义泽河闸底板大体积混凝土防裂措施探讨.pdf

一水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 2 期 义泽河 闸底板大体 积混凝土 防裂措施探讨 刘宝 勤 ( 连云港市临洪水利工程管理处2 2 2 0 0 0 ) 【 摘要】 水工建筑物由于其特殊的结构、 环境和地质条件， 混凝土结构中存在不同程度、 不同形式的裂缝是不可 避免， 但采取切实有效的措施， 可以有效控制裂缝的产生。本文结合连云港市义泽河闸拆建工程建设的具体实践， 从施工图设计优化， 混凝土配合比的优化调整， 混凝土的浇筑、 振捣 、 养护等方面进行了分析与探讨， 提出了一些切 实可行的防裂措施， 并在工程实践得到了有效的验证。 【 关键词】 大体积混凝土 混凝土配合比 预应力钢筋 防裂 1 概述 近年来， 由于国家一系列惠农政策的实施， 水利工 程 建设逐 渐受 到全社 会 的关 注 ， 各种 大型水 工建筑 物 工 程 日益增多 ， 且 规模 越来 越大 。钢筋混凝 土 结构 作 为水 工建筑物 的主要 承重 结构 ， 其 作用 非 常重要 。 由 于混凝土属于脆性材料， 加上水工建筑物本身特有的 结构、 环境和地质条件 ， 混凝土结构 中存在不 同程度、 不 同形式 的裂缝 ， 往往 是不 可避免 的 。超过 规定 数值 的裂缝 对结构 的耐久性影 响非 常大 ， 特 别是沿海地 区 ， 氯离子通过裂缝侵蚀钢筋 ， 从而导致结构承载力下降， 直接影响结构的安全 ， 缩短建筑物的使用寿命。因此， 研究大体积混凝土结构的裂缝控制显得尤为重要 ， 这 也 是广大水利工程建设者迫切希望能够解决 的难题 。 2工程概 况 盐东控制工程是 灌河 流域 的末 级控 制工 程 ， 位 于 连云港市灌南县 境 内 ， 下辖 武障河 闸 、 北 六塘 河 闸 、 龙 沟河 闸 、 义泽河闸等挡潮和拦蓄 回归水 工程 ， 是一项兼 有 挡 潮 、 排 涝 、 灌 溉 、 防洪 、 航 运 等 功 能 的 水 利 枢 纽 工 程 。 盐东控制工程大多建造于 2 0世纪 7 0年代， 受工 程建造时经费、 材料等诸多因素限制 ， 各闸的设计标准 偏低 ， 加 之经过多 年运行 ， 建筑 物老 化严重 、 混凝 土 开 裂 、 钢筋 锈蚀 、 电力线路老化 、 机械设备 报废 、 管理设施 年久失修 ， 工程隐患较 大 。2 0 0 7年 江苏省 水利厅 组织 8 专家进行安全鉴定后， 将盐东控制工程纳入海堤达标 项 目， 决定对武 障河 闸 、 北六塘 河闸和龙沟河 闸进行 除 险加 固； 对义泽河 闸进行拆 除重建 。 义泽河 闸位 于灌南县境 内义泽河和盐河交 叉东侧 5 0 0 m处 。工程 建设 任务 包括 ： 老 闸拆 除 ， 新 建 3孔设 计 流 量 为 2 9 1 m s的 通 航 闸 ， 其 中 边 孔 每 孔 净 宽 1 0 0 m， 中孔净宽 1 6 0 m， 闸室上游设 9 m 宽公路 桥 ； 升 卧式平板 钢 闸门 1 6 m X 7 8 m一 块 、 1 0 m X 7 8 m 两块 ， 相应 配 套 1台 Q H Q 一2 X 3 5 0 k N 和 2台 Q H Q _2 X 2 2 5 k N固定卷扬式 启 闭机 及 配套 电气 设 备 ； 2 5 m 长钢 筋混凝土 消 力池 ， 3 0 m长 海 漫 ， 上 下 游 设 灌 砌块 石 护 底 、 护坡 。其 中 ， 闸 室底板顺 水 流方 向 1 7 m， 垂直 水流 方 向 4 1 4 m， 厚 2 2 m， C 2 5钢筋混凝土结构 。批复设计 总概算 2 6 7 4 万 元。 