陡坡矩型槽混凝土浇注施工与早期防裂技术研究_刘瑞强.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 102陡坡矩型槽混凝土浇注施工与早期防裂技术研究刘瑞强(江西赣禹工程建设有限公司，江西 南昌 330000)摘要在水利工程防渗透工程中，矩形槽具有整体稳定牢固、水力特性好、低淤泥等优势，但因其所需浇筑量较大，容易形成早期结构裂隙。为在施工和养护过程中有效降低和避免混凝土早期裂缝，基于案例实践，从矩型槽混凝土浇注施工控制、冷凝管的施工操作和表面养护等方面，开展陡坡矩型槽混凝土施工与防裂技术研究，重点研究了矩型槽混凝土浇注施工过程和矩型槽混凝土裂缝控制过程中所涉及到的各个技术要点，对同类矩型槽水利工程应用有技术参考价值。关键词陡坡水利工程;矩型槽;混凝土浇注;早期防裂;技术研究中图分类号TV431文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0296 03收稿日期2022 08 04作者简介刘瑞强(1984 )，男，江西南昌人，工程师，主要从事水利水电工程建设管理工作。0引言矩型槽是一种水利工程防透渗结构型式，具有整体稳定牢固、水力特性好、低淤泥、适用于陡坡防透渗等功效特点。但是矩型槽一定程度属于或近似属于大体积混凝土浇注工程，施工过程中如果技术相关措施不当，很容易因大体积浇注混凝土的内外温度差过大，导致形成早期结构裂隙，为未来工程安全运营留下严重透渗隐患。所以必须重视矩型槽混凝土的浇注和养护技术，防范矩型槽混凝土早期裂隙。案例在陡坡矩型槽工程中，加强混凝土浇注施工和养生过程的混凝土水化热控制，较好保证了矩型槽混凝土浇注和养生质量，为工程高质量成建提供了技术保障。本研究以案例陡坡矩型槽的混凝土浇注和养生为研究对象，开展陡坡矩型槽混凝土施工与防裂技术研究，以期为同类矩型槽工程应用提供研究和技术参考。1工程概况南水北调工程的东黑山陡坡段，起止桩 xw0+836 15 xw1+738 50，总水平投影长度 902 35 m，由 5 部分组成，即入口段、陡坡矩型槽段、箱涵管段、消力池段、下游连接段。区间设计流量为 50 m3/s，增加流量为 60 m3/s。陡坡矩型槽段桩号 xw1+050 xw1+380，总水平投影长度 330 m，每 15 m 长度设置 1 道沉降工缝，总计 22 节，采取矩型单槽结构，纵坡 1/20，净宽 5 0 m。底板的顶部标高由59 22 m 向 42 72 m 渐变，底板 0 80 m 厚度，下设 C10 混凝土 0 1 m 厚垫层。边墙部标高由 64 12 m 向 48 32 m 渐变，边墙底厚 0 80 m，顶厚 0 50 m。背水面护层 5 cm 厚度，迎水面护层 10 cm 厚度。墙体外侧配 22 333 主筋，内侧配 16 167 主筋，分布筋按 12 200 配置。钢混墙体现场浇注，一期浇注至底板顶面 0 90 m 位置，二期浇注高度 4 70 m，混凝土 C40 设计强度，抗渗级别 W6，抗冻级别 F150。矩型槽段截面沉降缝区域，采用遇水膨胀橡胶复合止防水带，作为止水材料，临水侧充填 30 30 mm 双组份聚硫胶，以闭孔低发酵聚乙烯塑料板作为填缝材料(图 1)。图 1陡坡矩型槽截面图2矩型槽混凝土浇注施工过程2 1混凝土拌合与运输采用 HZS90 搅拌进行混凝土拌合站，按照材料设计严格控制各种材料掺量。矩型槽混凝土配合比见表 1 所示。