船闸施工中的混凝土质量通病防治.pdf

1 l 4 四川 I 建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 4 0卷第 5 2 0 t 4年 l 0月 船闸施工中的混凝_十 质量通病防治 沈 波 ， 邹新祥 ， 周效国 ( t 中交二航局第三工程有 限公 司 ， 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 ； 2 江苏科技大学船舶与海洋工程学院， 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 ) 摘要： 结合刘老涧一线船闸工程施工实际， 介绍了船闸混凝土质镀通病防治所做的努力和尝试， 为十 l 似 l 程施 提 供实践经验。 关键词 ： 混凝 土； 质量通病 ；防治 ； 船 闸 中图分类号： u 6 4 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 】 0 51 l 40 4 1 工程概 况 刘老洲三线船闸地处宿迁市宿城 区洋北镇 ， 位 于刘老涧二线船闸南侧 ， 中心线 与二线船 闸中心线 平行 ， 距二线船闸c 【 线 8 0 I Y I 。刘老涧 三线船 闸为 级通航建筑物 ， 其基本尺寸为 2 3 m 2 6 0 m 5 m ( 口门宽 闸室长 最小槛上水深 ) ， 上下 闸首 、 闸 室按 级水工建筑物设计 ， 导航墙 、 靠船墩 、 远调码 头 、 停泊锚地及护岸按 I I I 级水工 建筑物 设计 ， 本： 程永久建筑物抗震设 计按地震动峰值加速度 0 2 g 没计 。 l奉工程钢筋混凝土 I 程量 6万多方， 其 中船 闸 主体部分混凝土约 4万方 ， 均为大体积混凝土结构 ， 主体结构混凝土施l l 均采用大模板施工工艺 ； 上 二 下 游引航道以浆砌块 结构为主 ， 计约 7万方 。 2船闸混凝土质量通病防治 船闸混凝土质皱通病防治是船闸工程质量通病 防治的最要内容之一 ， 是保证船闸工程质量 、 提高工 程结构安=个 = 及使用寿命的重要环 节。根据 以往我局 船 闸的施 经验 ， 针埘刘老涧 三线船闸工程实际 ， 就 施工t m昆凝土质量通病防治做了一些试验和探索。 2 1 船闸主体混凝土裂缝 2 1 1 通病特征及形成原因分析 船 闸主体施工过程 中， 闸首和闸室多出现 昆 凝土裂缝 ， 在闸首部分表现为 ： 闸首头部环形输水廊 道外侧拐弯段 、 三角 门门库侧墙 拐弯段等廊道薄壁 变截 处出现裂缝 ， 如图 1所示 ； 裂缝在闸首预留宽 缝处的边角 向 4 5度方向伸展 ， 如 2所示； 阀 外 处等断面薄弱部位 出现竖 向裂缝 ， 如 3所示 闸室部分表现为 ： 削室倒角垂直方向 观裂缝 ， 裂缝 出现的规律为上宽下窄 ， 如图 4所 J ； 闸室墙身从倒 角接触面开始向上 4 m范围 4 5度方 向出现裂缝 ， 裂 缝 出现的规律为上宽上窄 ， 如图 5所示 。 图 1 廊道薄壁 图 2闸首预 留宽缝处 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 5 2 7 妻 篡 、： ( 1 9 7 4 ，- ) ， ： 程 师 ， 主 要 从 事 水 工 从 混凝土裂 缝出 现的 特征， 结 合本 船闸 结 构特 结 构 物 、公路桥梁及铁路项 f ： 1 的施l ll 管理 作。 