船闸工程混凝土裂缝控制技术

韩振涛

中交三航局第二工程有限公司

船闸工程混凝土裂缝控制技术

韩振涛

中交三航局第二工程有限公司

船闸主体工程的闸室、上下闸首、导航墙、靠船墩等均为大体积混凝土结构。因此，一方面，在船闸工程建设中，大体积混凝土结构普遍存在；而另一方面由于其施工组织复杂、施工工期较长、施工技术水平要求高等因素，如果控制不到位，就容易出现混凝土裂缝、蜂窝、麻面、错台及平整度差等质量问题。基于此，笔者结合实践体会，就船闸工程大体积混凝土裂缝成因及控制方法，作出以下探讨与分析。

船闸工程；混凝土裂缝；控制方式

美国混凝土学会对于大体积混凝土的定义是：任何就地浇筑的混凝土，其尺寸之大必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。在内河船闸工程中大体积混凝土往往应用于主体结构中，这些结构具有方量大、结构复杂、工期长的特点。由于混凝土收缩、温度、原材料、配合比等原因，船闸结构极易产生裂缝，这些主要部位的裂缝会影响到船闸工程的耐久性，并形成安全隐患。本文主要对船闸混凝土裂缝产生原因、控制对策进行探讨。

1 工程概况

大治河西枢纽新建二线船闸工程是大芦线二期工程关键性控制节点，位于闵行区浦江镇大治河南侧，西起黄浦江，东接大芦线航道，工程总投资为17.87亿元，12月15日开工新建1座通行1000吨级船舶的二线船闸，闸首净宽23m，闸室净宽23m，长280m(有效长度260m)，门槛水深3.75m。同步建设金鲁公路桥，并配套管理用房、生产辅助用房和船舶运行调度信息系统等。该船闸是上海第一座二线船闸，计划于2017年年底前建成，对完善上海港“连接苏浙、对接海港”的内河集疏运体系和本市环卫集装箱转运系统具有重要作用。

2 船闸混凝土裂缝原因

导致大体积混凝土开裂的主要因素有水化热、温差、混凝土收缩、约束等。裂缝是水工建筑混凝土结构中普遍存在的现象，不同的部位出现裂缝的原因各不相同，如材料、设计、施工等方面原因。船闸大体积混凝土结构产生裂缝的主要原因如下：

1)结构配筋不足。船闸工程的闸首、闸室一般为钢筋混凝土底板和边墩组成的整体坞式结构，混凝土配筋率较低，构件尺寸较大。国家标准中，大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸大于1m的大体量混凝土，国内某船闸工程输水廊道边墩厚度达4m、闸首底板和闸室底板厚度达3m、闸墙厚度达3m，大部分构件属于大体积混凝土。虽然钢筋满足受力要求，但设计阶段有时欠缺考虑构造配筋的裂缝控制作用，导致某些区域出现混凝土裂缝。

2)混凝土配合比不当。在一些船闸中，采用泵送混凝土、混凝土坍落度过大、水泥用量较大导致混凝土水化热太高、混凝土收缩率较大、骨料级配设置不合理等因素导致大体积混凝土结构易出现裂缝。

3)浇筑工艺不当。一些需要分层浇筑的大体积混凝土结构，若浇筑速度太快，下层混凝土在硬化初期可能发生沉降，产生横向裂缝，也可能因为底层混凝土浇筑完成后，经过很久才浇筑上一层混凝土时，底部混凝土约束容易导致上层混凝土产生竖向的约束型裂缝。

4)混凝土温度收缩。大体积混凝土浇筑完成后，水泥的水化热使混凝土内部温度升高，夏季中心最高温度可达70℃以上，中心温度降低速度较慢，表面降温速度较快，混凝土中心与表面产生较大的温度梯度，导致混凝土表面收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，易出现肉眼可见的温差收缩裂缝。

3 船闸工程混凝土裂缝控制技术

3.1 控制原材料

低水化热、凝结时间长的水泥是大体积混凝土施工时优先考虑的原材料。细骨料应选择平均粒径较大、级配良好的中粗砂，尽量控制其细度模数，降低其孔隙率。粗骨料应该选择较大粒径的、品质优良、级配良好的石子。这样可有效减少水、水泥的用量，减小混凝土泌水现象。同时可掺入减水剂和缓凝剂，外加剂要与水泥性能相适应。适当的外加剂不仅可减少水泥的用量，也可降低混凝土的孔隙孔径，从而降低水泥的水化作用。

3.2 优化结构设计

在船闸设计时，必须合理配置钢筋。在考虑承载力要求的同时，还应该考虑裂缝控制的需要。所以可适当增加配筋量，在结构突变处应做局部处理，并增设钢筋网片，对于存在较大的孔洞部分，应该尽量在其周围设置上护边角钢，以提高其抗裂性。在容易开裂部位混凝土中可掺加纤维，可起到较好的防裂效果。对大体积混凝土应分段浇筑并设置后浇带。在闸首、闸室底板施工时合理的设置后浇带，可有助于混凝土水化热的散发，同时还能预先让边墩及闸墙沉降，减少地基应力不同所造成的裂缝。

3.3 降温控制措施

大体积混凝土施工时，为了降低混凝土的温度，除了需要对混凝土配合比进行优化，还可在内部设置冷却管。冷却管可均匀布设在底板及墙身等大体积混凝土内部。在混凝土浇筑完成后，便可进行通水，使管内水形成循环水，从而将混凝土内部产生的水化热及时散出。同时为了及时了解各部位混凝土温度的变化情况，可在内部埋设测温点。如海安双线船闸在闸首底部布置冷却水管并及时进行温度测定，有效的控制了底板裂缝的产生。

3.4 严格控制施工工艺

原材料的保护和降温：对原材料采用降温措施对控制混凝土的温度十分有效，因此要避免在高温天气阳光的直射，应对砂石材料进行覆盖处理。而水泥材料一般应提前进场使其自然冷却，降低混凝土浇筑时的温度。

混凝土的拌和：在进行混凝土的拌和中，要准确计量原材料，并对拌和物进行一定的降温处理。混凝土在运送及施工前都应有相应的技术措施来对混凝土温度进行控制。

混凝土的浇筑：目前在大体积混凝土的施工方法中，比较成熟的浇筑方法有分段浇筑和分层浇筑。对于船闸工程整体工程而言，本工程内外闸首采用的是对称分层连续浇筑的方式，闸室采用的是分段浇筑的方式。

拆模：应根据工程建设实际情况，结合试验制定合理的拆模时间；对温控要求严格的部位，模板拆除后即贴保温材料，防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于混凝土的抗拉强度而产生裂缝。

综上所述，在船闸工程中，大体积混凝土的应用非常普遍。对混凝土进行裂缝控制是船闸工程的重点问题，它是提高混凝土使用性能，提升船闸工程整体稳定性的主要途径。大体积混凝土施工过程中，应该从建设管理、结构设计、施工养护控制、降低混凝土温度等多方面着手，全面预防混凝土裂缝的产生。

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[2]张晓军.船闸工程大体积混凝土裂缝成因及控制对策研究[J].中国高新技术企业，2013，34：20-21.

[3]涂伟成，刘松，张明雷.船闸大体积混凝土温度及裂缝控制技术[J].水运工程，2015，06：197-202.