崇西水闸闸首底板大体积混凝土浇筑施工实践

崇西水闸闸首底板大体积混凝土浇筑施工实践崇西水闸闸首底板大体积混凝土浇筑施工实践武俊夏武俊夏 陈群陈群 袁忠于袁忠于 沈育斌沈育斌 王傲奇王傲奇 崇明县水务局 1 工程概述工程概述崇西水闸位于祟明县绿华镇新建河口以西约 2.5km，为崇明县南横引河西部引排水出 口。该闸为满足崇明经济大开发的需要，集引水、排涝、挡潮等多种功能而修建。工程由 上海水利工程设计院设计，为 3 孔 12m 节制闸，其闸首基础底板宽度为 42.4m，轴线长度 29.0m,混凝土厚度为 2.0m，一次浇筑的混凝土方量为 2485.3m2，不设分缝，需连续浇筑而 成。大体积钢筋混凝土具有结构厚、体积大、钢筋密、混凝土量较多、工程条件复杂和施 工技术高等特点。除了必须满足强度、刚度、几何尺寸、整体性和耐久性要求以外，还存 在如何防止和克服有害裂缝产生的间题。由于大体积混凝土在硬化过程中水泥水化热产生 的温度变化和混凝土收缩的共同作用产生的温度应力和收缩应力，常会导致工程结构出现 裂缝。大体积混凝土由于浇筑数量大，浇筑时间长，特别是崇明岛上目前还无大型混凝土 搅拌站，完全依靠施工现场自拌混凝土浇筑，如出现设备故障或现场组织失当，混凝土生 产能力达不到预定要求，第二层混凝土与第一层之间时间间隔超过混凝土初凝时间，势必 造成施工冷缝。温度裂缝和施工冷缝给工程结构带来不同程度的危害，影响结构安全和工 程的正常使用。对予崇西水闸闸首底板大体积混凝土浇筑，只要认真对待，技术措施得当， 使用“综合温控”等措施的基础大体积混凝土施工技术.在混凝土浇筑和养护过程中加强温度 跟踪检测，合理制定和根据测试数据及时调整养护措施，可以保证崇西水闸闸首底板大体 积混凝土的浇筑成功。 2 大体积混凝土浇筑的施工特点大体积混凝土浇筑的施工特点大体积混凝土浇筑有以下几项施工特点： 2.1 大体积混凝土裂缝常指在混凝土浇筑过程中水泥水化产生的温升、混凝土收缩变形导 致的裂缝，故必须研究对策、采取有效措施尽量避免和克服。因而对大体积混凝土在施工 过程中必须严格控制这种有害裂缝的产生，采用整体浇筑混凝土的方法和“综合温控”技术 的使用，有利于提高工程结构的整体性，同时提高了结构的抗渗能力。这种大体积混凝土 的施工工艺，减少了施工工序之间交叉、取消了各种施工缝的处理工作，从而简化了施工 程序，加快了施工进度。 2.2 严防施工冷缝，控制混凝土浇筑强度和时间。由于施工现场位于崇明海岛，受地域条 件的限制，不能使用商品混凝土或泵送混凝土，只能在施工现场采用自拌混凝土随拌随浇 筑的施工方法。闸首底板必须采用分层浇筑，浇筑第二层混凝土与第一层混凝土之间时间 间隔不得超过混凝土的初凝时间，根据施工现场条件，又不能无限止的增加机具、人力来 提高混凝土浇筑强度、缩短混凝土浇筑时间。因此，闸首底板大体积混凝土浇筑的施工组 织必须严密合理、切实可行，技术措施得当，确保在混凝土浇筑中不发生施工冷缝，满足 工程设计和规范的要求。 2.3 常见的大体积混凝土裂缝的种类和产生原因混凝土是由多种材料组成的非均质体，它 具有较高抗压强度，良好的耐久性以及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂的特性。大体 积混凝土由于结构截面大，水泥用量大，水泥水化时释放大量的水化热会产生较大的温度 变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。常见 的混凝土裂缝有以下 2 类:(1)表面裂缝表面裂缝大体积混凝土浇筑以后，水泥水化热很大:使混凝土的温度上升，由于混凝土体积大， 混凝土本身的导热系数差，导致聚积在内部的水泥水化热不易散发，混凝土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，混凝土表面拉应方超过混凝土抗拉强度时，混凝士表面就会产生裂缝。（2）贯穿裂缝）贯穿裂缝大体积混凝土在降温过程中，由于内外温差引起的变形加上混凝土多余水份蒸发时引 起的体积收缩应力(拉应力)，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就会产 生贯穿裂缝。成为结构性裂缝，这将对工程产生很大的危害。 表面裂缝与贯穿裂缝两者之间有其内在的联系，表面裂缝是不属于结构性裂缝。但是， 在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱而产生应力集中，会进一步促使混凝土收缩裂 缝的展开。 3 闸首底板大体积混凝土浇筑的主要技术措施闸首底板大体积混凝土浇筑的主要技术措施为了确保 lv首底板大体积混凝土浇筑必须一次成功，混凝土浇筑的前期准备做了大量 工作，编制了较为详实的混凝土浇筑施工方案。崇西水闸工程项目部在编制施工方案时参考了浇筑浦东外高桥泵闸 1600m'钢筋混凝土 底板的施工实例，当时混凝土浇筑强度为 45 m3/h。