一 E m a i l ： z h o u x i a t ， 7 8 0 5 0 2 1 6 3 e O m 征及混凝土施工工 艺， 经综合 分析 ， 出现裂缝 的原 沈波 ， 等： 船闸施工中的混凝土质最通病防治 l 】 5 图 3阀 门井处 图 4闸室倒 角垂直方 向 图 5 闸室墙身倒角接触面 囚 ， f 1 以州纳为以下几点 ： 1 ) 混凝土硬化过程 中所 产生的干缩应力 和混 凝十内部温度与外部环境温度的差异所产生的收缩 应力超过 混凝土当I：1 寸 所能承受的拉应力 ； 2 ) 混凝土在 f 缩 和收缩 的过程 中受到结 构其 他部位的约束和地 不均匀沉降而产生裂缝 ； 3 ) 闸 结构 复杂 ， 结构形状 、 断面尺寸 的差异 甚大 ， 在截面变化处容易造 戈 应力集中而产生裂缝 ； 4 ) 设 i 1 q -f L 洞四刷钢筋布置较 少， 施工 中保护 层厚度增大 ， 孔洞 四周 的集中应 力超过混凝土允许 拉应力 ； 5 ) 倒角混凝土在干缩 和收缩的过程 中受 到底 板混凝土的约束而产生裂缝 ； 6 ) 墙身混凝土在 于缩 和收缩的过程 中受 到倒 角混凝土的约束而产生裂缝 ； 7 ) 闸室分层浇筑 时施 工缝 未按施 【规范 的要 求进行处理 ， 造成 上下新老混凝 土结合不好而产生 水平裂缝 ； 8 ) 底板 昆 凝土浇筑过程中施工程序不当， 没有 进行平仓 ， 浆水与骨料离析 ， 混凝土面层仅有浆水造 成干缩裂缝 ， 或者混凝土表面养护不当， 直接受阳光 直晒 ， 造成混凝土表面龟裂。 2 1 2治理措 施 不 同部位出现裂缝的主导原因 同， 在工程施 工 中采取了一系列针对性的防治措施。闸首部分采 取的应对措施如下 ： 1 ) 对于闸首环形输水廊道外侧拐弯段 ， 从结构 上采取一定的改进措施 ， 尽可能减小其形状 、 尺寸的 差异 ， 消除不均匀收缩 ， 在易产生裂缝的部位处加设 分布钢筋( 丝) 网， 如图 6所示。 图 6 分布钢 筋( 丝 ) 网 2 ) 同时， 在 轮廓 明显变 化 的地 方设 置 施工 宽 缝 ， 如图 7所示。 图 7 施 工宽缝 3 ) 刈 于地基明显差异或结构刚度、 轮廓明 变 l l 6 四川建筑科学研究 第 4 0卷 化 的地方设置沉降缝 。 4 ) 选择合适 的混凝土浇筑顺 序， 减少分层混凝 土之问的浇筑时问差 ， 避免 由于不 同分层之间的混 凝土产生约束应力而产生的裂缝 。图 8、 图 9为本 工程上下闸首混凝土浇筑施工顺序。 图 8 上 闸首边墩 混凝土浇筑顺序 图 9 下闸首混凝土浇筑分层 5 ) 加强混凝土的养护 ， 采用喷淋养护方法。 6 ) 混凝土配合 比应选 用水 化热 比较低 的水 泥 品种， 选用连续级配 的碎石 ， 采用较小的水灰 比， 按 规范或设计要求掺人合格粉煤灰降低水化热， 选择 最佳 的环境温度进行混凝土浇筑。 7 ) 在较 易产生裂缝的廊道部位 ， 掺加 1 的聚 丙烯纤维 ， 以增加混凝土的抗裂性能 。 8 ) 采用泵送混凝土时更应严格控制 ， 坍落度宜 小 ， 石料不宜过小 ， 输送距离 不宜过长 ， 按规范和设 计要求使用减水剂以减少水泥和水 的用量 ， 降低混 凝土水化热 ， 缩小温差， 混凝土入仓时应进行二次搅 拌和平仓： 作。 9 ) 在结构开有孔洞的四周增加 主钢筋 、 环钢筋 及幅射钢筋 ， 施工时严格按 没计要求 和规范规定控 制保护层厚度。 