闸室墩墙混凝土防裂措施与验算

王西青

（阜阳市水利规划设计院 阜阳 236000）

闸室墩墙混凝土防裂措施与验算

王西青

（阜阳市水利规划设计院 阜阳 236000）

为探讨应对混凝土防裂措施，本文结合工程实例，从温度应力、体积变形及干缩变形应力、老混凝土的约束应力方面，详细分析了裂缝产生的原因，并提出具体可行的控制措施和抗裂验算的方法，在现场施工中对控制混凝土裂缝的产生具有较强的指导作用。

混凝土裂缝 温度 应力 变形

1 前言

裂缝的控制是一个系统问题，既要通过充分的前期准备工作（包括混凝土的室内试验、对以往类似工程的分析、结构设计的调整、原观设备的埋设等），浇筑时的层层把关（包括根据现场骨料的含水量情况对混凝土的实际配合比进行调整、通过种种手段控制混凝土的入仓温度及混凝土的坍落度等），还要在闸室温控变化情况的指导下进行及时、充分、合理的养护，才能取得良好的裂缝防治效果。

本文以蚌埠闸扩建船闸工程为施工对象，对施工采取的措施进行验算。

2 裂缝产生的主要成因

裂缝产生的主要成因包括水泥水化热引起的温度应力并导致变形，内外约束条件的影响，外界气温变化的影响，混凝土的收缩变形。

2.1 混凝土自身体积变形和干缩变形作用产生的应力的作用

施工前针对闸墩由于自身变形产生的影响进行了试验研究（闸墩混凝土强度等级C25），研究时以混凝土自身体积变形和干缩变形分为100×10-6，150×10-6，300×10-6，600×10-6四种情况进行分析表明：混凝土自身体积变形和干缩变形越大，产生的拉应力也越大，因此，降低水灰比，是控制墩墙裂缝的有效措施。

2.2 闸室底板老混凝土的约束

墩墙温度和自身体积变形及干缩变形受到已浇底板的约束而导致墩墙开裂，因而为考察底板与墩墙浇筑间隔时间变化对应力场的影响进行试验研究，研究成果如表1。结果表明缩短底板与墩墙混凝土浇筑的时间间隔，使底板和墩墙混凝土刚度相差不会太大，变形趋于同步，这也是极为有效的防裂措施。

3 采取的主要技术措施

3.1 降低水泥水化热温升值

混凝土配合比根据具体材料的规格、品质通过试验加以确定，施工中准确计量各种组成材料，并合理振捣，以保证混凝土的密实性。

采用32.5级普通硅酸盐水泥，为了减少温度应力，优先选用水化热低的矿渣水泥。砂子采用级配良好的中粗砂，细度模数2.5～2.8，含泥量小于2%；石子选用连续级配的二级料，片状颗粒含量不大于10%，含泥量小于1%。存放场地设置混凝土地坪，保证材料清洁。用双掺外加剂（木钙、UEA）以减少水泥用量，或者掺用I级粉煤灰代替一部分水泥用量。掺加抗裂防渗剂HLC-1，使混凝土早期适度膨胀，可部分抵消混凝土收缩及温差引起的拉应力，不但能大幅度减小，还可以延缓混凝土的初凝和终凝时间，避免施工中出现冷缝。将混凝土输送泵布置在浇筑点附近，控制混凝土坍落度在8～10cm，水灰比不超过0.6，减少混凝土收缩。按设计在混凝土中掺入聚丙烯纤维，以增强混凝土早期抗裂能力。在墙体等关键部位如闸室侧墙及闸室大底板埋设冷凝水管，通过冷凝水降低混凝土内部温度，减少内外温差。

由于底板厚度较厚，为保证不因水化热温差引起裂缝，在底板中布置冷却水管通水冷却，以缩小内外温差小于25℃。冷却水管采用直径48mm钢管，在底板中部布置2层。底层管距底板底面约1.2m,两层管间距约1.1～1.2m，每层平面布置成蛇形，间距1m,上下层布置进出水口各1个，进出水口引至底板上游侧。

表1 底板与墩墙浇筑时间间隔变化时各时刻墩墙中截面最大拉应力（MPa）

冷却水温度按下式控制：

测温管布置：为控制混凝土内外温差，检测各种冷却保温措施效果，布置测温管，在距底面0.5m、1.5m处各布置3个测温管。监测频率：混凝土浇筑6h后，1～3d内每2h测温一次，4～7d内每4h测温一次，8～15d内每8h测温一次，15～28d内每24h测温一次。根据测量成果及时调整温控措施。