3大体积混凝土开裂主要原因 对于大体积混 凝 土的定 义 ， 各 国不 尽相 同。我 国 J G J 5 5 -2 0 0 0 ( 普通混凝土配合 比设计规程 对大体积 混凝 土的定 义是 ： 混凝 土结 构物实 际最小 尺寸 大于或 等于 1 m时， 或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温 差过大而导致裂缝的混凝土 。由此定义我们 可以看出 ， 大体积混凝土水 化热引起温度 收缩应 力是引起 大体积 混凝土开裂的重要原因。此外， 大体积混凝土的收缩变 形 ， 加上外部结构的约束也是引起开裂的主要因素。 4义泽河闸底板防裂综合措施 义泽河闸拆建工程由于前期征迁 的影响 ， 开工工 水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 2 期 试验结果显示 ： 掺人粉煤灰能够较大程度地降低 水泥水化热 ， 但降低程度与其掺量不成正比； 而矿粉掺 入对 水化 热降低 的影 响能力较 粉煤灰低 ， 而且 小掺量 的矿粉不利于水化热的降低， 但同时矿粉能够降低水 化热的放热速率 ， 对于早期混凝土水化温度的控制有 利。以 1 5 粉煤灰、 2 0 矿粉等量替代水泥后， l7 天 的胶凝材料水化 热分别 降低 2 1 6 8 1 ； 同时通 过 A n s y s 建立混凝土有限元模型 ， 计算各龄期 的温度 应力。结果显示： 掺入粉煤灰和矿粉等外加剂后 ， 温度 应力可以下 降 1 0 左右。经 比选最终采用 的混凝土 配合比为： 水： 胶凝材料( 水泥 +粉煤灰 +矿粉) ： 碎石： 砂： 泵 送 剂 ：0 5：( 0 6 6+0 1 5+0 1 9)： 3 4 5： 2 3： 0 0 1 6 ； 水 胶 比 0 5 ， 砂率 4 0 ， 坍 落度 1 4 2 0 m m， 初凝 时 间 4 h 。 底板混凝 土养 护 期满后 ， 经江 苏省 水利 工程 质量 检测 中心 站 回弹抽检及 混凝土 试块送 检 ， 相关 数据表 明底板混凝 土的强度平 均在 3 5 M P a 左 右 ， 而且 强度离 散系数非常 小 ， 强度 满 足要求 。相 关 的抗渗试 块 及抗 冻试块经检 测 ， 均满足设计要求 。 4 3 注重商 品混 凝 土供应 、 浇筑 过程 管理 ， 积极 采取 降温 措施 由于该工程 的底板 混凝 土量达 1 6 1 8 m。 ， 相对浇 筑 方 量较 大 ， 考 虑到施工 单位 的 自拌混凝 土生 产能力 有 限 ， 难 以保证混凝 土 的生产连 续性 ， 加之 工期 较 紧 ， 汛 前必须完成水 下工程 ， 具备 基本 运行条 件 。经 商定 采 用 预拌商品混凝土 。为此 ， 建设方组织监 理方 、 施工 方 专程对 灌南县 城 附近的商 品混凝 土供应 商进行 考察 ， 并请 监理单位见证取样送水利工 程质量 检测机构 进行 原材料检验。经与混凝土供应商谈判， 要求其严格按 照省水科院提供的混凝土配合比进行拌制供货 ， 保证 混凝土供应的连续性和拌和质量， 满足坍落度要求。 底板钢筋绑扎及模板支设完成 以后 ， 及时组织验 收 ， 做好开仓 浇筑 的各项 准备 工作 。及 时与 混凝 土供 应商联 系 ， 确 定浇筑 时 间。专 门安 排监 理人 员进 驻混 凝土供应单位 ， 掌握搅拌站原材料使用情况 ， 严禁使用 不合格原材料 ， 跟踪原材料计量、 配合比及搅拌时间控 制情况 。 现场安排施工方技术人员专门监测混凝土坍落度 1 0 情况 ， 及时检测每一车混凝土的坍落度情况 ， 在满足混 凝土拌制和泵送的情况下， 尽量选用小坍落度， 一般保 持在 1 3 0 ra m左右 。