表 1矩型槽正常施工混凝土配合比主要项目和参数强度等级粉煤灰/kg水泥42 5/kg水/kg水胶比砂率/%砂/kg小石5 20/kgC40W6F1501083221600 3741750648中石20 40/kg减水剂/kg含气量/%坍落/mm引气剂/kg抗压7d抗压28d总含碱量kgm 36322 7954 50017500 017 39200 51 500 1 540(1)进行混凝土大体积搅拌，须根据配料表准备相关配料，并严格按设计要求实施搅拌。所需成分清单须由现场实6922023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3验室出具并经主管验证批准。(2)监管人员一定要在搅拌装备组装完成以后，对其开展检查，总体包括装备操作和运行情况检查。经检验合格后方可投入施工应用，投入应用后，还应不定期对装备进行检查、抽查，保证装备运行良好。搅拌装备要应定期维护，以保证其正常运行。(3)混凝土的拌合必须满足设计要求，纯拌合时间一定要比规范规定的时间长。(4)废混凝土(如拌合不当、配料错误或拌合时间错误等)一定要在监管人员指定的地点堆放。(5)混凝土由 6 m3 混凝土拌合车运至浇注现场，由混凝土泵车和混凝土泵入库。表 2矩形槽高温天气作业调整后的混凝土配合比主要项目和参数强度等级粉煤灰/kg水泥/kg水/kg引气剂/kg河砂/kg碎石5 10/kg缓凝减水剂/kgC40W6F1501053141550 0177474302 723碎石20 40/kg实际容重/kgm理论容重/kgm灰浆率含气量/%坍落度/mm调整系数回归体积6452 3362 4002 194 01700973 4 1 000102 2混凝土浇注混凝土浇注前，必须完成模板、预设件、止防水带和钢筋的安装，并检查合格。再将现场的积水和杂物清理干净，待监理人员检查合格后方可进行混凝土浇注。2 2 1浇注分层矩型槽混凝土分两步浇注成型，第一期混凝土浇注至地板顶面以上 0 9 m 位置，第二期墙体混凝土浇注 4 7 m 高。在控制好模板装配与强化加固下，严格控制抗振强度、混凝土上升速率、分层厚度和坍落度，避免混凝土发生离析。2 2 2混凝土入仓混凝土通常由混凝土泵车浇注。混凝土泵管末端应配置软管，使其伸入墙内。最终目的是保证软管末端距上表面 1m 以内，防止混凝土集料分离。随着混凝土浇注高度的增加，应逐步提升软管或者拆去串筒。应连续浇注混凝土。当不能连续浇注时，应以混凝土不发生初凝为原则。入库混凝土浇注完后要适时平仓。禁止存在粗集料堆积现象，以防止混凝土中出现蜂窝。2 2 3铺摊分层如果混凝土流动性大且边坡坡度比较大，难以满足水平分层的要求，所以在浇注时，应尽可能保持坡率一致，应按 250 mm 标准控制每层浇注厚度。同时混凝土应一次浇注至顶部。2 2 4混凝土捣振应用插入式捣振器。捣振器插入混凝土下层 5 10 cm。捣振应快速插入，缓慢拔出，垂直有序进行，避免漏振。捣振器不得接触钢筋、模板、预设件、止水带及监控装备等。钢筋密集的位置须使用软轴捣振器进行振实。捣振时振动点间距低于 50 cm，应用梅花型去点法，必须杜绝发生漏振。严格控制捣振时间，将捣振器放入新浇注混凝土层中捣振，直至达到振实 10 cm 左右混凝土层。捣振器在同一位置的捣振时间应低于 30 s，也可由工程师根据现场工程具体情况确定。捣振时，必须采取措施防止捣振器直接接触模板、预设件以及止水带。捣振时，施工表面多余的水分要及时清理，禁止混凝土表面水流动或者在浇注模板上开孔排水。不能用捣振器的地方，应采用外振和人工捣固。2 2 5止水带区域处理适当增加止水带附近的混凝土捣振时长，以保证混凝土与止水带的接缝处捣振密实，防止止水带与混凝土接缝处发生空洞或蜂窝现象。在捣振过程中，可先将止水带向上翻起，在充分捣振止水带下部的混凝土以后，将止水带覆盖在捣振后的混凝土面上，然后继续浇注止水带以上混凝土。