3.2 降低混凝土入仓温度

砂石料遮阳、覆盖，洒水降温，拌和站和混凝土运输车及浇筑现场均搭盖遮阳设施。施工拌和用水采用水温较低的深层河水或深井水（小于12℃）拌制混凝土，使混凝土入仓温度控制在12℃左右。定时检测混凝土出机口温度、入仓温度及浇筑完毕时温度。

3.3 改善约束条件，减少温度应力

混凝土采用二级配，降低水泥水化热引起的温度应力，控制混凝土的收缩变形。混凝土浇筑在施工缝上，先铺一层低强度水泥砂浆，以降低底板混凝土对墩墙混凝土之间的约束力。混凝土采用分层浇筑，振捣密实，以使混凝土的水化热能尽快散失。

3.4 采用“二次”法施工工艺，提高混凝土极限拉伸强度，消除混凝土收缩裂缝

二次投料法：使水泥充分扩散，与砂石充分拌和，混凝土的流动性较好，离析和泌水现象减少，提高混凝土早期强度，在强度相同的情况下，可节约水泥15%左右。

二次振捣法：增强混凝土密实性，可以消除沉降及收缩裂缝。

二次压光法：排除混凝土表面过多的泌水、浮浆，可以消除墩顶混凝土表面产生早期收缩裂缝。

3.5 优化资源配置、加强养护

合理安排混凝土施工程序和施工进度，尽量缩短底板与闸墩浇筑的时间间隔。

加强混凝土的早期养护，刚浇筑完的混凝土要及早喷养护液、覆盖，防止表面过早脱水而产生收缩裂缝。同时延长拆模时间，控制混凝土内外温度。及时关注天气变化，采取养护覆盖措施，防止冷空气产生剧烈降温引起的温差裂缝。

4 闸室墩墙混凝土的防裂验算

4.1 验算条件

按施工方案，一个底板上的两个侧墙一次性浇筑到顶，计算时采用长墙及地基板的温度收缩应力法。

计算侧墙温度应力时把地基与底板当作“混合地基”对墙体的约束，取地基水平阻力系数Cx＝1.25N/mm3。

表2 闸墩升降温数值估算表

表3 各种非标条件的修正系数

表4 混凝土收缩及当量温差计算表

侧墙混凝土浇筑日期宜安排在3～7月，气温较高时，对浇筑不利，通过采取骨料覆盖、冷水拌和等措施，控制混凝土浇筑温度为22℃。

侧墙的几何尺寸及混凝土强度等级：长度15m，厚度最大处2.0m，高度12.2m，混凝土强度等级C25二级配。

混凝土配合比：C25二级配采用普通混凝土，每立方米混凝土水泥用量为260kg（32.5级普通硅酸盐水泥），掺粉煤灰26kg（水泥用量10%）。

4.2 最高温升值

4.3 各龄期的温度升降值

混凝土浇筑温度按22℃考虑，根据类似水闸闸墩的实测资料分析温度升降曲线，侧墙升降温数值按表2估算。

4.4 各龄期混凝土收缩及当量温差

M1M2M3……M10——非标条件修正系数，见表3。

εy（t）——不同龄期时混凝土的收缩相对变形值；

E——常用对数2.718；

d——混凝土线膨胀系数，取10×10-6/℃。

4.5 各龄期混凝土综合温度及总综合温差

经计算混凝土最大综合温差8.08℃，总综合温差31.12℃。

4.6 各龄期混凝土弹性模量

4.7 各龄期混凝土松驰系数

各龄期混凝土松驰系数（t=30，τ=1，3，6，9，…….）查《高层建筑施工手册》表5-7-8。

4.8 温度应力计算

因为H/L=12.2/15=0.81>0.2，所以计算时取等效高度

各阶段温差和收缩引起的温度应力（N/mm2）

α——混凝土线膨胀系数0.1×10-4/℃；

μ——混凝土泊松比取0.15；

Ei（t）——混凝土龄期τ时的弹性模量N/mm2；

ΔTi——混凝土最大综合温差℃；

Hi（t）——混凝土松弛系数；

Cx——混凝土约束系数，一般为0.25～0.5，取0.437；

H——侧墙高度12.2m；

经计算温度收缩总应力0.546。

4.9 抗裂强度验算

C25混凝土抗拉强度设计值为Rf=1.3N/mm2=1.3 MPa Kft=Rf/δmax=1.3/0.546=2.38>1.15。

5 结束语

通过上述验算说明降温和收缩产生温度应力不会引起闸墩开裂，因而在技术上可行。在具体的混凝土施工过程中,严格控制混凝土拌和、运输、浇注、养护施工工艺，可以避免闸墩混凝土温度裂缝发生，以保证闸墩结构的工程质量

（专栏编辑：张 婷）