船闸工程闸室底板混凝土质量控制

蔡升

摘 要：船闸工程一般闸室底板施工质量难以控制，易出现裂缝问题。本文从混凝土材料配比、施工工艺、温控、养护各方面提出防止底板开裂的控制措施。

关键词：闸室底板 裂缝 控制

船闸工程一般闸室底板面积较大，又是大体积混凝土，施工质量难以控制，易出现裂缝问题。为防止船闸底板开裂，设计方面通常采取优化混凝土结构尺寸，适当提高配筋率等措施，但仍避免不了出现裂缝。笔者认为，要想防止闸室底板开裂，施工质量控制尤其重要。笔者从施工中的经验，认为应从以下各个方面加强控制。

1.混凝土配合比

闸室底板属于大体积混凝土，因此比一般混凝土工程更加要严格控制好配合比。

（1）加强原材料的控制

为保证混凝土强度和耐久性满足要求，应合理选择和控制原材料（水泥、骨料、外加剂等）质量，必须满足规范规定的要求，细骨料建议以中砂（细度模数2.4—2.8）为宜，船闸底板属大体积混凝土，钢筋不算密集，粗骨料建议采用三级级配（最大粒径不超过80mm）。这样适当可以减少水泥用量，从而减小水泥水化热。

（2）优化配合比设计

认真进行混凝土配合比设计，通过试验优化混凝土配合比（如优化外加剂掺量、粉煤灰掺量等）。选用质量稳定、水化热较低的水泥，改善骨料级配，保证混凝土强度及和易性条件下，减少水泥用量，降低混凝土水化热，改善混凝土性能，提高其抗裂能力。配合比设计还应进行开裂敏感性试验，大体积混凝土应限制早期强度的发展，12h抗压强度不宜大于8Mpa，24h抗压强度不宜大于12Mpa。

（3）合理使用外加剂

在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间，使升温期延长，有足够的时间让混凝土强度增长，提高混凝土的抗拉强度，从而减少裂缝产生。对于预留施工宽缝及二期混凝土应采用膨胀混凝土，在混凝土中掺入一定数量的TEA、UEA或特斯密等膨胀剂，使得混凝土产生微膨胀，形成内预应力，抵消混凝土收缩产生的部分应力，防止或减少混凝土温度及干缩裂缝的产生，达到新老混凝土良好结合。

2.优选施工工艺

船闸底板混凝土浇筑必须注意两个关键问题，一是合理安排施工次序并严格执行，避免相鄰结构段出现较明显的变形；二是混凝土浇筑工艺合理、措施得当。

在施工工艺方面，为减少混凝土表面拉应力，降低底板负弯矩，通常采用“墩底分浇、预留宽缝、后期封合”的施工方法。闸室底板根据设计按长度、宽度方向需要分块浇筑。根据设计施工缝位置，闸室底板分为两侧边墩底板及中间施工宽缝，施工应先浇筑底板和边墩，再浇筑底板施工宽缝。两侧宜对称同步进行。按设计预留底板施工宽缝，施工宽缝为二期膨胀砼，可根据规范要求在后期适时浇筑。

如某船闸工程闸室采用不透水钢筋混凝土整体坞式结构，闸室总长290m，其中消力池镇静段长10m，闸室有效长度280m。闸室内总宽23.2m，净宽23.0m，闸室边墙底宽3.0m，闸室底板厚2.5m。闸室共分20个结构段，结构分段长度从上游往下游依次为（10+18*15+10）m，结构缝内设置铜片止水，并采用聚乙烯闭孔泡沫板填充。闸室底板混凝土分块浇筑及浇筑顺序如图1（1#～20#为底板分段编号，1～20为浇筑顺序号，中间预留宽缝最后浇筑）。

预留宽缝施工方法可使结构和填土的自重荷载引起地基变形发生在局部区域，能减小结构自重荷载引起的底板负弯矩，还能削弱地基对底板的约束作用，从而减小温度荷载引起的船闸底板拉应力。可见，底板宽缝混凝土浇筑尤其重要，施工不当，就会造成底板出现裂缝。

