韓振濤
中交三航局第二工程有限公司
船閘工程混凝土裂縫控制技術(shù)
韓振濤
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船閘主體工程的閘室、上下閘首、導(dǎo)航墻、靠船墩等均為大體積混凝土結(jié)構(gòu)。因此,一方面,在船閘工程建設(shè)中,大體積混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在;而另一方面由于其施工組織復(fù)雜、施工工期較長(zhǎng)、施工技術(shù)水平要求高等因素,如果控制不到位,就容易出現(xiàn)混凝土裂縫、蜂窩、麻面、錯(cuò)臺(tái)及平整度差等質(zhì)量問(wèn)題?;诖?,筆者結(jié)合實(shí)踐體會(huì),就船閘工程大體積混凝土裂縫成因及控制方法,作出以下探討與分析。
船閘工程;混凝土裂縫;控制方式
美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)對(duì)于大體積混凝土的定義是:任何就地澆筑的混凝土,其尺寸之大必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題,以最大限度減少開(kāi)裂。在內(nèi)河船閘工程中大體積混凝土往往應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)中,這些結(jié)構(gòu)具有方量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工期長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于混凝土收縮、溫度、原材料、配合比等原因,船閘結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生裂縫,這些主要部位的裂縫會(huì)影響到船閘工程的耐久性,并形成安全隱患。本文主要對(duì)船閘混凝土裂縫產(chǎn)生原因、控制對(duì)策進(jìn)行探討。
大治河西樞紐新建二線船閘工程是大蘆線二期工程關(guān)鍵性控制節(jié)點(diǎn),位于閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)大治河南側(cè),西起黃浦江,東接大蘆線航道,工程總投資為17.87億元,12月15日開(kāi)工新建1座通行1000噸級(jí)船舶的二線船閘,閘首凈寬23m,閘室凈寬23m,長(zhǎng)280m(有效長(zhǎng)度260m),門(mén)檻水深3.75m。同步建設(shè)金魯公路橋,并配套管理用房、生產(chǎn)輔助用房和船舶運(yùn)行調(diào)度信息系統(tǒng)等。該船閘是上海第一座二線船閘,計(jì)劃于2017年年底前建成,對(duì)完善上海港“連接蘇浙、對(duì)接海港”的內(nèi)河集疏運(yùn)體系和本市環(huán)衛(wèi)集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)具有重要作用。
導(dǎo)致大體積混凝土開(kāi)裂的主要因素有水化熱、溫差、混凝土收縮、約束等。裂縫是水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的現(xiàn)象,不同的部位出現(xiàn)裂縫的原因各不相同,如材料、設(shè)計(jì)、施工等方面原因。船閘大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因如下:
1)結(jié)構(gòu)配筋不足。船閘工程的閘首、閘室一般為鋼筋混凝土底板和邊墩組成的整體塢式結(jié)構(gòu),混凝土配筋率較低,構(gòu)件尺寸較大。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸大于1m的大體量混凝土,國(guó)內(nèi)某船閘工程輸水廊道邊墩厚度達(dá)4m、閘首底板和閘室底板厚度達(dá)3m、閘墻厚度達(dá)3m,大部分構(gòu)件屬于大體積混凝土。雖然鋼筋滿足受力要求,但設(shè)計(jì)階段有時(shí)欠缺考慮構(gòu)造配筋的裂縫控制作用,導(dǎo)致某些區(qū)域出現(xiàn)混凝土裂縫。
2)混凝土配合比不當(dāng)。在一些船閘中,采用泵送混凝土、混凝土坍落度過(guò)大、水泥用量較大導(dǎo)致混凝土水化熱太高、混凝土收縮率較大、骨料級(jí)配設(shè)置不合理等因素導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫。
3)澆筑工藝不當(dāng)。一些需要分層澆筑的大體積混凝土結(jié)構(gòu),若澆筑速度太快,下層混凝土在硬化初期可能發(fā)生沉降,產(chǎn)生橫向裂縫,也可能因?yàn)榈讓踊炷翝仓瓿珊?,?jīng)過(guò)很久才澆筑上一層混凝土?xí)r,底部混凝土約束容易導(dǎo)致上層混凝土產(chǎn)生豎向的約束型裂縫。