为避免止水带位移，捣振棒禁止接触止水带。输送泵适用的混凝土配比，坍落度相对较大，浇注时容易发生混凝土泌水。因此应及时清理去除表面泌水，可用海绵吸水或专用小瓢舀水的方法排除水分，但不能因清除泌水而导致砂浆流失。2 3施工缝处理(1)用混凝土反弹仪测量，当，实际测量强度达 2 6 MPa时，应施工缝处置，禁止应用电锤等装备操作。缝表面大约剔除 5 cm 10 cm，直到表面松散的石块清理干净，同时凿出表面的软土层，露出致密的混凝土，并给予拉毛处理。(2)凿毛合格后，需用清水对混凝土基面开展最后的冲洗。为避免二期混凝土下部因粗集料堆积而产生蜂窝，二期浇注前，应先浇注厚度为 3 5 cm 左右的薄水泥砂浆，利于控制混凝土根部发生蜂窝。(3)已浇混凝土强度未达 2 6 MPa 之前，禁止进行上层混凝土浇注。(4)为防止接缝区域发生蜂窝或其他病害，从而影响新老混凝土胶结，连续浇注混凝土时，应采用振动器强化施工缝位置的捣振。2 4混凝土温控措施案例矩型槽混凝土浇注施工期安排在 6 10 月，正值年度气温较高的季节，日中最高温度可达 38，所以为了加强水化热控制，确保施工质量，采取如下施工温度控制措施:(1)出于水化热要求，适当降低水泥用量，在配比混凝土时，应用中小石二级配的粗集料。(2)为尽可能降低水化引发的升温，采用 c40 硅酸盐水泥，加添 0 50%SP1 减水剂，按设计配比进行配料。(3)为了出机口控制温度，有必要在配料仓搭配遮阳棚，或对粗集料洒水降温。为控制和降低入仓混凝土温度，使入模温度保持低于 26 ，须适当提高运送速度，适当遮盖运输和浇注设备。为缩短混凝土被曝晒的时间，须适当提升入仓速度。安排专人负责运程维护，以保证线路通畅，利于控制运输时间。(4)案例项目的施工期正处夏季，宜尽可能在昼间扎绑钢筋和装配模板，验收通过后，在气温相对比较低的夜间浇792第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月注混凝土。(5)对已浇注混凝土，适当应用绝热板。完成混凝土浇捣 12 h 以后，采取绝热控温措施，淋水湿润后，以聚乙烯彩涤绝热板盖覆于混凝土面层，期间要注意绝热板搭接紧凑。淋水养护时间不低于 14 d。(6)尽量选择较长时间堆放的集料，并从料堆底部取料。应用彩钢棚遮阳粗集料堆放地，天热还要给予淋水降温;拌制用水应符合碱剂 rag/L 1 500，pH 值4 5。2 5混凝土养护混凝土浇注完毕后，12 18 h 内，表面需要采取一定的保温措施，本项目采取盖覆无纺土工织布，并适时淋水的养护方式，无纺土工织布搭接不低于 20 cm，为避免混凝土发生养生期开裂，可先喷撒养护液，再盖覆一层土工织布。淋水养护通常不低于 14 d，案例项目夏季施工，故养淋水养护延长到 28 d 以上。那些磨细矿渣掺量较大的混凝土箱涵，其养护时间还要适当加长。3矩型槽混凝土裂缝控制案例陡坡段矩型槽每节 15 m，共计 22 节，总长 330 m，浇注完矩型槽底板后，再分 22 次浇注边墙。案例陡坡矩型槽底板施工过程中，未产生裂隙。但是浇注边墙施工中，发现 5节边墙发生裂隙。经检测得知，本工程采用 C40 混凝土标号高，水泥用量大，则水化热量就大，所以内外温差较大，容易导致温度裂隙，为控制混凝土发生开裂，冷凝管布设在混凝土内部，保证该矩型槽的施工质量，防止表面温度裂隙的产生。3 1冷凝管的施工与操作3 1 1管道配置根据槽结构规格和钢筋分布状态，冷凝管选择内径 30mm 的铸铁镀锌管，采取弯管接头和直管接头连接牢固，而且以缠冷胶带做防水处理。为了固定好冷凝管，防止浇注混凝土时发生移位，将冷凝管以双扎丝绑札固定在钢筋上。