引水工程闸底板浇筑分析.doc

摘要：随着大中型水利枢纽的开挖建成，拦河闸闸底板基础浇筑施工质量对整个大坝枢纽的基础稳定起着非常至关重要的作用。本文主要针对大中型的水利枢纽工程基础混凝土施工进行研究分析，由于河床式电站和枢纽轴线布置沿河床分布，那么大型闸底板浇筑施工往往也会经常遇到。本文着重对xx右岸3#～4#闸底板浇筑施工的各个主要工序（仓内温控、施工工艺、结构缝分析）进行主要叙述。因此本文有广泛的实际应用和指导意义。

关键词：塑性收缩裂缝 塑钢纤维砼 桁架法浇筑
1、前言：
1.1研究背景：
随着我国各类大型水利项目工程的不断拔地而起，都离不开对大体积混凝土的施工技术研究，而对该课题的的研究也就渐渐走向成熟，但随着科学技术的提高和发展在施工过程中也不断涌现了一些新的施工方法和技术革新。对此加以总结，对以后的大体积混凝土施工技术积累了很多的经验、好的方法，以便对现场的施工进行一定的指导作用。
2、工程部位概况：
xx供水工程由拦河闸、输水系统及附属工程等建筑物组成。坝址位于xx县xx镇上游、大小xx汇合口下游段，距xx镇上游0.8公里处。拦河闸设14孔，孔宽12米的开敞式挡水闸，1#～6#闸室地板高程1.5米，7#～14#闸底板高程3.0米。挡水闸总长204米。其中3#～4#闸底板宽29米（桩号闸纵0+29～0+58闸纵），长16米（桩号闸上0+015.5～闸下0+005.5）工作门槽轴线桩号为0+000，底宽2.13米；检修门槽轴线桩号为闸上0+008，底宽1.6米。上游测和左右侧设两道止水，分别为水平铜止水一道，652橡胶止水一道，下游设652水平止水一道。闸室底板从▽-1.5～▽1.0高程，其中底层2米C25W4F50砼，上层0.5米采用C40W4F100塑钢纤维砼，砼总工程量为1180立方米。底板面层布设三层钢筋网，上层两横向间距10公分，纵向间距20公分；底层钢筋间距为双向20公分；层间净距为7公分、主筋为Φ28、副筋Φ16;面板上部按设计设置闸墩插筋。

3、施工准备阶段：施工准备阶段主要体现在对原材料的选择,主要体现在对水泥、骨料、配合比、外加剂的选择上：
3.1水泥的选择：
内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾地热和高强两方面的要求，主要采用地热矿渣水泥，中热硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。由于闸底板建成后常年出于水下，所以水泥选用粉煤灰水泥，并且水位变化区的混凝土有一定的抗冻、抗渗、抗冲刷、抗磨损的要求，所以标号要≥425号水泥要求。
3.2骨料的选择：
选用结构致密，并有足够强度的优良骨料，特别是中粗骨料，具体应符合有关的标准、规范和规程。除此之外还应注意以下问题：①骨料要求表面洁净，不含杂质。②砂子采用中砂，经过实验分析砂子的细度模数为2.68。石子采用卵石，结合本工程采用xx河道开挖的砂卵石经现场严格的筛分系统分级筛分。③砂子含泥量不得超过3%，石子含泥量不得超过1%。④粉煤灰在混凝土的配合比以部分粉煤灰代替水泥，不仅可以改善混凝土的和易性有利于施工操作，而且对降低混凝土的水化热有益。在混凝土施工中掺入粉煤灰应满足：选用细度合格、质地优良的粉煤灰：掺入量以15%～20%为益。
3.3配合比及外加剂：
本工程使用混凝土配合比表：如表3-1

单位：Kg
品种
配合比
外加剂
坍落度
CM
水泥
水
砂
小石
中
石
HW-3
减水剂
DH9
引气剂
Ⅱ型
粉煤灰
C25W4F50
222
108
529
572
858
0.8
0.011
55
4～6
C40W4F100
423
131
741
1041
／
0.8
0.01
／
3～5
表3-1
该配合比严格按照《水工混凝土配合比设计规程》（DL／T5330-2005）有关标准执行。现场施工时应严格控制混凝土水灰比，在满足施工要求的前提下，尽可能减少混凝土坍落度，以提高混凝土的密实性。
4、混凝土结构裂缝主要类型和原因分析：
大体积混凝土与普通混凝土结构相比，除了必须满足普通混凝土的强度、刚度和整体性及耐久性等要求外，主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。大体积混凝土开裂施工中常见的一种病害。但施工中应尽可能采取有效的措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别使避免出现有害裂缝，以确保工程质量。
　4.1、大体积混凝土裂缝的主要类型及原因
　4.1.1干缩裂缝
　　混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。
　　干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05mm～0.2mm之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂，影响混凝土的承载力等等。

