大体积混凝土裂缝控制措施

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1前言

　　混凝土浇筑中的裂缝控制是长期困扰人们的一个难题。尤其对水闸闸底板和闸墩而言，一方面它们混凝土体积大，另一方面这些部位混凝土标号相对较高，因此更易开裂。裂缝会加速混凝土碳化和钢筋锈蚀，并产生恶性循环，严重破坏混凝土结构的安全性和耐久性，所以裂缝控制显得更为重要。笔者结合对赤山闸、陈家边站除险加固工程的施工管理实践，通过修改完善设计、优化原材料、合理设计配合比、强化施工技术和管理、外加纤维等措施，较好地解决了闸底板、闸墩等部位大体积混凝土裂缝控制问题。

　　2工程概况

　　赤山闸、陈家边站除险加固工程均为秦淮河流域重要的水利基础设施，其加固工程分别采取原址拆除翻建和移址拆除新建闸站结合的形式，工程内容主要包括老闸站拆除、新建5孔每孔6m、总流量为300m³/s的节制闸和流量为11m³/s的抽水泵站各1座，以及管理区更新改造等。其中节制闸闸底板尺寸为15m×36.3m（垂直水流方向）×1.0m（齿坎处为1.5m），混凝土浇筑量近600m³；闸墩尺寸为15m×1.0m×11.5m，6个闸墩混凝土浇筑量近1100m³。考虑到整体质量和工期要求，闸底板和闸墩C25混凝土均一次连续浇筑完成，分别历经63.5h和96h.2003年10月30日正式开工，2004年4月30日闸站主体水下工程顺利通过阶段验收，初步发挥挡洪排涝效益。

　　3控制裂缝措施

　　3.1原材料

　　严格控制砂、石材料的质量和技术标准，浇筑闸底板和闸墩时，单独采购一批细度模数在2.4以上、含泥量在1%以下的黄砂，石子要求级配合理含泥量也在1%以下，并提前一周将散装水泥进货入仓，从而降低了混凝土浇筑时散装水泥的温度，控制了水化热的升温，根据混凝土浇筑时现场随机抽样测量，混凝土入仓温度一般在10℃左右。

　　3.2混凝土配合比

　　施工前在监理的监督下，承包商现场取样水泥、黄砂、石子等材料送到有资质的单位做了C25混凝土配合比试验，出具的试验报告中C25混凝土配合比为水泥：黄砂：石子=l：2.15：3.33，即每m³混凝土水泥用量达344kg.后经业主、监理、设计、施工等单位专门研究，认为该配合比水泥用量偏大，这样势必对混凝土水化热控制不利，决定掺入一定数量的优质粉煤灰，以降低水化热。并按此方案。重新做配合比试验。结果为水泥，黄砂，石子=l：20.45：3.40，即每m³混凝土水泥用量减少至320kg，粉煤灰掺量为水泥用量的15%。另外混凝土的水灰比尽管在试验报告中已明确，但由于黄砂、石子等材料的含水量每批次不尽相同，同时受天气环境的影响较大，因此在混凝土浇筑过程中根据实际情况灵活掌握，即在满足泵送工艺要求条件下，尽可能降低水灰比，一般控制在0.46～0.47左右，坍落度严格控制在15cm以下。

　　3.3修改设计

　　在应力集中和应力变化处，采取一些设计上的变更措施，如在闸墩浇筑时，对闸墩底部三分之一处，在原设计基础上增加了水平向的构造配筋，另外在闸墩与闸底板连接处增设1500mm×300mm×500mm沿闸墩通长的小暗梁，以达到减轻边缘效应，提高抗拉伸强度，控制裂缝开展的目的。

　　3.4改善基面约束条件

　　根据地质钻探报告，赤山闸闸底板座落在第5层粉质粘土上，该层土地基允许承载力为250kPa，力学性质良好，为闸良好的基础持力层。但该闸为原址翻建，在拆老闸过程中，由于种种因素，造成新闸闸基础部分土方平均超挖0.5m深，最深处达0.8m，对超挖部分结合垫层用C20混凝土回填。浇筑闸底板时为削减应力，在已完成的厚大混凝土垫层上刷了一层热沥青，从而消除了闸底板的嵌固作用，释放了约束应力。

