水利施工中混凝土裂縫研究

水利施工中混凝土裂縫研究

一、工程概況

某水利澆灌渠道全長(zhǎng)為120km整個(gè)水利渠道的渠底寬度為10m，渠道內(nèi)部邊坡的坡度比為1：2，渠道深度為2m。輸水流量設(shè)計(jì)為每秒10m3，渠身主要以15cm的現(xiàn)澆混凝土板通過機(jī)械襯砌方式進(jìn)行施工建設(shè)襯砌斷面采納梯形結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行施工建設(shè)，在防滲膜下鋪設(shè)5cm厚的砂漿墊層并采納0.8mm厚的布膜分別作為防滲施工的主要材料，以對(duì)于渠道工程的施工質(zhì)量進(jìn)行保證。在水利渠道的施工中，采納上述形式進(jìn)行渠道襯砌施工，有利于避開渠道滲水狀況發(fā)生，并且在很大程度上節(jié)省了渠道襯砌施工所需的勞動(dòng)力，具有較為突出的施工優(yōu)勢(shì)。但是，需要留意的是，一旦渠道襯砌混凝土消失裂縫問題，將會(huì)對(duì)于渠道的防滲性能產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)?duì)渠道的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生破壞。因此，進(jìn)行渠道襯砌混凝土裂縫的預(yù)防，是該水利工程施工建設(shè)中的重點(diǎn)。為分析和討論混凝土施工時(shí)的溫控防裂有效措施，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力狀況進(jìn)行了全過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，以確保工程結(jié)構(gòu)的平安。

二、混凝土底板內(nèi)力計(jì)算

本工程中依據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，底板內(nèi)力按彈性地基梁計(jì)算，分段計(jì)算荷載，并計(jì)入邊墻不平衡剪力。經(jīng)計(jì)算底板荷載較大，單寬最大剪力作用力取值為1,350.0kN計(jì)算出的底板內(nèi)力單寬最大彎矩取值為2,460.0kN·m。下混凝土底板內(nèi)力方面：?jiǎn)螌捵畲蠹袅ψ饔昧θ≈禐?,420.0kN單寬最大彎矩作用力取值為2,550.0kN·m。依據(jù)由單寬最大彎矩取值進(jìn)行底板配筋計(jì)算，計(jì)算得出的底板配筋率取值為0.27%配筋率取值為0.19%。計(jì)算結(jié)果表明，底板厚度能夠滿意結(jié)構(gòu)受力要求，且配筋率合理，說明選定的底板厚度適中。

三、混凝土裂縫掌握計(jì)算

水工混凝土裂縫掌握方面的問題始終都是各方人員高度重視的技術(shù)性問題。本工程中結(jié)合在混凝土施工期間的外部環(huán)境特征，從特性測(cè)試以及材料選擇等方面入手，確定了兩個(gè)不同的混凝土協(xié)作比試驗(yàn)方案。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，對(duì)混凝土絕熱溫升的計(jì)算可按下式進(jìn)行：混凝土絕熱溫升＝（齡期下水化熱參數(shù)*包括水泥及粉煤灰的膠凝材料用量）/（混凝土比熱*混凝土質(zhì)量密度）；水化熱溫升的計(jì)算則根據(jù)如下方式實(shí)施：水化熱溫升＝施工混凝土結(jié)構(gòu)水化熱基本溫升*水泥強(qiáng)度修正系數(shù)*水泥品種修正系數(shù)*水泥用量修正系數(shù)*模板修正系數(shù)；其中，水泥強(qiáng)度修正系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值1.1，水泥品種修正系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值為1.3，模板修正系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值為1.5。依據(jù)以上參數(shù)，得到兩種配比方案下，混凝土所對(duì)應(yīng)的絕熱溫升以及水化熱溫升取值結(jié)果。方案一中，水化熱溫升取值為16.53℃混凝土絕熱溫升取值為28.62℃；方案二中，水化熱溫升取值為24.52℃混凝土絕熱溫升取值為38.93℃。

