大體積混凝土裂縫控制措施

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1前言

　　混凝土澆筑中的裂縫控制是長期困擾人們的一個難題。尤其對水閘閘底板和閘墩而言，一方面它們混凝土體積大，另一方面這些部位混凝土標(biāo)號相對較高，因此更易開裂。裂縫會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，并產(chǎn)生惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，所以裂縫控制顯得更為重要。筆者結(jié)合對赤山閘、陳家邊站除險加固工程的施工管理實踐，通過修改完善設(shè)計、優(yōu)化原材料、合理設(shè)計配合比、強化施工技術(shù)和管理、外加纖維等措施，較好地解決了閘底板、閘墩等部位大體積混凝土裂縫控制問題。

　　2工程概況

　　赤山閘、陳家邊站除險加固工程均為秦淮河流域重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，其加固工程分別采取原址拆除翻建和移址拆除新建閘站結(jié)合的形式，工程內(nèi)容主要包括老閘站拆除、新建5孔每孔6m、總流量為300m³/s的節(jié)制閘和流量為11m³/s的抽水泵站各1座，以及管理區(qū)更新改造等。其中節(jié)制閘閘底板尺寸為15m×36.3m（垂直水流方向）×1.0m（齒坎處為1.5m），混凝土澆筑量近600m³；閘墩尺寸為15m×1.0m×11.5m，6個閘墩混凝土澆筑量近1100m³?？紤]到整體質(zhì)量和工期要求，閘底板和閘墩C25混凝土均一次連續(xù)澆筑完成，分別歷經(jīng)63.5h和96h.2003年10月30日正式開工，2004年4月30日閘站主體水下工程順利通過階段驗收，初步發(fā)揮擋洪排澇效益。

　　3控制裂縫措施

　　3.1原材料

　　嚴(yán)格控制砂、石材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，澆筑閘底板和閘墩時，單獨采購一批細(xì)度模數(shù)在2.4以上、含泥量在1%以下的黃砂，石子要求級配合理含泥量也在1%以下，并提前一周將散裝水泥進貨入倉，從而降低了混凝土澆筑時散裝水泥的溫度，控制了水化熱的升溫，根據(jù)混凝土澆筑時現(xiàn)場隨機抽樣測量，混凝土入倉溫度一般在10℃左右。

　　3.2混凝土配合比

　　施工前在監(jiān)理的監(jiān)督下，承包商現(xiàn)場取樣水泥、黃砂、石子等材料送到有資質(zhì)的單位做了C25混凝土配合比試驗，出具的試驗報告中C25混凝土配合比為水泥：黃砂：石子=l：2.15：3.33，即每m³混凝土水泥用量達(dá)344kg.后經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、施工等單位專門研究，認(rèn)為該配合比水泥用量偏大，這樣勢必對混凝土水化熱控制不利，決定摻入一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，以降低水化熱。并按此方案。重新做配合比試驗。結(jié)果為水泥，黃砂，石子=l：20.45：3.40，即每m³混凝土水泥用量減少至320kg，粉煤灰摻量為水泥用量的15%。另外混凝土的水灰比盡管在試驗報告中已明確，但由于黃砂、石子等材料的含水量每批次不盡相同，同時受天氣環(huán)境的影響較大，因此在混凝土澆筑過程中根據(jù)實際情況靈活掌握，即在滿足泵送工藝要求條件下，盡可能降低水灰比，一般控制在0.46～0.47左右，坍落度嚴(yán)格控制在15cm以下。

　　3.3修改設(shè)計

　　在應(yīng)力集中和應(yīng)力變化處，采取一些設(shè)計上的變更措施，如在閘墩澆筑時，對閘墩底部三分之一處，在原設(shè)計基礎(chǔ)上增加了水平向的構(gòu)造配筋，另外在閘墩與閘底板連接處增設(shè)1500mm×300mm×500mm沿閘墩通長的小暗梁，以達(dá)到減輕邊緣效應(yīng)，提高抗拉伸強度，控制裂縫開展的目的。

　　3.4改善基面約束條件

　　根據(jù)地質(zhì)鉆探報告，赤山閘閘底板座落在第5層粉質(zhì)粘土上，該層土地基允許承載力為250kPa，力學(xué)性質(zhì)良好，為閘良好的基礎(chǔ)持力層。但該閘為原址翻建，在拆老閘過程中，由于種種因素，造成新閘閘基礎(chǔ)部分土方平均超挖0.5m深，最深處達(dá)0.8m，對超挖部分結(jié)合墊層用C20混凝土回填。澆筑閘底板時為削減應(yīng)力，在已完成的厚大混凝土墊層上刷了一層熱瀝青，從而消除了閘底板的嵌固作用，釋放了約束應(yīng)力。

　　3.5施工技術(shù)

