船闸廊道施工中膨胀混凝土的应用

高翔成+王亚南

摘 要：船闸输水廊道部位是典型的空腔混凝土结构，这种结构在长期投入使用后会产生自应力及约束應力裂缝，在廊道的异型截面位置上表现最为明显，结合以往多座船闸施工经验，实现船闸廊道裂缝的有效控制是关键。对此文章结合大路李船闸廊道工程，分析船闸工程施工中利用膨胀混凝土对廊道等大体积混凝土裂缝进行控制的效果，为相关从业人员提供可靠参考。

关键词：船闸工程 廊道部位 混凝土施工

1.引言

船闸廊道钢筋混凝土结构受力情况复杂，特别是在弯道处的截面变化段，随着船闸施工过程中结构所承受荷载的不断变化，极易产生应力集中。在温度应力和收缩应力的共同作用下，导致混凝土结构产生裂缝。针对此情况，尽管在施工中多采用切角、增加防裂钢筋网等措施进行防护，但并未取得理想效果。因此在船闸实际施工中，提高船闸廊道部位的混凝土抗拉能力、减少混凝土早期的收缩应力和温度应力所形成的拉应力极为必要。

2.膨胀混凝土概述

在廊道部位工程施工中，应用膨胀混凝土的目的在于提高混凝土的抗裂能力，减少或避免裂缝的出现；在不设置后浇带的情况下加快工程施工进度；确保钢筋混凝土结构的连续性，以满足工程设计要求。膨胀混凝土在硬化过程中会出现体积膨胀现象，体内产生的压应力和压应变补偿各类收缩变形，抵消部分拉应力的存在，提高混凝土抗裂性。同时由于混凝土膨胀变形及其能量释放主要发生在养护初期阶段，正处于一种可塑性状态，故其孔隙空间易被大量压缩，进一步提高混凝土的密实度。以补偿收缩混凝土（用混凝土膨胀剂拌制的微膨胀混凝土）为例，其具有良好抗渗性和较高强度，是一种效果较佳的结构抗渗材料，该材料的膨胀特性会受到养护条件（如图1所示）、温度、膨胀剂掺加量等因素的影响。

3.工程概况

船闸廊道钢筋混凝土结构复杂、体积较大，施工过程中大体积混凝土由于一次浇筑规模较大，水泥水化过程中所释放出的热能会导致混凝土内容温度大幅升高。由于混凝土表面和内部散热条件的不同，形成温度差导致混凝土表面产生拉应力，进而产生裂缝或贯穿性雷锋。同时混凝土结构由于基础、钢筋等部位的牵制而处于一种约束状态，此时混凝土会由于受到约束而产生拉应力，进而造成混凝土开裂。因此为保证船闸土建工程的施工质量，利用膨胀混凝土实现对船闸廊道施工质量的有效控制极为必要。

大路李枢纽的设计洪水流量均为3000m3/s，校核洪水流量均为3500m3/s；航道工程，建设标准为Ⅳ级，航道尺度为水深2.5m、航宽50m、弯曲半径330m，航标按重点航标布置；泄水闸布置在河床中部，船闸位于主河床右侧滩地上，船闸为Ⅳ级，闸室有效尺度为（120×12×3.2）m；船闸水工工程建设内容包括船闸主体、引航道及导航建筑物、连接段、进场道路及公路桥等部分。

4.原材料品质控制

（1）水泥。混凝土的强度等级为C30，水泥强度不低于42.5级，水泥用量不宜小于350kg/m3，水灰比为0.5～0.6。

（2）粉煤灰。所采用的粉煤灰性能满足国家相关规定及相关技术指标。

（3）粗骨料。粗骨料选用卵石或级配良好的碎石，最大粒径≤4cm，且不大于钢筋最小净间距的1/4和导管内径的1/6～1/8。

（4）砂。本工程主要采用中粗天然河砂，细度模数控制在2.6～2.8范围内，含泥量应<3%。

（5）外加剂。本工程采用具有膨胀、补偿收缩、泵送、缓凝等功能的混凝土防裂抗渗剂，具备这些功能的外加剂可与混凝土有着良好的相容性，避免由于相容性差的减水剂削减其膨胀作用，同时外加剂所具备的补偿收缩作用，延缓混凝土在硬化过程中产生收缩的时间，有效提高混凝土的抗拉强度，减少收缩裂缝的产生。

5.廊道部位混凝土防裂技术措施

本工程下游另一船闸的廊道施工所采用混凝土具有坍落度损失小、可泵性好等特点，但不具备补偿收缩性能，导致廊道内产生多条裂缝，因此在大路李船闸廊道混凝土施工中掺加防裂抗渗剂，并获得良好的抗裂效果。该船闸廊道施工中采取了以下措施：

