水闸土建工程大体积混凝土温度控制要点探讨

朱文锋

(安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233100)

1 工程概况

某新建水闸属Ⅲ等中型水闸，相应永久性主要建筑物级别为3级，永久性次要建筑物为4级。本闸挡水特点及闸基土层采用水平防渗的布置形式。闸基水平防渗主要由上游混凝土铺盖、闸室底板、下游消力池(不透水段)等组成，分缝处均设有橡皮止水。新建水闸所在河底设计高程25.30 m，结合闸址处地形地质资料，确定闸槛高程为25.30 m。闸室为开敞式结构，共5孔，单孔净宽7 m，闸室总宽度为42.8 m，闸室总长16 m。为满足闸室稳定要求、增加闸室有效重量和获得较理想的闸室流态，闸墩采用钢筋混凝土实心结构，其顺水流方向长度为16 m。

2 大体积混凝土裂缝的主要成因

拟新建水闸土建工程主要集中在春、夏季浇筑，施工时外界温度较高，混凝土水化热高，温度应力对抗裂缝作用强，需重点加以防范。

2.1 温度应力的作用

水闸墩墙混凝土温度升高后体积发生膨胀、温度降低后体积收缩，在墩墙混凝土结构约束以及内外温度场非线性约束的多重作用下产生温度应力。进行闸墩混凝土混凝土浇筑的初期阶段所产生的水化热将导致结构温度持续上升，体积不断膨胀，闸墩底部混凝土结构在基础底板的制约下生成压应力。这种压应力因混凝土结构弹性模量较小而应力规模不大，但随着混凝土结构表面持续的散热影响，混凝土结构将从初期的升温膨胀转为温度持续下降的收缩，混凝土结构温度下降过程中弹性模量较小，所以结构升温所产生的压应力很快被收缩所产生的拉应力抵消，净拉应力的出现一旦超出混凝土结构抗拉强度，就会引致混凝土结构裂缝，如图1所示。由上述过程可以看出，混凝土结构温度的最高限取决于绝热升温情况的变动，所以，通过降低水泥用量以达到混凝土结构总温升控制，对于降低温度应力的不利影响十分关键[1]。

图1 混凝土内部温度应力及弹性模量变化曲线

2.2 混凝土结构体积变形、干缩变形应力的作用

为进行闸墩混凝土强度等级C25的闸墩自身变形应力影响分析，将本水闸土建工程闸墩混凝土结构分成100×10-6，150×10-6，300×10-6，600×10-6等试验段进行混凝土结构体积变形和干缩变形应力对闸墩混凝土结构稳定性影响的试验。根据不同试验段试验结果，随着混凝土结构体积变形以及干缩变形程度的增加，所产生的拉应力就会越大，可见，降低水泥用量，严控水灰比，对大体积墩墙混凝土裂缝治理较为有效。

2.3 闸室底板老混凝土的约束

已浇底板的强约束会加剧拟建水闸闸室墩墙温升及墩墙体积变形、干缩变形进而导致墩墙裂缝，所以必须加强对底板与墩墙浇筑时间间隔变化影响拉应力程度的理论分析[2]。通过减小底板与墩墙混凝土浇筑时间间隔，从而使底板和墩墙混凝土刚度不断接近，并使其变形不断趋同，也是较为有效的水闸土建工程大体积混凝土裂缝预防措施。

3 温度控制措施和要点

根据施工原材料规格、性能并通过试验确定水泥用量及混凝土配合比，并在施工过程中严格原材料计量，合理振捣，确保混凝土材料性能。

3.1 加强水泥水化热温升控制

严格按照施工设计确定材料规格、性能、品质，并根据试验进行水泥用量、混凝土配比等参数的确定，施工开始后，按照设计值及试验值准确计量和确定材料用量，加强混凝土振捣施工过程控制，确保浇筑质量。根据不同部位及设计要求选择不同的水泥品种，为了达到温度应力控制目的，在获得监理人员同意的基础上，优先选用水化热低的水泥材料。

本工程采用低水化热矿渣水泥以及细度模数2.4～2.8、含泥量1.7%的级配良好的中粗砂；片状颗粒含量≤10%、含泥量0.8%的连续级配石子料。为减少水泥用量，掺加木钙和UEA外加剂，并掺加I级粉煤灰，为抵消部分混凝土收缩及温度应力，延缓混凝土初凝与终凝时间，保证混凝土早期适度膨胀，预防施工冷缝出现，还应按比例掺加抗裂防渗剂，按设计比掺入聚丙烯纤维，增强混凝土抗裂能力。为保持材料清洁无污染，存放于设置混凝土地坪。为严格控制温度，防止混凝土收缩裂缝的发生，本工程将混凝土输送泵设置在浇筑点附近，并将混凝土坍落度控制在8～10 cm，水灰比控制在1∶0.6以内，并在包括墩墙墙体、底板等关键位置事先埋设冷凝水管，借助冷凝水的冷却作用降低和控制混凝土内部温度，通过缩小内外温差防止温度裂缝。