为了控制进水方向和流量，冷凝管进出水口各配置一道阀门。3 1 2排列形式矩型槽浇注墙体中，冷凝管等距排列，水平间距 1 50 m。在浇注混凝土前，冷凝管要充水测试，不漏水后，方可浇注混凝土。在完成墙体施工后，混凝土初凝，即可加水降温，加通冷却水时，需要保证进水是常温水，为控制温度梯度，进水口和出水口每 8 h 交换一次，保证墙体内温度一致，降低温度裂隙发生的可能性。3 5 d 通水后，当出水温度达到约 25 时，可供水停止。3 1 3供水要求在 16 18 区间，控制冷凝管供水温度，流速按 20 35 ml/min 控制，冷凝水温，须专人员检测，实时把握混凝土温度变化，内外温差控制在 25 以内，而且降温速度建议低于 3 /d。温度差太大时，应尽快实施其它保温措施，尽可能降低温度梯度。日供水间隔，浇注完混凝土后，前 3 d，采取 1 h/次，4 7 d 采取 2 3 h/次，8 14 d 采取 3 4 h/次为宜。3 1 4冷凝管封堵冷凝管降温结束以后，应用微膨胀水泥给予灌注封闭，混凝土连接件到冷凝管的距离须 105 cm，在连接件拆卸后，须以微膨胀混凝土给予孔洞封闭。3 2表面养护表面养护的基本作用是:确保砼表面保持充足水份，防止发生收缩裂隙。同时控制墙体内外温差，调节墙体内部应力约束。充分利用混凝土抗拉强度，使墙体抗裂性能大幅度增强，降温速率大幅度降低，以控制或者避免温度裂隙发生。如盖覆无纺土工织布，在大风天气条件下，极易吹开土工织布，令墙体暴露在强烈光照下，导致内部水分快速蒸发，促成干缩裂隙故采取下述两步措施防止墙体水分蒸发:(1)5 d 带模养护。凝固初期，混凝土强度较低，极易在拆模时，形成混凝土表面损坏。C40 混凝土自身强度很高，再加上其结构厚度比较大，盖覆的土工织布在大风天气不能有效避免水分蒸发，导致混凝土墙体发生干缩裂隙。经 5 d 带模养护，待水化热超出峰值再拆模，则在很大程度上可有效避免干缩裂隙的发生概率。(2)喷涂养护剂。案例工程采用偏氯乙烯 氯乙烯乳液养护剂，具有保水、无毒、无味、不易燃等特点，该养护剂可以大幅度控制水分蒸发。案例工程采取喷涂 2 遍养护剂，墙体拆模后，按照 0 15 0 2 kg/m2 的剂量，喷涂第 1 遍，约 3 4h 后，待第 1 遍喷涂干透后，按 0 10 0 15 kg/m2 的剂量，喷涂第 2 遍养护剂。4结语结合工程案例，开展了陡坡矩型槽混凝土施工与防裂技术研究，主要技术点为:(1)矩型槽混凝土浇注施工过程所涉及的混凝土拌合、运输、浇注、施工缝处理、水化热温度控制、混凝土养护等技术要点;矩型槽混凝土裂缝控制主要涉及的冷凝管管道配置、排列形式、供水要求、冷凝管封堵等技术要点，表面养护所涉及的覆盖土工布、带模养护、喷涂养护剂养护等技术要点。(2)案例工程实践显示，通过陡坡矩型槽墙体增设冷凝管和养护过程强化混凝土面层养护，矩型槽墙体混凝土表面再未发生明显早期开裂，说明两项技术措施的防裂工效较好，显著提升陡坡矩型槽浇注和养生质量。冷凝管技术施工操作方便简单，效果明显，因此陡坡矩型槽混凝土早期裂缝防治中可以考虑加强该措施的应用。参考文献 1朱顺 灌区矩形渠道量水槽水力特性类比研究D 郑州大学2021 2赵玉珍 水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理J 中国水运 2016(04)3朱新建 大体积混凝土施工温度控制研究与计算机仿真分析D 武汉理工大学 2007 4江昔平 大体积混凝土温度裂缝控制机理与应用方法研究D西安建筑科技大学 2013892第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月