四、應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

混凝土溫度應(yīng)力監(jiān)測(cè)所用傳感器為KM系列差動(dòng)電阻式鋼筋應(yīng)力計(jì)，依據(jù)底板配筋狀況，選用了溫度應(yīng)力測(cè)讀儀器為DQ-6型數(shù)字式電橋與主筋直徑全都的兩種規(guī)格的鋼筋計(jì)KM-30型和KM-26型，量程為199.0MPa。傳感器在現(xiàn)場(chǎng)安裝使用前，進(jìn)行了室內(nèi)率定。鋼筋計(jì)的率定采納606.0kN萬能機(jī)完成。底板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)是在下底板按上游、中游、下游設(shè)置了三個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，剖面與水流方向?yàn)榇怪标P(guān)系，每個(gè)剖面上均布置20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，測(cè)點(diǎn)鋼筋計(jì)規(guī)格依據(jù)主筋直徑進(jìn)行選擇。在安裝過程中將鋼筋應(yīng)力計(jì)與主筋進(jìn)行焊接，使其與主筋成為一個(gè)整體，故而能夠確保應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的牢靠性。底板混凝土溫度應(yīng)力的監(jiān)測(cè)是利用為監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力而預(yù)埋的鋼筋應(yīng)力計(jì)進(jìn)行的。眾所周知，在底板混凝土的施工作業(yè)環(huán)節(jié)中，工程還尚未受到其他結(jié)構(gòu)荷載作用力的影響，換言之，在這一環(huán)節(jié)中，底板混凝土所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部溫度應(yīng)力水平可以直接依據(jù)混凝土硬化過程中的底板主筋應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。產(chǎn)生拉應(yīng)力的緣由為：在模板拆除前砼受熱膨脹而產(chǎn)生肯定比例的壓應(yīng)力其緣由是由于受模板約束的影響，當(dāng)模板拆除后壓應(yīng)力得到釋放約束減小。再加之，模板拆除環(huán)節(jié)中的環(huán)境溫度下降，部分暴露混凝土受到環(huán)境溫度下降的影響而發(fā)生收縮，進(jìn)而形成拉應(yīng)力。底部其余測(cè)點(diǎn)位于混凝土深，同樣是受到混凝土熱脹因素的影響，造價(jià)上混凝土深部散熱速度較慢，故而產(chǎn)生了肯定程度的壓應(yīng)力。受到氣溫驟降的影響，面層測(cè)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生肯定的拉應(yīng)力。在這一過程當(dāng)中，混凝土內(nèi)部溫度受到水化熱反應(yīng)的影響而達(dá)到最高值，外界氣溫的快速下降使的混凝土表面急劇收縮，價(jià)值內(nèi)部熱脹對(duì)其有特別劇烈的約束影響，故而形成明顯的拉應(yīng)力反應(yīng)。說明在受到氣溫明顯下降的因素影響，在內(nèi)部熱脹混凝土的影響下，表層混凝土發(fā)生特別顯著的收縮反應(yīng)，此過程中兩者之間的約束關(guān)系明顯，會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，若此時(shí)不實(shí)行有效的措施，則會(huì)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生裂縫。除此以外，本工程中由于混凝土的熱傳導(dǎo)性能差，施工期在混凝土內(nèi)部會(huì)形成非線性溫度場(chǎng)，產(chǎn)生對(duì)混凝土不利的內(nèi)部約束。以上問題都需要施工中實(shí)行對(duì)應(yīng)的溫度掌握措施加以改善。

五、溫度掌握措施分析

依據(jù)監(jiān)測(cè)所得到的成果，認(rèn)為在本船閘工程中，混凝土施工方面應(yīng)當(dāng)實(shí)行的溫度掌握措施有以下幾點(diǎn)：

（1）在施工設(shè)備方面配備3臺(tái)強(qiáng)制式拌和機(jī)及自動(dòng)上料機(jī)3臺(tái)以混凝土拌和機(jī)械以HZJ50B型自動(dòng)上料拌和樓為主，另備3臺(tái)120kw發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)放置60t水泥儲(chǔ)罐一只和粉煤灰儲(chǔ)罐一只拌和用水由水塔用中管送接至拌和站水箱，外加劑從操作平臺(tái)上由人工加入由電腦掌握而砂、石、水、水泥、粉煤灰均為自動(dòng)上料；砂石儲(chǔ)料場(chǎng)位于拌和站南側(cè)拌和站出料口以相宜混凝土攪拌運(yùn)輸車接料的高度設(shè)置?；炷吝\(yùn)輸主要為2臺(tái)攪拌運(yùn)輸車；動(dòng)力設(shè)備利用網(wǎng)電以確保混凝土連續(xù)澆筑。

（2）在混凝土配比方面，本工程中采納超量取代法摻加；外加劑：外加劑選擇引氣量小、高效減水、緩凝時(shí)間長(zhǎng)并與已選定的水泥、粉煤灰配伍良好且干縮性能好以及水化熱小的產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)。底板及墻體均屬混凝土降低水泥水化熱是特別有效的溫控措施。水泥：摻量為水泥用量的18.5%選用水化熱較小的P.032.5級(jí)散裝水泥；粉煤灰：采納袋裝粉煤灰，采納復(fù)合型外加劑，摻量為膠結(jié)材料的6.2%~7.2%，采納內(nèi)摻法。

（3）在混凝土澆筑方面，混凝土底板澆筑時(shí)采納階梯法分6批澆筑，每批澆筑厚度為0.6m，階梯理論長(zhǎng)度為2.5m。每批混凝土方量為15.0m2，經(jīng)多次試驗(yàn)摻外加劑后的混凝土初凝時(shí)間均大于300min，實(shí)際生產(chǎn)強(qiáng)度取24.0m3/h且混凝土拌和站的理論出料強(qiáng)度為48.0m3/h，則每批混凝土澆筑時(shí)間為0.65h，混凝土澆筑完畢時(shí)間為195.0min，不會(huì)產(chǎn)生冷縫。

（4）在混凝土養(yǎng)護(hù)方面，施工前依據(jù)試驗(yàn)數(shù)值對(duì)底板混凝土進(jìn)行溫控計(jì)算，并以此確定保溫柔養(yǎng)護(hù)措施，混凝土澆筑完畢后，準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。底板表層混凝土振搗后，收光后先鋪塑料薄膜準(zhǔn)時(shí)抹平經(jīng)真空吸水后在收光，再蓋兩層草簾，灑水養(yǎng)護(hù)。

六、結(jié)束語

水工混凝土工程廣泛應(yīng)用于水利等主體部位同時(shí)也是水工建筑物的一種重要的結(jié)構(gòu)形式，這些主體部位有整體性、防水性、抗?jié)B性等諸多要求諸如強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，水利工程中多