　　3.5施工技术

　　闸底板和闸墩由于混凝土体积均较大，浇筑时若不注意，就会产生施工冷缝。在浇筑闸底板混凝土时，要求沿短边分层浇筑，每层30cm厚，第二层浇筑时必须完全履盖第一层，仓面上保证2～3个插入式振捣棒振捣，振捣延缓时间以混凝土表面呈水平并出现水泥浆和不再出现气泡、不再显著沉落为好，第三层浇筑时与前面要求一样，如此反复直至浇到闸底板设计顶面高程正，然后再进行第二轮循环浇筑，直至底板全部完成。对闸墩而言，由于净高达11.5m，根据规范要求，混凝土浇筑自由下落高度不宜大于2m，因此浇筑时加挂串筒，操作工人深入至闸墩内部仓面振捣，确保浇筑振捣质量。同样要求30cm一层，6个闸墩均衡上升，即第1个闸墩浇筑30cm层厚后，接着浇筑第2个，然后第3个，直至第6个，结束后再回到第1个浇筑。经计算这样一个循环累计浇筑混凝土27m³，约需2.3h，低于规范规定的允许间歇时间3h。经过这样操作，闸底板和闸墩混凝土浇筑过程中均未产生任何施工缝。

　　3.6外加聚丙烯纤维

　　在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维，由于其在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，它的乱向分布形式削弱了混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而有效地增强了混凝土的韧性，减少混凝土初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。经过比较赤山闸工程中选用了丹阳合成纤维厂生产的“丹强丝”牌抗裂抗渗纤维，掺入量为水泥用量的0.3%，加入该纤维后，混凝土搅拌时间由原来的60s延长至79～80s，经综合测算，加入该纤维后每m3混凝土造价增加31元。

　　3.7保温养护

　　由于闸底板、闸墩浇筑均在冬季，所以必须采取保温养护措施，以减小内外温差，特别重要的一环是缓慢降温，充分发挥徐变特性，为混凝土创造完全应力松弛的条件，同时使混凝土保持良好的潮湿状态，这对增加早期强度和减少收缩是十分有利的。经反复研究决定，对闸底板和闸墩采取不同的保温养护方法。对闸底板采取塑料薄膜+土工织物+草帘覆盖的保温措施，混凝土凝固后，用35℃左右温水湿润养护。为了定量地观测混凝土在凝固过程中的温度变化情况，在闸底板的中心设置了温度观测点，即用Φ2cm长70cmPVC管垂直埋入闸底板混凝土中（管底部用布包住），用普通水银温度计伸入该管内就能及时测量出闸底板混凝土内部温度，同时测量出混凝土表面即塑料薄膜处的温度以及环境温度，严格控制层与层之间温差不大于25℃，即混凝土中心与混凝土表面塑料薄膜处温差不大于25℃；混凝土表面塑料薄膜处与环境温差不大于25℃。

　　闸墩浇筑由于全部采用钢模板，导热快，温差梯度小，再加上对销螺栓和满堂脚手架，因此闸墩的保温措施无法采用闸底板的那一套方法，针对实际情况决定对闸墩采取用土工织物将四周和上部全部严严实实地包裹起来，在闸墩上紧贴钢模板挂草帘，并在每个闸孔中架设4盏1000W的碘钨灯加温，根据闸底板混凝土温控的经验，确保每个闸孔中相对封闭区域内的温度控制在12～15℃之间。

　　4效果分析

　　4.1强度

　　在闸底板和闸墩混凝土浇筑过程中，按规范要求在出料日随机取样，制成15cm×15cm×15cm的混凝土试块，在温室内标准养护28d后作抗压试验，经统计分析后的结果为：闸底板C25混凝土样本容量12组，样本最小值36.2MPa，均值38.58MPa，均方差Sn=l.43MPa，离差系数Cv=0.04，强度等级不低于设计强度等级的百分比为百分之百；闸墩C25混凝土样本容量14组，样木最小值25.8MPa，均值29.39MPa，均方差Sn=2.50MPa，离差系数Cv=0.085，强度等级不低于设计强度等级的百分比为百分之百。

　　4.2裂缝

　　闸底板、闸墩浇筑结束后各自养护28d，经现场清理，分别组织有关人员进行了全面细致的检查，发现闸底板除第5号孔面层混凝土有一些细小龟纹裂缝外，其余部位均未发现裂缝，这些裂缝长度均在lm以内，用塞尺检验缝宽均小于0.2mm，按规范规定水下混凝土裂缝宽度小于0.3mm均不需处理，所以当时采取继续观察的措施，但到2004年4月30日水下工程验收时再检查，却发现这些裂缝没有了，自然闭合了；对闸墩前后进行过3次全面仔细的检查，均未发现任何裂缝。