水闸底板混凝土施工技术探讨

张培光

摘要：针对水闸底板混凝土容易开裂而影响抗渗、耐久性的问题，本文分析了制定混凝土施工方案中需要重点考虑的内容，并对混凝土浇筑、养护与质量控制措施进行了探讨。

关键词：水闸；底板混凝土；施工技术

水闸是水利工程中最为常见的低水头建筑物，主要承担排涝、引水、灌溉、通航、挡潮等任务，大中型水闸底板厚度一般超过1m，按照《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）的定义归入大体积混凝土范畴。我们知道大体积混凝土施工条件复杂，混凝土用量多，水泥水化热大，如果温控措施不当很容易因为温度应力超过材料极限而开裂，此外还要考虑混凝土供应等问题，以免因接茬不好而产生施工冷缝，影响防渗性能和耐久性能，可以说从施工准备、全面施工到尾工阶段都需要下足功夫才能保证底板混凝土的施工质量。因此，本文对水闸底板混凝土施工技术进行了探讨，以期为类似工程建设提出较好的解决办法。

1 水闸底板混凝土施工方案的制定

1.1 施工方案编制概况

水闸底板混凝土施工按工种分为钢筋工程、模板工程和混凝土工程三部分，其中混凝土工程起着主导作用，所以本文主要讨论这部分内容。混凝土工程包括配料、搅拌、运输、浇捣、养护等过程，对于大体积混凝土来说混凝土配合比、筑块划分和温控措施是关键环节，因而是施工方案中需要重点考虑的部分。

1.2 混凝土配合比设计

底板混凝土需要满足以下条件[1]：（1）降低水化热以控制温升；（2）具有较好的抗渗、耐冲磨及强度要求；（3）施工季节因素；（4）适应运输、浇筑要求的和易性、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，再加上耐冲磨性要求，一般应采用普硅水泥，其强度等级不应低于P.O 32.5，并应掺加粉煤灰、矿渣粉等掺合料，既改善混凝土和易性，也可降低水泥水化热，但是掺合料质量需要严格控制，粉煤灰级别不得低于GB 1596-2005规定的Ⅱ级灰，矿渣粉质量应满足GB/T 18046-2008的规定。粗骨料应选用连续级配碎石，粒径5～25（31.5）mm，含泥量应小于1%。细骨料宜选用中粗砂，含泥量不得大于3%。外加剂应选用聚羧酸系或奈系减水剂（泵送剂），并根据施工季节和凝结时间要求选用标准型或缓凝型产品。另外，可根据需要掺加微膨胀剂、聚丙烯纤维以提高抗裂性能。混凝土配合比应根据混凝土强度等级、原材料品质、工作性及混凝土其他性能要求进行设计，再通过试配和调整确定。例如某水闸底板混凝土设计强度为C30，确定混凝土配合比为：P.O 42.5水泥288kg/m3，5～31.5mm碎石1027 kg/m3，细度模数2.7～3.2的砂685 kg/m3，Ⅱ级粉煤灰123 kg/m3，奈系高效减水剂4.52 kg/m3，水191kg/m3；该混凝土坍落度190mm，初凝时间≥4.5h。当采用商品混凝土时，不但要求混凝土性能满足要求，还必须对原材料品质提出要求。

1.3 混凝土筑块设计

水闸底板混凝土一般都是分层分块进行施工的，大中型水闸采用结构缝（如沉降缝、温度缝）分块，但是结构块较大也不便施工，这时应再以施工缝分为若干个更小的块，这称之为称为筑块。划分筑块时应避开弯矩、剪力最大处分缝，并要同时考虑底板断面变化以及模板架立等因素[2]。中小型水闸应充分利用结构缝分块，但同时也要考虑施工能力和保证浇筑的连续性。

筑块体积应按混凝土搅拌站的实际生产能力进行控制，以公式表示即 （m3），式中 为一班或两班制施工时搅拌站连续生产时间（h）； 为搅拌站生产能力（m3/h）。筑块面积应按施工不产生冷缝进行控制，以公式表示即 （m2），式中 为混凝土运输时的延误系数，一般取0.80～0.85； 为混凝土浇捣可用时间，其中 为混凝土浇筑时允许的间隔时间，一般取混凝土初凝时间（h）， 为混凝土运输占有的时间（h）； 为混凝土铺料厚度（m），一般应取300～500mm。筑块高度应按 确定，其中 。在满足上述关系条件下，筑块数量应尽量少，以减少施工缝所带来的不利影响。

筑块浇筑的顺序应遵循“先深后浅，先重后轻，先高后矮，先主后次”的原则，在已浇筑块上面或相邻筑块旁边浇筑时，已浇筑块强度应≥2.5MPa，并且已浇筑块模板已拆除、施工缝已处理、填料止水已安装及新筑块钢筋预埋件已安装、模板已架立。

