張培光
摘要:針對(duì)水閘底板混凝土容易開(kāi)裂而影響抗?jié)B、耐久性的問(wèn)題,本文分析了制定混凝土施工方案中需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容,并對(duì)混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)與質(zhì)量控制措施進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:水閘;底板混凝土;施工技術(shù)
水閘是水利工程中最為常見(jiàn)的低水頭建筑物,主要承擔(dān)排澇、引水、灌溉、通航、擋潮等任務(wù),大中型水閘底板厚度一般超過(guò)1m,按照《大體積混凝土施工規(guī)范》(GB 50496-2009)的定義歸入大體積混凝土范疇。我們知道大體積混凝土施工條件復(fù)雜,混凝土用量多,水泥水化熱大,如果溫控措施不當(dāng)很容易因?yàn)闇囟葢?yīng)力超過(guò)材料極限而開(kāi)裂,此外還要考慮混凝土供應(yīng)等問(wèn)題,以免因接茬不好而產(chǎn)生施工冷縫,影響防滲性能和耐久性能,可以說(shuō)從施工準(zhǔn)備、全面施工到尾工階段都需要下足功夫才能保證底板混凝土的施工質(zhì)量。因此,本文對(duì)水閘底板混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了探討,以期為類(lèi)似工程建設(shè)提出較好的解決辦法。
1 水閘底板混凝土施工方案的制定
1.1 施工方案編制概況
水閘底板混凝土施工按工種分為鋼筋工程、模板工程和混凝土工程三部分,其中混凝土工程起著主導(dǎo)作用,所以本文主要討論這部分內(nèi)容?;炷凉こ贪ㄅ淞?、攪拌、運(yùn)輸、澆搗、養(yǎng)護(hù)等過(guò)程,對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)混凝土配合比、筑塊劃分和溫控措施是關(guān)鍵環(huán)節(jié),因而是施工方案中需要重點(diǎn)考慮的部分。
1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)
底板混凝土需要滿足以下條件[1]:(1)降低水化熱以控制溫升;(2)具有較好的抗?jié)B、耐沖磨及強(qiáng)度要求;(3)施工季節(jié)因素;(4)適應(yīng)運(yùn)輸、澆筑要求的和易性、工作性等。目前,底板混凝土多采用泵送混凝土,要求混凝土泌水少、保水性好,再加上耐沖磨性要求,一般應(yīng)采用普硅水泥,其強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于P.O 32.5,并應(yīng)摻加粉煤灰、礦渣粉等摻合料,既改善混凝土和易性,也可降低水泥水化熱,但是摻合料質(zhì)量需要嚴(yán)格控制,粉煤灰級(jí)別不得低于GB 1596-2005規(guī)定的Ⅱ級(jí)灰,礦渣粉質(zhì)量應(yīng)滿足GB/T 18046-2008的規(guī)定。粗骨料應(yīng)選用連續(xù)級(jí)配碎石,粒徑5~25(31.5)mm,含泥量應(yīng)小于1%。細(xì)骨料宜選用中粗砂,含泥量不得大于3%。外加劑應(yīng)選用聚羧酸系或奈系減水劑(泵送劑),并根據(jù)施工季節(jié)和凝結(jié)時(shí)間要求選用標(biāo)準(zhǔn)型或緩凝型產(chǎn)品。另外,可根據(jù)需要摻加微膨脹劑、聚丙烯纖維以提高抗裂性能?;炷僚浜媳葢?yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、原材料品質(zhì)、工作性及混凝土其他性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì),再通過(guò)試配和調(diào)整確定。例如某水閘底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30,確定混凝土配合比為:P.O 42.5水泥288kg/m3,5~31.5mm碎石1027 kg/m3,細(xì)度模數(shù)2.7~3.2的砂685 kg/m3,Ⅱ級(jí)粉煤灰123 kg/m3,奈系高效減水劑4.52 kg/m3,水191kg/m3;該混凝土坍落度190mm,初凝時(shí)間≥4.5h。當(dāng)采用商品混凝土?xí)r,不但要求混凝土性能滿足要求,還必須對(duì)原材料品質(zhì)提出要求。
1.3 混凝土筑塊設(shè)計(jì)
