保温养护，防止水分散失。

3.5 通水冷却措施

在具体施工时，常常采用在大体积混凝土预埋金属管以水循环降温的方式降低温差，对冷却水管需先对其进行分组，再记录下一些基础数据，如水管的间距、材质。随后需开展流量测量工作，采用多种方式，如超声波流量计、预定流量计，测量完毕后，取结果的平均值。完后才能这些登记之后，开展具体监测工作。要定时监测水管的压力以及通水开始和结束时间等数据，以上数据都需定期向监理部门以及防裂小组报告。当冷却操作完成之后，要开展一定的保护措施。一般情况下，要采用可拆除的堵头封堵。需明确，通水冷却工作的开展，是为了降低浇筑初期的温度，这样可以减少内外温差，因此需将其落实到位。在开仓浇筑混凝土之前，要围绕冷却水管做全面的检查，主要检查其是否存在渗漏或者堵塞问题，若发现此类问题，先解决，在正式浇筑之前，还需复查一次。确认无误之后，让通水冷却以及下料工作同步进行。在浇筑的时候，需注意不要破坏水管；冷却完毕，保管好冷却管。具体操作时，冷却管进水口温度要结合实际情况来控制，一般在15℃以下，流速控制在3.7m3/h。水流方向不是固定的，每隔24h 要更换一次。按照上述要求，持续通水3d，观察并记录混凝土温度，如有需要，适当调整。

3.6 混凝土防裂监控措施

防裂问题至关重要，而引起裂缝的因素有很多，其受到日照、应力荷载、风蚀、腐蚀、温度变化、潮湿环境等影响，就可能引发混凝土裂缝，因此，需做好监控，这样便于第一时间发现问题并解决。具体监控的内容有：日照、风速和气温、混凝土温度、冷却水温度。重点对环境温度、监测点温度进行监测，如表2 所示，需监测30d，并且不同时段内记录频次不同，越往后记录频次越高，如30d 后，环境温度、监测点温差超过5℃，还需继续监测。如发现任何异常问题，需及时上报，分析产生变化原因，及时上报，需要布置一些针对性的混凝土保护措施。