宽缝混凝土浇筑的时机应选择好：（1）底板宽缝砼浇筑一般控制在各分块底板浇筑60天以后（结构完全稳定后）；（2）底板宽缝浇筑需要待闸墙及边墩沉降基本稳定后施工；（3）宽缝浇筑宜在气温较低时浇筑，但不宜过低，温度过低会影响膨胀效果。若进度允许可选择春、秋季施工。宽缝施工前15天应进行沉降观测，每天观测一次，并绘制沉降曲线，直到边墩沉降基本稳定后（连续10天昼夜沉降平均速率小于0.1mm/d，累计沉降不大于1mm）。

宽缝浇筑前按要求对基础面、施工缝进行处理。施工缝的处理应清理覆盖物和表面松动的混凝土层（乳皮）；对接触面进行凿毛处理，使表层石子半露，并用高压水枪清洗干净；浇筑前保持宽缝两侧混凝土充分湿润；浇筑前清理宽缝，保证无积水和残渣。

混凝土施工期间，严格控制坍落度及坍落度损失量，严禁超出规定范围，严格按照初凝时间或温控要求控制浇筑间隔时间，避免出现冷缝。混凝土浇筑要严格按照规范施工进行平仓、振捣。振捣要密实，防止漏振。分层振捣时振动器应插入下层混凝土中不少于50mm，以使上下层有效结合成整体，避免出现施工缝。

3.加强温控

一般大体积混凝土内外温差不宜超过25°，否则会由于内外应力而出现裂缝。所以还应控制好混凝土浇筑温度及内外温差。

3.1混凝土浇筑温度控制

（1）高温时段施工

混凝土浇筑温度控制，采取冷却材料，选择合适的时间如温度较低的时候浇筑。浇筑温度越低，底板各部位应力越小，对防裂有利。因此，在现场施工条件允许时，尽可能降低混凝土浇筑温度。

在夏季炎热天气浇筑混凝土时，骨料温度较高，考虑拌和、运输、浇筑升温，可采用制冷水及加冰拌和等措施将浇筑温度控制在26°左右。夏季应尽量选择早、晚气温较低时浇筑。因为砂、石、水的温度受气温影响，在胶材温度一定的情况下砼浇筑温度主要取决于环境温度，因此选择适当的时间浇筑砼比较重要。

影响浇筑温度的的因素有：①原材料温度；②搅拌、运输、浇筑、振捣过程中的升温；③新拌砼与环境介质之间的热交换。其中，原材料温度直接决定了浇筑温度的高低。在原材料中，砂、石的比热较小，但占砼总质量的80%左右；水仅占砼总质量的6%左右，但其比热较大。因此，降低砼浇筑温度的有效方法是冷却骨料和水，其次为冷却胶凝材料。

控制大体积混凝土出机口温度，保证浇筑温度满足温控标准的要求，出机口温度和浇筑温度可按《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1-2010）附录D公式计算。即热天浇筑时的出机口温度和浇筑温度如下：

②浇筑温度Tp = T0+（Ta-T0）（θ1+θ2+θ3）+Tf，式中Tp—混凝土浇筑温度（℃）； T0—混凝土出机口温度（℃）； Ta—环境温度（℃）；θ1—混凝土装卸转运时的温度变化系数，θ1=0.032N；θ2—混凝土运输时的温度变化系数，θ2=A*τ；θ3—混凝土浇筑时的温度变化系数，θ3=0.003τ；Tf—泵送施工时的摩擦升温值（℃）；N—混凝土装、卸转运次数；A—热损失系数；τ—运输时间（min）；τ—浇筑振捣时间（min）。

热天施工出机口温度控制可采取以下措施：①利用温度较低时段施工，避开中午高温时段；②在水泥筒仓外表面采用遮阳布进行遮挡；新进水泥在筒仓内放置至少一天时间，确保其降至常温后使用；③在骨料堆场设置遮阳棚避免暴晒；④粗骨料设置地下水喷淋系统对其降温；⑤采取冷却系统制冷水或加冰拌和混凝土。

夏天浇筑温度控制措施：①提高混凝土浇筑能力，缩短暴露时间：②缩短混凝土运输时间：③对混凝土运输车进行降温、遮晒。在运输车在运输混凝土过程中进行覆盖；在每工班开始前、施工过程中对运输车的车厢进行淋水降温。

（2）气温较低时段施工

冷天施工，气温较低，原材料不须采取降温措施，但要控制混凝土入模温度不低于5℃。①冬季砼浇筑时尽量选择在白天进行，避免夜间低温时段；②采用帆布对料场进行遮盖；③缩短砼的运输时间，低温时运输车设遮盖；④砼浇筑过程中对暴露面进行遮盖；⑤砼浇筑完毕后及时覆盖保温，并推迟拆模时间，防止冷击，并不使用冷水养护。