水閘底板混凝土一般都是分層分塊進(jìn)行施工的,大中型水閘采用結(jié)構(gòu)縫(如沉降縫、溫度縫)分塊,但是結(jié)構(gòu)塊較大也不便施工,這時(shí)應(yīng)再以施工縫分為若干個(gè)更小的塊,這稱(chēng)之為稱(chēng)為筑塊。劃分筑塊時(shí)應(yīng)避開(kāi)彎矩、剪力最大處分縫,并要同時(shí)考慮底板斷面變化以及模板架立等因素[2]。中小型水閘應(yīng)充分利用結(jié)構(gòu)縫分塊,但同時(shí)也要考慮施工能力和保證澆筑的連續(xù)性。
筑塊體積應(yīng)按混凝土攪拌站的實(shí)際生產(chǎn)能力進(jìn)行控制,以公式表示即 (m3),式中 為一班或兩班制施工時(shí)攪拌站連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間(h); 為攪拌站生產(chǎn)能力(m3/h)。筑塊面積應(yīng)按施工不產(chǎn)生冷縫進(jìn)行控制,以公式表示即 (m2),式中 為混凝土運(yùn)輸時(shí)的延誤系數(shù),一般取0.80~0.85; 為混凝土澆搗可用時(shí)間,其中 為混凝土澆筑時(shí)允許的間隔時(shí)間,一般取混凝土初凝時(shí)間(h), 為混凝土運(yùn)輸占有的時(shí)間(h); 為混凝土鋪料厚度(m),一般應(yīng)取300~500mm。筑塊高度應(yīng)按 確定,其中 。在滿足上述關(guān)系條件下,筑塊數(shù)量應(yīng)盡量少,以減少施工縫所帶來(lái)的不利影響。
筑塊澆筑的順序應(yīng)遵循“先深后淺,先重后輕,先高后矮,先主后次”的原則,在已澆筑塊上面或相鄰筑塊旁邊澆筑時(shí),已澆筑塊強(qiáng)度應(yīng)≥2.5MPa,并且已澆筑塊模板已拆除、施工縫已處理、填料止水已安裝及新筑塊鋼筋預(yù)埋件已安裝、模板已架立。
1.4 混凝土溫控策劃
大體積混凝土施工裂縫主要是由于溫度應(yīng)力而引起的,除了通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)、筑塊設(shè)計(jì)以外,還必須對(duì)施工階段的溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力以及采取的控溫措施進(jìn)行計(jì)算,以確保防裂措施可靠。GB 50496-2009附錄B、C提供了計(jì)算的方法。以某水閘底板施工為例,底板尺寸為25m×24m×2.5m,澆筑時(shí)為冬季,平均氣溫10℃,混凝土強(qiáng)度為C30,保溫措施為上表面采用塑料膜加毛毯覆蓋,側(cè)表面采用2cm泡沫塑料板進(jìn)行保溫,計(jì)算出熱工參數(shù):底板混凝土內(nèi)部與表面最大溫差為19.65℃<25℃,底板混凝土表面與大氣溫差為14.59℃<20℃,底板混凝土內(nèi)部與側(cè)表面最大溫差為12.37℃<25℃,可見(jiàn)保溫措施滿足溫控要求。對(duì)于更厚的底板,混凝土內(nèi)部一般采用水管冷卻技術(shù),在這種情況下用上述方法則難以準(zhǔn)確計(jì)算,此時(shí)可采用冷卻水管的離散模型進(jìn)行仿真計(jì)算[3]。例如某水閘底板尺寸68m×60m×(2~5)m,施工期間日溫差10℃,混凝土強(qiáng)度為C25,并采用水管冷卻及表面覆4cmEPE保溫被,經(jīng)過(guò)有限元仿真計(jì)算表明溫控措施是有效的。
2 水閘底板混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)與質(zhì)量控制
2.1 混凝土施工流程
施工準(zhǔn)備→混凝土運(yùn)輸→混凝土澆搗→混凝土找平、收面→混凝土養(yǎng)護(hù)。
2.2 混凝土澆筑
底板混凝土澆筑應(yīng)采用分層澆筑、薄層推進(jìn)的方法,并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)程序進(jìn)行,一般應(yīng)由底板一角開(kāi)始,然后逐層臺(tái)階向上澆筑。澆筑方向應(yīng)從遠(yuǎn)端到近端,并控制每層澆筑厚度在300~500mm。施工縫應(yīng)預(yù)留在后澆帶上,水平施工縫應(yīng)設(shè)在兩側(cè)墻根吊模高出底板面300mm處。為了避免施工冷縫出現(xiàn),上下層或前后層的混凝土澆筑接茬時(shí)間應(yīng)小于混凝土初凝時(shí)間。
2.3 混凝土振搗