1.4 混凝土温控策划

大体积混凝土施工裂缝主要是由于温度应力而引起的，除了通过合理的配合比设计、筑块设计以外，还必须对施工阶段的温度应力、收缩应力以及采取的控温措施进行计算，以确保防裂措施可靠。GB 50496-2009附录B、C提供了计算的方法。以某水闸底板施工为例，底板尺寸为25m×24m×2.5m，浇筑时为冬季，平均气温10℃，混凝土强度为C30，保温措施为上表面采用塑料膜加毛毯覆盖，侧表面采用2cm泡沫塑料板进行保温，计算出热工参数：底板混凝土内部与表面最大温差为19.65℃<25℃，底板混凝土表面与大气温差为14.59℃<20℃，底板混凝土内部与侧表面最大温差为12.37℃<25℃，可见保温措施满足温控要求。对于更厚的底板，混凝土内部一般采用水管冷却技术，在这种情况下用上述方法则难以准确计算，此时可采用冷却水管的离散模型进行仿真计算[3]。例如某水闸底板尺寸68m×60m×（2～5）m，施工期间日温差10℃，混凝土强度为C25，并采用水管冷却及表面覆4cmEPE保温被，经过有限元仿真计算表明温控措施是有效的。

2 水闸底板混凝土的浇筑、养护与质量控制

2.1 混凝土施工流程

施工准备→混凝土运输→混凝土浇捣→混凝土找平、收面→混凝土养护。

2.2 混凝土浇筑

底板混凝土浇筑应采用分层浇筑、薄层推进的方法，并严格按照设计程序进行，一般应由底板一角开始，然后逐层台阶向上浇筑。浇筑方向应从远端到近端，并控制每层浇筑厚度在300～500mm。施工缝应预留在后浇带上，水平施工缝应设在两侧墙根吊模高出底板面300mm处。为了避免施工冷縫出现，上下层或前后层的混凝土浇筑接茬时间应小于混凝土初凝时间。

2.3 混凝土振捣

混凝土浇筑之后应及时进行振捣，并应以机械振捣方式为主，机械振捣不易振到的地方可采用人工插捣方式。根据平面分区振捣，振动棒插入间距在400mm左右，每次振捣时间控制在15～30s左右，以避免漏振和过振。在钢筋密集交叉部位，应在周围部位插振动棒，也可以在绑扎钢筋时插入外径100mm左右的木棒，等钢筋绑好再抽出木棒，这样在浇筑时可以插入30mm振动棒振捣。在头一次振捣20～30min后应进行二次振捣。

2.4 混凝土找平、收面

浇筑到上表面时，应根据标高线进行平仓，并排除表面的积水，粗平之后用木刮尺找平；混凝土初凝开始再用木刮尺收一遍，使平整度初步满足要求；最后在终凝前用铁抹子收平。经过三次收面，可以减少表层微小的收缩缝。顶层混凝土掺入聚丙烯纤维，也可进一步减少表面龟裂缝。

2.5 混凝土养护

养护工作在混凝土终凝后就要开始了，养护的原理是保温加保湿，先将塑料薄膜贴在混凝土表面，再覆盖一层土工布。由于底板混凝土施工大都在秋冬季，环境温度较低，所以在土工布上再覆盖油布、草垫、泡沫塑料板等保温材料。侧面可延迟脱膜，脱膜后再覆盖塑料薄膜、保温材料等。覆膜時必须贴紧混凝土表面，并确保搭接处也不漏风。养护覆盖时间应不短于15d。设置冷却水管的应在浇筑开始就通水，并间隔12h对水流换向，通水时间一般不少于5d。

2.6 混凝土温度测控

对于矩形平底板，因其形状规则，故可在对角线上设置温度监控点，底板断面上、中、下都应设置测点，其中上部测点设在表面附近。另外，应在底板附近设置环境温度测点。测温应采用经过校验、绝缘处理的热电偶（如铜-康铜热电偶），再通过数字检测仪表显示温度。温度测控从浇筑开始，控制入模温升不超过40℃，混凝土内部与表面温差不超过25℃，混凝土表面温度与环境温度不超过20℃，混凝土降温速率不超过2.0℃/d。每天测温次数不少于4次，入模温度每班不少于2次。

2.7 混凝土施工质量控制要点

提高水闸底板混凝土质量应从改善混凝土配合比、保证原材料品质、控制浇捣质量、加强养护管理等环节进行综合控制。由于目前多采用商品混凝土，但各个搅拌站素质、信誉不尽相同，因此应从信誉好、业绩突出的搅拌站中优选。混凝土入仓温度可通过拌合用水温度进行调节，对于环境温度较低的地区可采用热水拌料，环境温度较高地区模板应用水冷却，并加遮盖避免阳光直射。雨期施工必须有防雨措施。底板侧模延迟拆模，但可以在终凝后先放松50%扣件，18h后再全面放松扣件[4]。

3 结语

底板混凝土结构因为厚度大、浇筑方量多而成为水闸工程质量控制的关键，作为施工单位应针对混凝土设计、材料、施工、温控、养护等环节采取积极有效的措施，则不仅利于混凝土裂缝的控制，更可以促进工程质量提高和降低工程成本。

参考文献：

[1] 刘翰波，黄瑛，张涛. 孤岛围堰水闸大底板混凝土施工技术[J]. 港工技术与管理，2013（4）：19-23.

[2] 朱智华. 浅谈水闸工程施工技术[J]. 湖南水利水电，2012（2）：24-26.

[3] 刘启波，魏林坚，强晟，等. 新型超长底板水闸混凝土结构施工期温控防裂研究[J]. 三峡大学学报（自然科学版），2011，33（2）：1-4.

[4] 刘建忠，陈海东. 水闸底板大体积湿凝土浇筑的施工方法和质量控制[J]. 江苏水利，2013（5）：26-27.