在第 二 车混凝 土搅 拌 车上 随机选 取一些混凝 土 ， 放 在露天现场 ， 现场测定混凝 土的初凝 时间 ， 以便 控制浇筑速度 ， 保证第一批混凝 土初凝前 浇 筑第二批混凝 土。 总体浇筑方案为， 先浇筑两个边块 ， 间隔 2 4 h后浇 筑 中间块 。底板 混 凝 土 浇筑 采用 水 平 全 面层 浇 筑方 案， 确保混凝土浇筑薄层 、 短间隙、 均匀上升。施工过 程 中共分七层 浇筑 ， 每层 浇筑厚 度约 为 3 1 e m。为保证 上 、 下层 昆 凝 土拌 和物不产生冷缝 ， 在下层混 凝土未初 凝前 即开始 上层 混凝土的覆盖 。底部使用 插入式振 捣 器振 捣 ， 面层用平板振动器复振 ， 止水 附近防止振 捣破 坏 止水铜 片 ， 采用人工补浆振捣密实 ， 混 凝土表面 三搓 两抹成 活。人 员东 西方 向分 布 ， 退着 由一端 向另一 端 振捣 。 浇筑时间适值 5月底 ， 总体 气温 比较 适宜 ， 选 择下 午 4点开仓 浇筑两 个边块 ， 至第 二天 下午 结束 两个 边 块 ， 第三天下午 4点 浇筑 中间块 ， 尽 量采 用夜 间作 业 ， 避免 中午温度较高作 业时 间。在 中间块浇筑 完成 1 2 h 后 ， 及时往两个后浇带循环灌水 ， 利用底 板地基及 后浇 带循环水降温。 4 4 重视 后期养护 ， 适时进行 内部温度 监测 为保证混凝土 在规定 龄 期 内达 到设 计 强度 ， 做好 混凝土养护 工作很 重要 。表 面采 用覆 盖塑 料薄 膜 、 土 工布、 草帘并洒水进行养护 、 保温 ， 安排专人洒水养护 ， 使混凝土在 1 4天内保持湿润。 因地 制 宜 埋 设 测 温 管 ， 因 该 工 程 底 板 厚 度 达 2 2 m， 钢 筋支 撑远 远不 能满 足 刚度要 求 ， 采用 搭 设钢 管 支撑铺设 面层 钢筋 ， 浇 筑完成 后利用 竖 向支撑钢 管 灌水 ， 分 上 、 中 、 下 三层 挂 设温 度 计 ， 安排 专人 适 时 监 测 、 记录混凝土内部温度 ， 控制混凝土的内外部温度差 不超 过 2 5 q C 。 5 效果监测 在浇筑后 ， 对底板混凝土进行温度测试 ， 分别对南 边块 、 北边块和中块分表面、 中部和底部进行 了温度测 定 ， 选择几个典型测点测定其温度变化曲线 ， 见图 1 图 3 8 O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O 1 O O 7 0 5 O l5 o 3 O 2 O 1 0 O 时1日 J ( 月- H) 图 1 南边块典型测点的温度过程线 8 0 6 O 越 5 0 4 0 时间( 月 日) 图 2 北边块典型 测点的温度实测过程线 时1 ( 月 日) 图 3 中块典型测点温 度实测过 程线 一 p一 理 水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 2 期 从曲线结果可以看出表层温度由于与大气直接接 触 ， 温度较低 ； 中层 温度由于水化放热 ， 导致 温度较大 ； 而底部接触地基 ， 温度传导较快， 温度介于表层和中层 之间 。同时从 曲线 的数据来看 ， 在混凝 土浇筑 两天后 ， 温度 基本达 到最大值 ， 说 明在前两 天水化 反应较 为激 烈 ， 温升较快 ， 随后 温度 开始 下 降。对 比南边 块 、 北 边 块和中块， 南北边块测试的数据显示 内部温度值最大 接近 7 0 ， 而 中块 最 大温 度在 6 5 q C 左 右 ， 说 明 中块 在 各种养护措施条件下的降温效果强于南北边块。 蔓 是 ! 