l 0 ) 严格控制拆模 时间， 根据工程具体条件 ， 尽 可能多养护一段时问 ， 廊道顶板的底模拆 除必须达 到设 强度方可拆除 ， 拆除时以现场同步养护混凝 土试块达到没计强度为准 。 闸室混凝土裂缝的防治， 结合 以往 同类工程 的 实践经验 ， 采取的主要措施如下 ： 1 ) 对于由于约束应 力而产生 的倒角裂 缝和墙 身裂缝 ， 施工过程 中从两个方面来进行处 。一 是 人为地减少闸室的分段长度 本1 ： 程 的 窄分段 为 2 0 m一段 ， 我公司原先施 的解台复线及宿迁 三线 船闸的闸室 分段均 为 1 5 m， 施工 过程 中米 出现 裂 缝 ， 但从先于本工程施工的皂河 j线船闸闸室分段 为 2 0 m， 倒角部 分在施工过程中就出现 r裂缝 ， 结 果在采用设置竖向施工缝后 ， 裂缝 问题得到 r解决 ， 由于两个工程的闸室段结构相同 、 分段长度卡 H 旧 ， 具 有一定的借鉴意义， 因此本船闸施工过程r f 1 ， 在 闸窜 的倒角及墙身施工 时， 在每段浮式 系船柱化嚣处设 置前后贯通的宽 1 m的施工缝 ， 减少每段l1 f J 宅的分 段长度。二是加密水平配筋 ， 根据船 闸的结构设计 说明， 闸室底板按搁置在半 无限大弹性体 上的地基 梁计算 ， 闸室墙按 固定在底 板上 的悬臂墙 计算 ， 冈 此 ， 结构配筋 ， 主要 考虑竖 厂 u J 挡土受力 ， 对 于水平面 防裂的强度 ， 配筋时未给 予考虑 ， 水平 筋只 布蹬 1 r 2 0 0间距 的 q b l 2钢筋 ， 因此施工过程 中， 对水平筋进 行了加密布置， 以提高闸室墙的水平抗裂能力， 如图 1 0所示 。通过这次调整 ， 设计 院在后续 的船 甲 1 设计 中， 已做了相应调整 ， 如我局后续 中标 的张家港复线 船闸工程 的配筋已做了调整。 图 l 0 水平钢筋加密 2 ) 尽量缩短底板和倒角 、 倒角与墙身浇筑时问 差 ， 有条件的时候 ， 将倒角与墙身一起浇筑。 3 ) 加强混凝 土养护 ， 采用喷淋 养护 ， 养 护时间 不少于 l 5天， 有条件的情况下 ， 采用蒸汽养护 ， 如图 1 l 所 示 。 图 1 l 喷淋养护 2 1 3 治 理 效 果 刘老涧 三线船闸上下闸首左右边墩， 共分四次 浇筑 ， 先上 闸首 、 后下闸首， 先右边墩 、 后左边墩。在 四次浇筑过程 ， 根据 出现裂缝位置及可能的原冈， 逐 沈波， 等： 船闸施工中的混凝土质量通病防治 l l 7 步地采取了以上的措施 ， 从实施 的结果来看 ， 虽未能 彻底根除廊道的裂缝问题 ， 但 出现裂缝的数量大大 减少。 本工程闸室部分共 1 4段 ， 除与上 、 下 闸首相邻 段为 1 0 n l 段外， 其余 1 2段长度均为 2 0 m， 其中闸 室倒角高 1 8 Ill ， 闸室墙高 8 7 r n ， 其中墙身和倒角 出现裂缝的有 5段 ， 在采取以上措施后 ， 裂缝逐渐减 少 ， 后期浇筑的墙身和倒角基本不再有裂缝 出现。 2 2 墙身及倒角混凝土表面质量较差 2 2 1 通病特征及形成原 因分析 倒角面由于是斜面 ， 不便于振捣 ， 同时振捣后混 凝土 中的水泡和气泡难 以排出， 混凝土成形后 ， 在表 面形成气泡多、 砂斑多 的现象 ， 同时 ， 由于 出现裂缝 的位置刚好位于截 面变化处 ， 由于混凝土在不同截 面处产生不同的收缩从而产生收缩裂缝 ； 墙身部分 采用整体大模板工艺 ， 同时墙身采用一次成形技术 ， 混凝土浇筑过程 中， 不利于水泡和气泡的排 出。