混凝土澆筑之后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行振搗,并應(yīng)以機(jī)械振搗方式為主,機(jī)械振搗不易振到的地方可采用人工插搗方式。根據(jù)平面分區(qū)振搗,振動(dòng)棒插入間距在400mm左右,每次振搗時(shí)間控制在15~30s左右,以避免漏振和過(guò)振。在鋼筋密集交叉部位,應(yīng)在周?chē)课徊逭駝?dòng)棒,也可以在綁扎鋼筋時(shí)插入外徑100mm左右的木棒,等鋼筋綁好再抽出木棒,這樣在澆筑時(shí)可以插入30mm振動(dòng)棒振搗。在頭一次振搗20~30min后應(yīng)進(jìn)行二次振搗。
2.4 混凝土找平、收面
澆筑到上表面時(shí),應(yīng)根據(jù)標(biāo)高線進(jìn)行平倉(cāng),并排除表面的積水,粗平之后用木刮尺找平;混凝土初凝開(kāi)始再用木刮尺收一遍,使平整度初步滿足要求;最后在終凝前用鐵抹子收平。經(jīng)過(guò)三次收面,可以減少表層微小的收縮縫。頂層混凝土摻入聚丙烯纖維,也可進(jìn)一步減少表面龜裂縫。
2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)
養(yǎng)護(hù)工作在混凝土終凝后就要開(kāi)始了,養(yǎng)護(hù)的原理是保溫加保濕,先將塑料薄膜貼在混凝土表面,再覆蓋一層土工布。由于底板混凝土施工大都在秋冬季,環(huán)境溫度較低,所以在土工布上再覆蓋油布、草墊、泡沫塑料板等保溫材料。側(cè)面可延遲脫膜,脫膜后再覆蓋塑料薄膜、保溫材料等。覆膜時(shí)必須貼緊混凝土表面,并確保搭接處也不漏風(fēng)。養(yǎng)護(hù)覆蓋時(shí)間應(yīng)不短于15d。設(shè)置冷卻水管的應(yīng)在澆筑開(kāi)始就通水,并間隔12h對(duì)水流換向,通水時(shí)間一般不少于5d。
2.6 混凝土溫度測(cè)控
對(duì)于矩形平底板,因其形狀規(guī)則,故可在對(duì)角線上設(shè)置溫度監(jiān)控點(diǎn),底板斷面上、中、下都應(yīng)設(shè)置測(cè)點(diǎn),其中上部測(cè)點(diǎn)設(shè)在表面附近。另外,應(yīng)在底板附近設(shè)置環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)。測(cè)溫應(yīng)采用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)、絕緣處理的熱電偶(如銅-康銅熱電偶),再通過(guò)數(shù)字檢測(cè)儀表顯示溫度。溫度測(cè)控從澆筑開(kāi)始,控制入模溫升不超過(guò)40℃,混凝土內(nèi)部與表面溫差不超過(guò)25℃,混凝土表面溫度與環(huán)境溫度不超過(guò)20℃,混凝土降溫速率不超過(guò)2.0℃/d。每天測(cè)溫次數(shù)不少于4次,入模溫度每班不少于2次。
2.7 混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)
提高水閘底板混凝土質(zhì)量應(yīng)從改善混凝土配合比、保證原材料品質(zhì)、控制澆搗質(zhì)量、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合控制。由于目前多采用商品混凝土,但各個(gè)攪拌站素質(zhì)、信譽(yù)不盡相同,因此應(yīng)從信譽(yù)好、業(yè)績(jī)突出的攪拌站中優(yōu)選。混凝土入倉(cāng)溫度可通過(guò)拌合用水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)于環(huán)境溫度較低的地區(qū)可采用熱水拌料,環(huán)境溫度較高地區(qū)模板應(yīng)用水冷卻,并加遮蓋避免陽(yáng)光直射。雨期施工必須有防雨措施。底板側(cè)模延遲拆模,但可以在終凝后先放松50%扣件,18h后再全面放松扣件[4]。
3 結(jié)語(yǔ)
底板混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)楹穸却?、澆筑方量多而成為水閘工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵,作為施工單位應(yīng)針對(duì)混凝土設(shè)計(jì)、材料、施工、溫控、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)采取積極有效的措施,則不僅利于混凝土裂縫的控制,更可以促進(jìn)工程質(zhì)量提高和降低工程成本。
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