廣東省水利水電第三工程局 湯樹華

大體積混凝土施工的裂縫控制
——以三洲攔河閘工程施工為例

廣東省水利水電第三工程局 湯樹華

一、工程概況

三洲攔河閘位于廣東省揭陽市榕江南河中游，是一個綜合灌溉、供水、航運和發(fā)電等多種功能為一體的大型閘壩樞紐工程。該閘壩樞紐由發(fā)電廠房、16孔攔河水閘、船閘、連接土壩及引水涵等組成，工程等別為1級，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。攔河水閘底板長45 m、寬25 m、厚1.5 m，再加上底板齒槽混凝土，因而單倉混凝土澆筑量為1 816 m3，混凝土強度等級為C25；船閘底板長25.5 m、寬24 m、厚2.5 m，扣除過水廊道空間后，單倉混凝土澆筑量為1 510 m3，混凝土強度等級為C20；在過水廊道周邊0.5 m范圍內(nèi)，混凝土強度等級應提高至C30。

二、大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因分析

導致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾點。

1.混凝土發(fā)熱導致內(nèi)部溫度過高?；炷灵_始初凝時，其內(nèi)部的水泥會因發(fā)生水化反應而放出大量的熱，且澆筑完成后1 ～ 3 d內(nèi)放出的熱量是總熱量的一半。混凝土內(nèi)部的最高溫度多出現(xiàn)在澆筑完成后的第3～5 d，當其內(nèi)部溫度與表面溫度差值過大時，就會產(chǎn)生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比，溫差越大，溫度應力也越大。當溫度應力超過混凝土的抗拉極限強度時，混凝土表面即產(chǎn)生裂縫。

2.外界氣溫變化過大。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變化對裂縫的形成有很大影響?；炷恋膬?nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕對溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加而成的。而混凝土的澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，澆筑溫度也會愈高，但外界溫度突然降低又會擴大大體積混凝土的內(nèi)外溫差。如果外界溫度下降過快，就會造成很大的溫度應力，極易引發(fā)混凝土開裂。另外，外界濕度的降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.化學收縮。水泥因水化而產(chǎn)生的體積收縮（自身體積變形）是不可避免的，但對同一種水泥而言,其收縮比例是恒定的。因此，在大體積混凝土施工中，只有改變水泥的礦物組份或摻入恰當?shù)呐蛎泟┑韧鈸轿?，才能避免因水泥化學收縮而產(chǎn)生裂縫。

三、施工方法及裂縫控制

在該工程施工中，所用混凝土由拌合樓統(tǒng)一供料，用混凝土運輸車運輸。拌合樓的混凝土正常供應力為112 m3/h，單倉混凝土澆筑的平均時間為20 h；混凝土運輸距離為1 km，運力滿足連續(xù)澆筑要求；用2臺1.5 m3反鏟挖掘機和1臺1 m3長臂反鏟挖掘機（中線距邊線12.5 m，超出1.5 m3反鏟挖掘機工作范圍）入倉。由于采用挖掘機入倉，因而對混凝土的和易性要求不高（相對于泵送混凝土），為采取控溫措施創(chuàng)造了有利條件。施工采用分區(qū)、分層連續(xù)澆筑法：2臺挖掘機分別從底板上下游分層往中間合攏，中間5米由長臂挖掘機入倉，3臺挖掘機錯位施工；混凝土共分5個澆筑層（包括齒槽）施工，分層厚度為40 cm。澆筑混凝土時的間歇時間應滿足連續(xù)澆筑要求，以免出現(xiàn)施工冷縫。在該工程施工中，同時采用了以下3個控溫措施。

1.調(diào)整混凝土配方。大體積混凝土中水泥的種類及用量是決定水化熱大小的主要因素，水泥礦物中發(fā)熱最快和發(fā)熱量最大的成分是鋁酸三鈣（C3A），其他依次為硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣 （C4AF）。另外，水泥越細發(fā)熱速率越高，但是不影響最終發(fā)熱量。

在三洲攔河閘底板等大體積混凝土施工中，由于水閘對混凝土有防沖要求，因而采用了大壩硅酸鹽水泥。同時，按1.3的超量系數(shù)、水泥用量的15%超量取代摻入汕頭電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，并添加HSC緩凝保塑減水劑，以延長混凝土的初凝時間，降低初期發(fā)熱量，增加密實度，提高抗?jié)B能力，降低最終收縮值。調(diào)整后的C25混凝土配合比為：水泥213 kg，粉煤灰48 kg，砂754 kg，碎石1 204 kg，水150 kg，外加劑3.824 kg；調(diào)整后C20混凝土配合比為：水泥193 kg，粉煤灰44 kg，砂785 kg，碎石1180 kg，水155 kg，外加劑3.63 kg。配方的調(diào)整不但大大降低了混凝土的水泥水化熱，而且減少了混凝土澆筑完成初期的水泥發(fā)熱量，有效避免了因混凝土內(nèi)部與外界溫差過大而引發(fā)裂縫。

2.埋設冷卻管。在該工程中，還采取了在大體積混凝土內(nèi)部埋設冷卻管的降溫措施。冷卻管為直徑32 mm的鋼管，分雙層布置。冷卻管與鋼筋同步布設，豎向間距為50 cm，水平間距為1.2 m。每層冷卻管安裝完成后，都要進行通水試壓，然后用冷卻水在鋼管內(nèi)循環(huán)的辦法來降低混凝土的內(nèi)部溫度。冷卻水循環(huán)從混凝土初凝時開始，以確保其內(nèi)外溫差≤20 ℃?；炷翝仓瓿珊?，還應及時在其表面灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間≥14 d。

3.降低混凝土出倉溫度。對混凝土出倉溫度影響最大的是碎石和水的溫度。因此，要想降低混凝土出倉溫度，最有效的辦法就是用冷水攪拌和降低碎石溫度。由于廣東冬季晝夜溫差較大，因而在中午溫度較高時，就需要用噴淋冷水的方法對混凝土骨料進行預冷，然后加冰攪拌，以降低混凝土出倉溫度。

四、施工效果

通過采取以上溫控措施和科學施工，該工程底板的大體積混凝土沒有產(chǎn)生貫穿性等有害裂縫，工程質(zhì)量符合混凝土質(zhì)量優(yōu)良等級要求。