通 病特征主要表现为 ： 1 ) 拆模 后倒 角面 出现较 大面积 的砂 斑 、 砂线 、 气泡 ， 倒角墙身拐角处 出现裂缝等 ； 2 ) 墙身表面出现砂斑 、 砂 线 、 气泡 、 云斑等表面 缺陷。 2 2 2通 病 防治 2 2 2 1 倒角表面缺陷治理 1 ) 布料与振捣 ? 昆凝土浇筑前 ， 先用少量的水将接触面淋湿且 接触面处不应有积水 ， 下料前先浇 5 e m厚 的同标号 砂浆以保证两次混凝土的良好接触。 下料位置尽量 向倒 角靠近 ， 保持混凝 土浇筑时 倒角处混凝土面高于后部。由于倒角竖向钢筋问距 较密， 在 征得监理方 同意后 ， 每隔 2 m左 右割 口 子 ， 将溜槽加一个拐角直接伸进倒角 内， 同时注意混 凝土流动过程中有无离析现象 ， 加强人工翻锹 ， 割断 的钢筋采取绑扎恢复。下料工艺的改进如 图 1 2 、 1 3 所 示 图 1 2 改进工艺后 图 1 3 改进 工艺前 控制下料速度 ， 确保混凝 土的分层厚度和振捣 质量 ， 避免下料过快 ， 导致出现分层厚度过大或来不 及振捣 的现 象， 混凝 土的分层厚度 严格控 制在 3 O c m左右 ， 同时使用带有硬柄的振捣棒振捣 ， 以使振 捣棒能够伸进倒角面模板振捣 。 2 ) 模板 倒角模板采用的丹麦 F O R MT E X生产的透水模 板布 ， 是一种纤维组织 ， 使用 时贴在模板上 ， 它能把 刚刚浇好的混凝土表面多余 的空气和水排出 ， 能令 混凝土的表面变得光滑 ， 密度提高 ， 大大减少表面的 砂眼和裂纹 。 3 ) 混凝土 针对掺加粉煤灰后 ， 混凝土泌水增加的现象 ， 调 整混凝土配合 比， 粉煤灰掺量控制在 1 5 ， 同时由 于粉煤灰用量的减少 ， 水泥用量的增加 ， 严格控制混 凝土的坍落度 ， 将坍落度控制在 81 0 e m， 混凝土 表面有泌水及时排 出。 采取以上措施后 ， 砂面得到有效的控制 ； 气泡数 量减少 ， 直径变小 ， 裂缝隙基本 消失 ， 基本达 到了预 期 的目标 ， 如图 1 4所示。 图 1 4倒角表面处理前后对 比 2 2 2 2 闸室墙身表面缺陷治理 对墙身表面出现 的缺陷 ， 有针对性地采取 了以 下措施 ： 1 ) 振捣和混凝土工艺同倒角工艺， 采用小坍落 度的? 昆 凝土。 ( 下转第 1 3 4页) l 3 4 四川建筑科学研究 第 4 0卷 由于基础的底面 宽度 大于等于 2 5 m， 按基础 规范 ， 底板受力钢筋可截断二分之一 ， 而按混凝土规 范的最低 要求 ， 截断点应位 于充分利用点 1 2 1 之 外 ， 同时还需从理论不需要点向外延伸 2 0 d ， 上述 3 种配筋方案按此规定得到的钢筋断点距基础端部的 距离分别 为 3 2 0 m m、 2 3 8 mm和 1 4 2 mm。由此可 见 ， 若按基础规范取基础宽度的 0 9倍 ， 并交替布置 钢筋 ， 仅方案能满足混凝土规范的要求。这里 ， 偏 于保守地取 X O 5 L= 0 5 8 ， 而由式 ( 2 1 ) 解得 X O5 L = 0 6 2。 若在上例 中改 为墙下 混凝 土 条形 基 础， 墙 厚 2 5 0 m m， 其他 条件 不 变， 此 时 基础 底 面宽 度则 为 2 2 5 0 m i l l 2 5 0 0 mm， 基础底板配筋量不变 ， 采用方 案和的布筋形式 ， 钢筋长度取基础 宽度 的 0 9 倍后 ， 钢筋截断点仍能满足混凝土规范 的要求。 