对于本水闸闸室较厚的底板，为防止水化热温差引发温度裂缝，计划在底板内埋设冷却水管，冷却水管选择直径40 mm的钢管，在底板中部布设两层，每层按蛇形走线，上下层冷却水管间距1.3 m，并在端口各布置1个进出水口。

本工程水闸闸室底板冷却水温度按下式确定[3]，也即大体积混凝土温度与进出水温差之差的一半不超过20℃。

T混凝土-(T进水-T出水)/2≤20℃

为加强水闸土建工程大体积混凝土内外温差的控制，还必须加强各种冷却保温措施实施效果的检测与对比。借鉴南水北调工程等类似工程成功经验，本工程在水闸闸室底板内按设计规范布置测温管，为保证所测量温度的准确，3个测温管分别布置于距离闸室底板底面0.5 m、1.5 m和2.0 m处。待大体积混凝土浇筑后6 h派专人观测并记录观测值，观测频次4 h，按天汇报，便于技术人员加强温控措施的调整。

3.2 降低混凝土入仓温度

混凝土运输车和浇筑施工现场均搭盖遮阳设施，并有专人洒水降温，混凝土拌制用水采用水温<12℃的深井水，并严格控制混凝土入仓温度不超过12℃。并派专人进行混凝土出机口温度、入仓温度及浇筑完毕后不同时间段温度的定期检测。

3.3 调整约束条件，实现对温度应力的控制

本工程闸墩混凝土主要选用二级配混凝土材料，按照设计规范，应通过调整约束条件，水化热的降低加强温度应力控制，以达到限制混凝土结构收缩应力徐变。对于混凝土浇筑施工设计流程，先将低强度水泥砂浆敷设在施工缝表层，待墩墙混凝土约束力彻底消除后，再进行水泥砂浆材料的分层浇筑，从而使水化热能尽快散失。

3.4 “二次”施工法的应用

“二次”法施工对于混凝土拉伸极限强度提升，混凝土收缩裂缝消除效果显著。水泥在二次投料过程中充分扩散，并和砂石等料二次拌和，增强混凝土流动性的过程中有效减少离析和泌水的发生，保证大体积混凝土早期强度提升，并有效节约水泥用量。

3.5 加强温度控制与养护

浇筑施工结束后，必须采取切实可行的措施进行水闸闸墩墙混凝土结构温度测量及控制，以保证将混凝土结构内外温度的变化控制在设计范围内，并为混凝土结构温度应力控制提供基础数据。

3.5.1 混凝土结构内外温度预测

此项工作必须在水闸闸墩墙混凝土施工前进行，结合施土建工程施工场内现有的混凝土试配条件，进行施工过程中闸墩墙浇筑块最高最低温度、温度应力及收缩应力等的测量、记录与校核，并根据预测与测量结果，有针对性地提出闸墩墙混凝土施工过程中温度控制、温度变化峰值、内外温差及降温控制等措施。

3.5.2 温控现场的监测

本水闸土建工程闸墩混凝土浇筑施工的同时必须进行混凝土浇筑温度实时监测，便于技术人员及时采取有效的温控措施。在距离闸墙底板以上1～1.5 m的范围内混凝土面墙上间隔0.6 m 进行测温探头布置。浇筑后的1～3 d每间隔2 h进行一次温度测量；4～7 d，每间隔4 h测温；8～15 d，每间隔8 h测温；15～28 d，每间隔24 h测温。加强闸墩混凝土结构早期养护，初浇筑成型的混凝土体及早喷洒养护液，并根据环境温度选择恰当的覆盖措施，防止结构表面收缩裂缝的产生，根据闸墩混凝土结构水分的蒸发情况适当延长拆模时间。

4 结 论

本水闸运行结果表明，加强降温及对收缩产生温度应力的控制对于预防水闸闸墩大体积混凝土开裂在技术上具备可行性，在具体施工过程中，必须严格加强对混凝土拌和、运输、浇筑、养护等施工过程及参数的控制，从源头上切断水闸闸墩大体积混凝土温度裂缝发生的可能，确保闸墩混凝土浇筑施工质量及水闸工程的良好运行。