3.2混凝土内外温差控制

通过埋设冷却水管，通冷却水降低混凝土的温峰值是大体积混凝土施工中常见的有效温控措施。通水冷却有利于减少底板早期表面应力及后期内部应力。通水冷却的效果受水管排列方式、管径、管间距、管长、水温、流量等因素的影响。其中控制管间距是最有效的控制冷却效果的手段。但需要注意内部早期降温幅度过大，易引起较大的应力。冷天在冷却水源方面，建议采用底层河水进行冷却。

设置冷却水管的砼自浇筑时起，浇筑混凝土前先进行通水试验，冷却水管内须立即灌入冷却水，连续通水15天（高温时段施工通水时间宜再延长一周），通水流向一天一换，且在开始7天内，需控制水温，使混凝土内表温差不得大于25摄氏度。

通水过程中对水管流量，进出口水温度、测温孔温度每隔1-2小时测量，记录一次。根据测得的温度可以得出最高内部温度、升温速率、内表温差及降温速率。如发现异常情况，应根据测温结果和外界环境温度变化的实际情况缩短温度测量时间，并及时采取下列措施：① 最高温度偏高，可采取加大冷却水流量、降低冷却水温度的措施，但注意控制冷却水温度在比混凝土中心温度低10～25℃之间。②内外温差偏高，可加大通水流量加强内部降温，并增加保温层厚度以加强外部保温。

大体积混凝土由于内部水泥水化热难以释放，必然会产生高温，为了保证混凝土施工质量，必须对混凝土内部温度及其发展变化情况加强监测，通过监测及时完善温控措施，确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度，从而避免出现温度裂缝。温度控制标准为：①砼浇筑温度不高于30℃，不低于5℃；②砼内表温度差不宜大于25℃；③砼内部最高温度不高于70℃；④砼块体降温速率不大于2℃/ d；⑤冷却水的温度与砼内部温度之差不超过25℃。

4.混凝土养护措施

混凝土养护也很重要，养护不当也会出现裂缝。混凝土养护包括温度、湿度两个方面，结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于养护过程中的温度和湿度，因为水泥只有水化到一定程度才能形成混凝土强度和耐久性的微结构。船闸结构施工需考虑不同施工条件、气候条件采取不同的养护措施。

混凝土浇筑完成后，应在12h内进行湿水养护。气温低于5°C时不宜洒水，应采用塑料薄膜和保温材料保湿、保温。养护水温度不宜过低或过高，宜采用冷却水管出水口的水。混凝土养护期间，应加强混凝土的温度和湿度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间，及时对混凝土暴露面进行覆盖，防止表面水分蒸发干缩。此外，濕水养护应做到全面，避免出现养护不到位的部位。

高温季节施工可待砼初凝后采取铺设湿土工布或草席等，采用蓄水养护（有蓄水条件的结构部位）或采用喷淋系统养护。

冬季应加快砼的覆盖，尽可能缩短砼的暴露时间，防止低温倒灌。冬季施工对降低内表温差有较高要求，可采取覆盖塑料薄膜后加盖土工布保温。

气温骤降时，龄期低于28天的砼仍应进行表面保温。

若大风天气（风力超过7级或风速超过14m/s），对于早期砼（砼还处于温升阶段）应及时采取挡风措施或者加强表面保温。

若遇寒潮，不论什么季节，什么时候浇筑的砼，表面应加强保温，寒潮过后也不宜立即撤除覆盖物。若保温材料被意外掀掉，应尽快覆盖上，否则长时间不盖会增加出现裂缝概率。

拆模时间不宜过早，特别是昼夜温差较大和冬天更应该注意。低温季节拆模应选择温度较高时段并立即采取覆盖保温措施。砼表面温度与环境温度之差大于15°时应延迟拆模时间。

5.结语

总之，船闸底板施工应从混凝土材料配比、施工工艺、温控、养护各方面，采取一系列的有效措施，科学地组织施工，方可有效地防止闸室底板裂缝的发生，从而保证施工质量。

参考文献：

[1]JTS202-1-2010，水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程.

[2]JTS202-2011，水运工程混凝土施工规范.

[3]JTS202-2-2011，水运工程混凝土质量控制标准.

[4]JTJ218-2014，船闸工程施工规范.