4.1.2沉陷裂缝
　　沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致。或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致混凝土出现沉陷裂缝。特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，且多以与地面垂直或呈30°～45°角方向发展。较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
4.1.3温度裂缝
　　大体积混凝土结构，浇筑后水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，聚积在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。如果温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。如果此时混凝土表面不能保持潮湿的养护环境，则混凝土表面由于水分蒸发较快而使初期的混凝土产生干缩，将加剧裂缝的产生。
4.2大体积混凝土裂缝控制施工技术措施
　　本工程分析原因上面介绍的4种裂缝中沉降裂缝出现可能不大，因为由于xx坝区河道特殊的地质条件（主要以砂卵石结构夹杂这不连续的淤泥带，经过设计变更，闸底板地基处理均加设了外部尺寸为矩形灌注桩，所以沉降裂缝的可能性不大。其它三种裂缝可以采取相应如下措施尽量避免：
4.2.1．严格控制骨料级配并根据设计要求在混凝土中掺加一定用量外加剂，如DH9引气剂、HW-3减水剂、Ⅱ型粉煤灰等外加剂，来降低混凝土水化热的温升。
4.2.2．采用适当的浇注方法和顺序，如“分段定点，一个坡度，薄层浇筑（一般控制住40㎝左右），循序推进，一次到顶”的方法等。
4.2.3．严格控制混凝土入模温度，自来水预可先放入地下蓄水池中降温，一般遇到高温天气，在拌合水中加一定量的冰块或对碎石洒水降温。
4.2.4.浇筑过程中，发现泌水情况，及时有专人处理排除，以减少塑形收缩裂缝。
4.2.5加强混凝土浇筑后的养护。浇筑完毕后应及时进行洒水养护，拆模后砼表面立即盖上毛毯，养护时间一般不少于28d。这对砼表面的干缩裂缝极为重要。
5.大体积混凝土施工：
5.1分次浇筑：
我国现行的大体积混凝土浇筑一般采用平铺法和台阶法浇筑，闸室底板3#～4#由于设计规定了C25W4F50二级配砼和C40W4F100细石塑钢纤维砼，所以本段▽-1.5米～▽1.0米2.5米高程采用台阶法施工工艺首次浇筑；▽1.0～▽1.5高程0.5米采用平铺法二次浇筑的方案。首次浇筑完毕，待混凝土强度达到2.5Mpa后，再进行第二次的上层混凝土平铺法浇筑一次到位。模板一次安装到位，首次浇筑前将底板钢筋、架力筋及插筋安装完毕，周边止水安装固定，面层钢筋暂不安装，留待二次浇筑前绑扎完成。这也是xx供水工程闸底板大体积混凝土浇筑的独特浇筑方法。
5.2混凝土施工安排：
大型水利水电工程一般设揽机平台和采用塔吊和大型履带吊配吊罐入仓浇筑。本工程由于不设揽机平台，在左岸纵向围堰和闸底板、闸墩浇筑上采用50／80吨履带吊吊机和塔吊实行浇筑，右岸闸底板浇筑由于受到上游围堰和施工进场道路空间布置的影响直接采用桁架法进行直接入仓的形式。
本工程采用桁架式浇筑方法有施工道路布置灵活，施工占地空间小，入仓时间短、下料快、浇筑过程中平仓分层均匀等特点。节省了用塔吊装料或履带吊装料在入仓的时间，但却加大了仓内人工平仓和浇筑的工作量和强度。固定小料斗一般下加串筒连接，待浇筑高度不断升高后，在人工拿取。缺点是桁架横向移动过程频繁，一般移动范围为5～6米范围。
6混凝土养护方法及效果分析：
防止水泥水化热引起结构物开裂，在温控工艺上一般有两大类。第一类是降温法， 即在混凝土浇筑成型后，通过循环冷却水进行降温，以减少混凝土内外温差第二类保温法(又称蓄热法)，即在混凝土浇筑成型后，通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇水等方法，提高砼表面及四周散热面的温度。
降温法由于它的实用性和灵活性，以及能控制整个结构物内部的温度，所以在国内外水利工程中得到广泛应用。但其耗钢量大，造价高，在建筑工程中很少用。建筑工程中常采用保温法。这种方法施工方便，价格低廉。
保温法所用的保温材料种类较多，综合本工程所处情况，施工单位决定、闸底板基础底板混凝土养护采用保温法，在有温度监测控制情况下，用一层塑料薄膜保湿，上铺一层麻袋保温，其最大温差已控制在25℃ 以内。
效果检查：基础底板经过约两个月的保温保湿养护，一年后通过各方检查，没有发现有害裂缝，证明这一次的大体积混凝土施工是有效的。
结论：本文通过本人工作以来经历的工作经验进行了一定的总结，很多水利水电工程和枢纽工程都有类似经验，特别是在对温州xxxx供水工程的大体积混凝土施工浇筑来说，在开仓准备阶段、施工浇筑工艺上（特别是采用了桁架法浇筑，在其它类似工程所见不多）、混凝土结构裂缝类型和分析上积累的一些有限经验，不足之处还望通行之间提出宝贵意见和批评指正。

参考资料：
引水工程闸底板浇筑分析
特长引水隧洞施工通风技术
[河南]某引水式水电站施工管理工作报告
排涝闸工程施工组织设计
防洪闸（节制闸）初步设计报告

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