蔓 E蔓 蔓E 蔓 ( 上接第 l 4页) 件 内温度 不均匀 引起混 凝土 内部产 生 温度应力， 致使混凝土内部裂缝增加 ： 热混凝土在冷却 时还会形成温度梯度 ， 也会导致强度 和耐久性能 降低 。 为缩短养护时间及提前拆模 ， 采用蒸 汽养护 的结 构 ， 可 将 混凝土强度等级适 当提 高。 大量试验表 明 ：管片 出窑强度 可达 到 2 8天标 养 强 度的 5 0 以上 ， 2天 达 7 0 以上 ， 7天 可达 8 0 以 上 。管片安装前 ， 要 测试 其安 装强 度 ， 根 据设 计要 求 ， 该 工程 为f 昆 凝 土薄壁 结构 ， 其 标准管 片强度 为 同条件 养 护试 件 2 8天标 养强 度的 9 0 以上 。可利用 高温 下 混 凝 土强度增 长 曲线 确定蒸 汽加热 的延续 时间 ， 蒸 汽 加 热过程 中， 混凝 土强 度在 开始 的 2 43 6 h内增长 最 快 ， 必须保证存蒸汽养护窑和室内的存放时间。 6 结语 义泽河 闸底板浇 筑完成 至水 下工 程验 收前 ， 底板 表 面及侧 面没有 出现表 面开裂 现象 ， 说 明掺入 粉煤灰 和矿粉 、 增设 预应力钢筋 以及加 强混凝土早期养 护 、 控 制温湿度对于大体积混凝土防裂具有良好的效果。该 科研项 目于 2 0 1 0年 9月通 过江 苏省 水利 厅组 织 的科 学技术成果鉴定 ， 具有很好 的推 广应用 前景 ， 项 目研究 成果达到 国内领先水平 。 曼 蔓 ! 基 曼 曳 曼 蔓 ! E 蔓 芒 蔓 蔓 曼 ! 气 蔓 芒 芒 蔓 曼 蔓 气 是 蒸汽养护在施工工艺上 比较复杂， 在混凝土强度 增长 上它可 根据要求 达到拆 模或 受荷 强度 ， 这是 一种 快速湿热养护 方法 。尽 管如 此 ， 要通 过 蒸汽加 热 得 到 质地优 良的混凝土仍 然是一 个很 复杂 的问题 ， 其 中最 关键的是要选择一套合理的蒸养制度， 进行严格控制 ， 否则很容易 出现质量 问题 。 每个工地所用 的原 材料 成分都 不 尽相 同 ， 因此 每 个工 地均应 建立一 个适合 本工地 的强 度增长 曲线 ， 或 用标 准养护试 件各龄 期强 度数 据 ， 经 回归分析 拟合成 成熟度强度 曲线方程 。根据 曲线方程来确定 工程各 阶段 的强度 ， 以指导工程各 阶段 的施工 ， 保证 工程顺利 进行 。 东线穿黄隧洞主体工程顺利完工 1 0月2 9日凌晨 2时4 0分 ， 东线穿黄 隧洞工程衬砌施工最后一仓混凝土浇筑完成 ， 标 志着穿黄隧洞 主体 工程 顺 利 完工 。 穿黄隧洞工程是 穿黄工程 的重 中之重 ， 1 9 8 6年开始勘探 试验洞建设 ， 2 0 0 7年 l 2月底正式开 工建 设， 2 0 1 0年 3月2 5日穿黄隧洞全线贯通并转入衬砌施 工。穿黄隧洞工程在黄 河主 河槽 隐伏 山梁 下穿 过， 最大埋深达7 0 m， 开挖洞径8 9 9 5 m， 洞长5 8 5 3 8 m， 隧洞为有压圆形隧洞， 采用钢筋混凝土衬砌， 内径 7 5 0 m， 设计流量 1 0 0 m s 。 穿黄隧洞围岩主要为厚层、 中 厚层灰岩， 隧洞开挖揭露断层 1 4条， 工程存在地表黄河水、 地下第四 系孔 隙水和灰岩岩溶裂隙水， 地质条件复杂。由于断层和裂隙垂向切割较深并伴有溶蚀现象， 使得 穿黄 隧洞黄河水、 孔隙水和岩溶裂隙水“ 三水连通” ， 安全 隐患 多、 施工技 术难度 大。在施工 中， 参建单位和 广大建设者克服 了涌水、 渗水和岩石坍塌等种种 困难， 在确保 工程质量和安全前提 下， 顺利 完成主体工 程建设任务。为南水北调 东线一期的按期通水创造 了有利条件 。 1 2