4)混凝土溫度收縮。大體積混凝土澆筑完成后,水泥的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高,夏季中心最高溫度可達(dá)70℃以上,中心溫度降低速度較慢,表面降溫速度較快,混凝土中心與表面產(chǎn)生較大的溫度梯度,導(dǎo)致混凝土表面收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),易出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的溫差收縮裂縫。
3.1 控制原材料
低水化熱、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥是大體積混凝土施工時(shí)優(yōu)先考慮的原材料。細(xì)骨料應(yīng)選擇平均粒徑較大、級(jí)配良好的中粗砂,盡量控制其細(xì)度模數(shù),降低其孔隙率。粗骨料應(yīng)該選擇較大粒徑的、品質(zhì)優(yōu)良、級(jí)配良好的石子。這樣可有效減少水、水泥的用量,減小混凝土泌水現(xiàn)象。同時(shí)可摻入減水劑和緩凝劑,外加劑要與水泥性能相適應(yīng)。適當(dāng)?shù)耐饧觿┎粌H可減少水泥的用量,也可降低混凝土的孔隙孔徑,從而降低水泥的水化作用。
3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在船閘設(shè)計(jì)時(shí),必須合理配置鋼筋。在考慮承載力要求的同時(shí),還應(yīng)該考慮裂縫控制的需要。所以可適當(dāng)增加配筋量,在結(jié)構(gòu)突變處應(yīng)做局部處理,并增設(shè)鋼筋網(wǎng)片,對(duì)于存在較大的孔洞部分,應(yīng)該盡量在其周?chē)O(shè)置上護(hù)邊角鋼,以提高其抗裂性。在容易開(kāi)裂部位混凝土中可摻加纖維,可起到較好的防裂效果。對(duì)大體積混凝土應(yīng)分段澆筑并設(shè)置后澆帶。在閘首、閘室底板施工時(shí)合理的設(shè)置后澆帶,可有助于混凝土水化熱的散發(fā),同時(shí)還能預(yù)先讓邊墩及閘墻沉降,減少地基應(yīng)力不同所造成的裂縫。
3.3 降溫控制措施
大體積混凝土施工時(shí),為了降低混凝土的溫度,除了需要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化,還可在內(nèi)部設(shè)置冷卻管。冷卻管可均勻布設(shè)在底板及墻身等大體積混凝土內(nèi)部。在混凝土澆筑完成后,便可進(jìn)行通水,使管內(nèi)水形成循環(huán)水,從而將混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱及時(shí)散出。同時(shí)為了及時(shí)了解各部位混凝土溫度的變化情況,可在內(nèi)部埋設(shè)測(cè)溫點(diǎn)。如海安雙線船閘在閘首底部布置冷卻水管并及時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)定,有效的控制了底板裂縫的產(chǎn)生。
3.4 嚴(yán)格控制施工工藝
原材料的保護(hù)和降溫:對(duì)原材料采用降溫措施對(duì)控制混凝土的溫度十分有效,因此要避免在高溫天氣陽(yáng)光的直射,應(yīng)對(duì)砂石材料進(jìn)行覆蓋處理。而水泥材料一般應(yīng)提前進(jìn)場(chǎng)使其自然冷卻,降低混凝土澆筑時(shí)的溫度。
混凝土的拌和:在進(jìn)行混凝土的拌和中,要準(zhǔn)確計(jì)量原材料,并對(duì)拌和物進(jìn)行一定的降溫處理?;炷猎谶\(yùn)送及施工前都應(yīng)有相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行控制。
混凝土的澆筑:目前在大體積混凝土的施工方法中,比較成熟的澆筑方法有分段澆筑和分層澆筑。對(duì)于船閘工程整體工程而言,本工程內(nèi)外閘首采用的是對(duì)稱(chēng)分層連續(xù)澆筑的方式,閘室采用的是分段澆筑的方式。
拆模:應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際情況,結(jié)合試驗(yàn)制定合理的拆模時(shí)間;對(duì)溫控要求嚴(yán)格的部位,模板拆除后即貼保溫材料,防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大,造成溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。
綜上所述,在船閘工程中,大體積混凝土的應(yīng)用非常普遍。對(duì)混凝土進(jìn)行裂縫控制是船閘工程的重點(diǎn)問(wèn)題,它是提高混凝土使用性能,提升船閘工程整體穩(wěn)定性的主要途徑。大體積混凝土施工過(guò)程中,應(yīng)該從建設(shè)管理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工養(yǎng)護(hù)控制、降低混凝土溫度等多方面著手,全面預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。
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