从上述理论推导和 2个算例 的结果可知 ， 现行 基础规范关 于底板钢 筋截 断的规定存 在不合理之 处 ， 基础的悬挑长度才是影 响底板二分之一钢筋的 充分点的关键因素， 钢筋的截断应考虑混凝 土规范 的规定。 4 结 论 假定地基反力为均匀分布 ， 且满足地基承载力 和变形要求 ， 通过对混凝土条形基础的承载力分析， 导出了基础高度的直接设计表达式 ， 主要研究结论 总结如下 ： 1 ) 对无筋混凝土条形基础 ， 高宽 比是影响 承载 力的主要因素 ， 满足特定条件时可仅需验算抗 弯承 载力或抗剪承载力。在基础高度较大时 ， 尤其要重 视抗弯承载力验算。 2 ) 变截 面条形基础底板 的控制截 面位于弯矩 最大处， 底板配筋计算中的内力臂系数可取 0 9 5 。 3 ) 基础底 板的悬挑长度是影 向二分 之一嵌 固 端钢筋的充分利用点 的直接因素， 钢筋的截断应考 虑现行 昆凝土规范 的要求 ， 该充分点可偏于安 全地 取位于距离端部的 0 5 8倍挑长处。 4 ) 基础设计中， 基础坡度和根部高度除满 足基 础规范要求外 ， 基础底板受力钢筋在满足规范要求 的直径和间距下应优先用较细直径钢筋。 尽管本文 以均 匀分 布的地基净反力为研究对 象 ， 地基反力为线性分布时也可得到类似的结论 。 参 考 文 献 ： 【 1 GB 5 0 0 0 0 7 -2 0 1 1建筑地基基础设计规范 s 2 王常清 ， 霍达 钢筋混凝土条形基础 的最优 化 改汁 O L h t t p： w ww c n k i n e t 3 GB 5 o 0 叭0 2 0 1 0混凝土结构 没计规范 s 4 孟 晶 墙 下或柱下条 形基础底面积 的补偿计算 J 低温建 筑技 术， 2 0 1 3， 2 l ( 7 ) ： 8 8 _ 8 9 一 - 、 - ， 、 - 、 ， i- 0 - 信 百 ! _ ： ! - 骨 介 0 0 ! ， 、 _ 、 i、 一 、1 、 ! ； ( 上 接 第 1 1 7页) 2 ) 由于墙高 1 0 m， 下料 时加工专 门 的下 料 串 筒 ， 确保下料时的 自由高度不大于 2 5 m。保证混 凝土下料时不至发生离析现象 。 3 ) 采用浙江海宁市丁桥化工厂 Z M一 9 0建筑模 板长效脱模剂 ， 该脱模 剂能将部分的模板 表面缺 陷 避免反应到混凝土表面 ， 同时拆模后 ， 能在混凝土表 面形成镜面效果 。闸室墙身治理效果如图 1 5所示。 (a ) if 理 ( b ) 治理 前 图 l 5 闸室墙身表面处理前后对 比 3 结 语 本文仅就船 闸工程中有关混凝土质量通病的防 治做了系列试验和探索 ， 而船 闸工程本身是一 个系 统工程， 点多线长 ， 结构类型众多 ， 以往施 工过程 中 出现的一些质量通病 ， 有些为结构本身的原因， 有些 是施工过程中不规范操作造成 的。实践经验表 明， 只要能规范施工 ， 事前预控 ， 大部分的质量通病是能 够得到有效控制的。 参 考 文 献 ： I J T J 2 8 8 - - 9 3船闸 1 ： 程质遗检验评 定标准 S 2 J T J 2 6 9 -1 9 9 6水运工程混凝土质量控制标准 s 3 彭圣浩 建筑工程质量通病 防治手册 M 3版 北 京： 【 I 圈建 筑 l 出版社 ， 2 0 0 2