　　閘底板和閘墩由于混凝土體積均較大，澆筑時若不注意，就會產(chǎn)生施工冷縫。在澆筑閘底板混凝土?xí)r，要求沿短邊分層澆筑，每層30cm厚，第二層澆筑時必須完全履蓋第一層，倉面上保證2～3個插入式振搗棒振搗，振搗延緩時間以混凝土表面呈水平并出現(xiàn)水泥漿和不再出現(xiàn)氣泡、不再顯著沉落為好，第三層澆筑時與前面要求一樣，如此反復(fù)直至澆到閘底板設(shè)計頂面高程正，然后再進行第二輪循環(huán)澆筑，直至底板全部完成。對閘墩而言，由于凈高達(dá)11.5m，根據(jù)規(guī)范要求，混凝土澆筑自由下落高度不宜大于2m，因此澆筑時加掛串筒，操作工人深入至閘墩內(nèi)部倉面振搗，確保澆筑振搗質(zhì)量。同樣要求30cm一層，6個閘墩均衡上升，即第1個閘墩澆筑30cm層厚后，接著澆筑第2個，然后第3個，直至第6個，結(jié)束后再回到第1個澆筑。經(jīng)計算這樣一個循環(huán)累計澆筑混凝土27m³，約需2.3h，低于規(guī)范規(guī)定的允許間歇時間3h。經(jīng)過這樣操作，閘底板和閘墩混凝土澆筑過程中均未產(chǎn)生任何施工縫。

　　3.6外加聚丙烯纖維

　　在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維，由于其在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級加強效果，它的亂向分布形式削弱了混凝土的塑性收縮，收縮的能量被分散到無數(shù)的纖維絲上，從而有效地增強了混凝土的韌性，減少混凝土初凝時收縮引起的裂紋和裂縫。經(jīng)過比較赤山閘工程中選用了丹陽合成纖維廠生產(chǎn)的“丹強絲”牌抗裂抗?jié)B纖維，摻入量為水泥用量的0.3%，加入該纖維后，混凝土攪拌時間由原來的60s延長至79～80s，經(jīng)綜合測算，加入該纖維后每m3混凝土造價增加31元。

　　3.7保溫養(yǎng)護

　　由于閘底板、閘墩澆筑均在冬季，所以必須采取保溫養(yǎng)護措施，以減小內(nèi)外溫差，特別重要的一環(huán)是緩慢降溫，充分發(fā)揮徐變特性，為混凝土創(chuàng)造完全應(yīng)力松弛的條件，同時使混凝土保持良好的潮濕狀態(tài)，這對增加早期強度和減少收縮是十分有利的。經(jīng)反復(fù)研究決定，對閘底板和閘墩采取不同的保溫養(yǎng)護方法。對閘底板采取塑料薄膜+土工織物+草簾覆蓋的保溫措施，混凝土凝固后，用35℃左右溫水濕潤養(yǎng)護。為了定量地觀測混凝土在凝固過程中的溫度變化情況，在閘底板的中心設(shè)置了溫度觀測點，即用Φ2cm長70cmPVC管垂直埋入閘底板混凝土中（管底部用布包?。?，用普通水銀溫度計伸入該管內(nèi)就能及時測量出閘底板混凝土內(nèi)部溫度，同時測量出混凝土表面即塑料薄膜處的溫度以及環(huán)境溫度，嚴(yán)格控制層與層之間溫差不大于25℃，即混凝土中心與混凝土表面塑料薄膜處溫差不大于25℃；混凝土表面塑料薄膜處與環(huán)境溫差不大于25℃。

　　閘墩澆筑由于全部采用鋼模板，導(dǎo)熱快，溫差梯度小，再加上對銷螺栓和滿堂腳手架，因此閘墩的保溫措施無法采用閘底板的那一套方法，針對實際情況決定對閘墩采取用土工織物將四周和上部全部嚴(yán)嚴(yán)實實地包裹起來，在閘墩上緊貼鋼模板掛草簾，并在每個閘孔中架設(shè)4盞1000W的碘鎢燈加溫，根據(jù)閘底板混凝土溫控的經(jīng)驗，確保每個閘孔中相對封閉區(qū)域內(nèi)的溫度控制在12～15℃之間。

　　4效果分析

　　4.1強度

　　在閘底板和閘墩混凝土澆筑過程中，按規(guī)范要求在出料日隨機取樣，制成15cm×15cm×15cm的混凝土試塊，在溫室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后作抗壓試驗，經(jīng)統(tǒng)計分析后的結(jié)果為：閘底板C25混凝土樣本容量12組，樣本最小值36.2MPa，均值38.58MPa，均方差Sn=l.43MPa，離差系數(shù)Cv=0.04，強度等級不低于設(shè)計強度等級的百分比為百分之百；閘墩C25混凝土樣本容量14組，樣木最小值25.8MPa，均值29.39MPa，均方差Sn=2.50MPa，離差系數(shù)Cv=0.085，強度等級不低于設(shè)計強度等級的百分比為百分之百。

　　4.2裂縫

　　閘底板、閘墩澆筑結(jié)束后各自養(yǎng)護28d，經(jīng)現(xiàn)場清理，分別組織有關(guān)人員進行了全面細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)閘底板除第5號孔面層混凝土有一些細(xì)小龜紋裂縫外，其余部位均未發(fā)現(xiàn)裂縫，這些裂縫長度均在lm以內(nèi)，用塞尺檢驗縫寬均小于0.2mm，按規(guī)范規(guī)定水下混凝土裂縫寬度小于0.3mm均不需處理，所以當(dāng)時采取繼續(xù)觀察的措施，但到2004年4月30日水下工程驗收時再檢查，卻發(fā)現(xiàn)這些裂縫沒有了，自然閉合了；對閘墩前后進行過3次全面仔細(xì)的檢查，均未發(fā)現(xiàn)任何裂縫。