水闸大体积混凝土温控与防裂方案研究

□ 张浩东 □余兴华 □高同喜 □高同美

（1河南省水利勘测设计研究有限公司 2河南工程学院土木工程学院 3范县黄河河务局）

1 工程概况

黑岗口水库泄洪闸闸门采用钢坝闸型式，溢洪道共1孔，净宽35.80m，闸底板总宽度49.80m，未设置伸缩缝，闸底板设计为折线布置，见图1。基础面高程68.00～69.90m，闸底板上游顶部高程72.40 m，下游顶部高程70.50 m。上游混凝土厚度2.50m，中部最大厚度4.40m，下游厚度2.50m，顺水流方向闸底板长15m。

闸室基础座落在粉质壤土上，地基采用水泥土搅拌桩处理。

图1 闸底板剖面图

2 闸底板温控防裂措施

闸底板为大体积混凝土，受基础约束的影响，混凝土的收缩将产生很大拉应力，如果超过混凝土的极限抗拉强度，将会出现基础贯穿性裂缝。在脱离基础约束部位，如果混凝土的最高温度与外部介质的温差过大，内部热的混凝土约束外部冷的混凝土的收缩，亦即内部温度场呈非线性分布，也可能产生表面裂缝或深层裂缝。由此可以看出，在闸底板大体积混凝土的施工过程中，进行严格的温度控制就显得尤为重要。根据建筑物结构特点，为避免混凝土温度(浇筑温度及水化热温升)引起有害裂缝，结合类似工程的施工经验，本工程混凝土施工中主要采取以下常规裂缝防治措施。

2.1 合理选择原材料

混凝土骨料选用天然河砂及石灰岩碎石，胶凝材料采用水化热低的普通硅酸盐水泥，以降低因水化热而引起的混凝土温度升高。

2.2 降低单方水泥用量

水泥是产生水化热的主要原因，施工中在保证强度的前提下，降低单方水泥用量。同时加入适量粉煤灰、新型减水剂等外加剂，可减少单位水泥用量，降低水化热。在该工程中，混凝土设计标号C25，实验室通过多次混凝土配合比试验，将单方水泥用量控制在230 kg/m3。

2.3 降低原材料温度

2.3.1 修建骨料储料仓

在混凝土搅拌站旁修建骨料储料仓，在骨料仓上方搭建遮阳棚，减少阳光照射，以降低骨料的温度。同时大量堆积堆高骨料，在骨料表层经常喷洒低温水，进行骨料预冷却，以达到降温目的。

2.3.2 采用加冰水拌制混凝土

本工程混凝土拌制采用水温相对较低的自来水，必要时在低温水拌制混凝土的同时，加入适量碎冰，有效降低混凝土的出机口温度。

2.4 选择合适的浇筑季节

本工程闸底板大体积混凝土施工期安排在2014年3-5月份，此时环境气温较低，原材料温度也易控制，有利于降低混凝土的入仓温度。

3 预埋冷却水管降低混凝土内部温升

采用在闸底板混凝土中预埋冷却水管，待浇筑完成后，通入循环冷水，将砼内部热量带出，以达到降低混凝土内部温度的目的。冷却水管采用Φ25钢管，控制混凝土内部温度与水管出口处水温之差不超过20℃，通水流量每分钟20 L左右，水流方向每日改变1次，使混凝土体内温度均匀降低。

3.1 冷却水管的布置

闸底板冷却水管垂直向共布置4层，冷却水管布置示意图见图2，平面呈蛇形分布，进、出水口均布置在下游侧。

图2 冷却水管布置示意图

①-预埋冷却水管，φ25钢管，水平间距1.00m，最底部一层埋管距下部混凝土垫层0.85m，第二层管与第一层管间距0.88m，其它各层间距与一、二层间距相同；②-冷却水管的冷却有效范围。

3.2 水管冷却控制要求

一是管道埋设时，一定要保证密封，否则浇筑时水泥浆进入管道内造成堵塞，达不到通水冷却目的。

二是管道盘绕时注意要均匀布置，以保证均匀降温。

三是完成通水冷却后，将管内水排除干净，采用压力灌浆封堵，以免冬季来临时发生冻胀破坏。

四是冷却水采用低温自来水，其流量应保证在管内形成紊流条件，在每层管圈的出水口装设流量计 (或装压力表换算流量)定期测量流量。

五是冷却水管内水流方向每天变换1次，使混凝土内部能够均匀冷却。

六是冷却降温速度及冷却水的允许温差按20℃控制，冷却持续时间按20 d控制。

七是为掌握混凝土温度变化情况，浇筑块内埋设适量的电阻温度计。

4 闸底板设置混凝土后浇带

闸墩混凝土施工中除了采取一些常规的温控措施外，还采取一项特殊技术措施：设置混凝土后浇带。在闸底板中心两侧各14.30m位置预留1条宽度l.50m的后浇带，而闸底板钢筋仍保持连续不断，2个月后再用比两侧高一级补偿收缩混凝土浇筑这条后浇带。

后浇带位置一般选择在受力较小部位，从图3可以看出，本工程宽缝设置基本位于底板弯矩最小处。

图3 后浇带位置及底板弯矩计算图

后浇带混凝土采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土，强度等级C30,抗渗标号W4，抗冻等级F150，混凝土水中14 d限制膨胀率0.035%，根据本工程特点，膨胀剂采用内掺法，掺量为12%。后浇带浇筑时间选择气温较低季节，两侧混凝土表面按照施工缝的要求进行凿毛处理，混凝土1次浇筑密实、成型，保湿养护时间>28 d。

常规的温控措施旨在“防裂、抗裂”，即被动地预防有害混凝土裂缝的发生，而设置混凝土“后浇带”旨在“放”，即通过设置后浇带将闸底板从弯矩受力较小部位人为地分成一条有规律的“宽缝”，以主动“释放”整个闸底板前期浇筑混凝土的收缩应力，待闸底板混凝土主要的收缩变形基本结束后，再用微膨胀混凝土进行二期浇筑“宽缝”，将前、后两部分闸底板连成一个整体，从而避免闸底板混凝土有害裂缝的发生。

5 温控监测

本工程采用便携式JDC-2型电子测温仪(由测表、探头、测温线组成)测量混凝土内外温度，同时混凝土内埋设的安全监测仪器也具有测温功能，二者可相互校验。根据测温数据，通过调节管内水的流量及加强混凝土表面覆盖保温措施，有效控制混凝土内外温差，从而达到混凝土防裂效果。

6 结语

黑岗口水库泄洪闸已施工完毕，目前工程运行状况良好。通过施工过程中及工程完工后的观测数据显示，泄洪闸底板表面未发现有害裂缝及其它不良状况，温控及后浇带防裂措施取得了显著效果。目前，“后浇带”法作为水利工程混凝土防裂有效措施的典型范例，已在省内其它大中型工程中得到利用和推广。

[1]龚召熊.水工混凝土的温控与防裂[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[2]高层建筑建筑施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.