（1）设置后浇带。后浇带的设置可减少收缩应力的释放，结合以往施工经验，明确施工中极易出现裂缝的部位，并在这些部位合理设置后浇带，以减少裂缝的出现。本工程设置后浇带的位置在于：廊道外墙两弯道中心向两侧各0.75m，底板顶面到廊道上倒角之间设置竖向的后浇带，该后浇带宽1.85m。

（2）设置防裂钢筋网。设置防裂钢筋网的目的在于提高混凝土的极限延性和拉伸能力，本工程重点在廊道内部混凝土表面设置防裂钢筋网：Φ6.5mm、10cm×10cm、保护层厚度为2cm。

（3）选择合适的外加剂及掺合料。本工程所采用的抗裂防渗剂可大大提高混凝土在硬化过程中的抗拉强度，当混凝土开始收缩时，共拉强度已增长到足以抵抗收缩应力，进而减少收缩裂缝的产生，起到补偿收缩的作用；在混凝土拌合中掺加适量的粉煤灰，可减少每方混凝土的水泥用量，改善混凝土的和易性，提高混凝土的耐久性。

（4）采用温度控制监测技术。温度控制监测技术的应用目的在于通过对混凝土温度和应变进行监测来实现对混凝土内外部温度的有效控制，并根据监测结果对廊道混凝土出现裂缝的原因进行分析，以采取有效措施对混凝土裂缝进行预防或控制。

6.廊道部位混凝土施工工艺分析

（1）混凝土浇筑。本工程采用分层浇筑法进行浇筑，每层厚度为0.3m；为保证混凝土上下层之间结合的紧密型，可在浇筑上层混凝土的过程中，将振动棒插入下层混凝土5cm深；同时在混凝土浇筑过程中，不允许出现间断或中断现象，以确保混凝土浇筑的连续性；若由于特殊原因主要浇筑中断现象，则按工作缝进行处理，用高压水、刷毛机等加工成毛面，并将其表面积水排除干净，以保障混凝土浇筑作业的顺利进行。endprint

（2）混凝土质量控制。①原材料的质量控制。确保进场的水泥具备厂家质量检测报告，并安排质量检测人员对水泥质量进行抽样检验，以相同品种、标号及批次的水泥作为一个取样单位；重点检查外加剂的性能，确保其能符合工程使用需求；按照相关规范要求对骨料的粒径、性能等方面进行检测；②混凝土配合比的控制。按照相关施工规范和要求，通过现场试验的方式严格控制好混凝土各原材料的配制比例，并将所确定的最佳混凝土配合比上报于监理部门进行审批，在审批合格后方可进行生产；③混凝土质量检测。混凝土质量检测主要从以下几个方面入手：混凝土搅拌均匀性的检测。定时在出机口对所出盘的混凝土进行抽样检测，确定砂浆密度，并利用筛分法对粗骨料在混凝土中所占的比例进行测定，以将其控制在合理范围内；坍落度的检测。一般情况下，坍落度出机口检测4次，仓面检测2次；强度检测。根据施工规范及工程施工的实际情况，对现场混凝土进行试模，以确保混凝土强度满足工程施工需求。

（3）养护施工。在混凝土浇筑过程中，由于闸室和下闸首底板混凝土的厚度过大，需对混凝土内部和表面温差进行监测。全面落实混凝土的养护工作，可有效降低船闸廊道混凝土裂缝出现的几率，本工程主要采用掺加防渗剂的混凝土进行施工。在特定温度条件下，14d结晶膨胀值会达到最大，若养护工作未落实到位，则会影响外加剂补偿收缩作用的发挥。现场混凝土在施工完成后，待其处于完全凝固的状态后，可对廊道顶部的混凝土进行养护；待混凝土强度达到80%后进行拆模处理，并在拆模后立即实行喷洒养护，养护期至少为14d；为保证廊道内混凝土始终处于湿润状态，可用布帘封住廊道两端進出口。

7.结束语

综上所述，减少混凝土早期拉应力的大小需从混凝土结构设计、施工工艺及混凝土材料等方面入手，文章结合大路李船闸廊道工程，分析廊道混凝土裂缝的形成机理，同时在船闸廊道施工中采用膨胀混凝土，结合相应防治措施，有效控制混凝土内部温度的上升。且膨胀剂的膨胀作用还能抑制混凝土由于收缩而产生的裂缝，提高混凝土的使用性能，进而保证船闸廊道的施工质量。

参考文献：

[1]徐永明.外掺MgO自密实微膨胀混凝土配制与工程应用[J].施工技术，2014，43（3）：38-40.

[2]苏超，刘崇巍，邓西标，等.混凝土损伤塑性模型在软基上船闸设计中的应用[J].南水北调与水利科技，2015，13（3）：563-567.endprint