在本工程施工中调整和更新了部分施工 机械，确定了施工现场混凝土浇筑强度为 70m3/h o 浇筑总时间控制为 4042hr,实行分层浇 筑。 3. l 选用低水化热水泥选用低水化热水泥根据大体积混凝土浇筑特点，克服在混凝土硬化土过程中水泥水化产生热量过大的问 题，应优先选用低水化热水呢。本工程经考察筛选选用江苏省张西水泥有限公司生产的飞 虎牌 C32.5 普通硅酸盐水泥。 3.2 粗细骨料的选择粗细骨料的选择粗骨料选择 5-40mm 连续级配的碎石，根据相关资料表明，连续级配的粗骨料配制混 凝土，具有较好和易性、较少的用水量和水泥用量，混凝土具有较高的抗压强度，且收缩 变形小，本工程选用浙江舟山璋矿采石有限公司生产的，无风化花岗岩级配石子。细骨料选用细度模数>2.4 的中粗砂，选用中粗砂的目的可以减少混凝土拌和水及水泥 用量，从而可以降低水化热温升和减少混凝土的收缩变形。 3.3 混凝土配合比的确定混凝土配合比的确定 大休积混凝土选用水灰比较小、坍落度较小并具有一定和易性的棍凝土配合比，经试 验室进行配合比试验确定水灰比为 0.43 ,坍落度选定 3-5cm，配合比中应尽量降低砂率，以 减少混凝土的收缩变形，但由于闸首底混凝土有抗渗要求，最后选定为 0.35 。 为了保证闸首底板大体积混凝分层浇筑过程中产生施工冷缝，混凝土的初凝时间必须 满足(大于)分层浇筑的间隔时间，以保证混凝土的可塑与紧密结合。崇西水闸闸首底板大体积混凝土所用水泥，由厂方定配供应，初凝时间定为 61hr。 3.4 分层浇筑、振捣密实分层浇筑、振捣密实根据工程设计。本工程闸首底板混凝土厚度为 2m,采用分层浇筑，每层厚度为 30cm , 薄层浇筑有利于混凝土的振捣密实与水泥水化热的及时散发。加强对混凝土的及时振捣，确保混凝土的密实 度。采用插入式振捣棒快插慢拔，插点均匀排列，逐点移动，循序进行，不得遗漏。振捣 点呈梅花型布置，间距 30cm 左右。在振捣上层混凝土时，振捣棒应插入下层混凝土中 5cm 以上。确保分层之间不出现施工缝。振捣时间以混凝土表面呈水平并泛出水泥浆，不 再出现气泡及显著沉落为度。时间过短，不易密实，时间过长会引起混凝土离析。确保混 凝土振捣密 实，可以减少混凝上收缩。 3.5 混凝土表面抗裂混凝土表面抗裂为了提高闸首底板大体积混凝土表面抗裂能力，根据上海市水利工程设计研究院推选， 在浇筑表层 30cm 混凝土时，使用江西萍乡市特种建筑材料有限公司生产的 HE 抗裂型混 凝土防水剂，该产品的成份为硫铝酸钙类无机矿物质与少量有机物和高分子聚合物复合而 成，由于有机分子材料的超塑化作用，大幅度提高了混凝土的密实性、流动性，同时铝酸 盐、硫酸盐在与水泥浆体中的 CaOHz 作用生成钙矾石膨胀成份，在混凝土中产生适量膨胀、 抵消、补偿混凝土的收缩应力，并进一步提高混凝土的密实性。从而达到混凝土表面的抗 裂防水效果。 3.6 混凝土的保沮保湿养护混凝土的保沮保湿养护大体积混凝土浇筑后，为了减少混凝土内部水泥水化升温形成内外温差，防止产生裂 缝。因此，混凝土浇筑以后给予正当的保温保湿养护非常重要，在潮湿条件下可以防止混 凝土表面脱水产生干缩裂缝，使水泥顺利进行水化，提高混凝土的极限拉伸值。对混凝土 进行保湿和保温养护，可使混凝土的水化热降温速率延缓，减少结构内外温差，防止产生 过大的温度应力和产生温度裂缝。保温保湿养护的方法是在馄凝土经平仓、振捣密实、表面抹平后，在其表面复盖双层 塑料薄膜，在塑料薄膜上层再复盖双层麻袋。可以有效防止混凝土中心温度的向外散发和 水份蒸发，提高混凝土表面的温度，减少混凝土内外温差，并使混凝土表面长期保持湿润 状态。 4 闸首底板大体积混凝土浇筑的施工实施闸首底板大体积混凝土浇筑的施工实施 4.1 混凝土浇筑的工艺流程混凝土浇筑的工艺流程按照施工现场的实际条件出发，崇西水闸闸首底板的混凝土浇筑采用现场自拌混凝土， 其工艺流程如下:4.2 混凝土搅拌机生产能力的测定和选配混凝土搅拌机生产能力的测定和选配施工现场馄凝土浇筑强度确定以后，合理选配施工机械，满足混凝土浇筑强度是保证 大体积混凝土浇筑成功的关键。新置 2 台 15-500 混凝土搅拌机，根据其出厂说明书标定该 机混凝土生产能力为 25-30m'/h，由于现场条件，工人操作熟练程度等限制，经测定为 15m'/1 , 2 台共 30m'/h，另配 8 台 400L 混凝土搅拌机，400L 混凝土搅拌机经测定为 5 m'/h , 8 台 400L 混凝土搅拌机生产能力为 40 m'/h，保证生产能力达到预定的 70m'的浇筑强度， 为防止施工期间可能发生机械故障，除了施工现场备足机械配件和应急机修人员外，另备 2 台整机应急备用，确保闸首底板大体积混凝土浇筑顺利进行。 4.3 混凝土初凝时间的现场测定混凝土初凝时间的现场测定进场水泥虽经水泥生产厂定制特配，水泥进场以后又对每批抽样进行了复试，但试验 室数据常常与施工现场的特定条件有差别。为了保证大体积混凝土浇筑万无一失，正式浇 筑前一周，建材试验室又到施工现场做了实配试样及模拟浇筑，配制的混凝土在 7 小时仍 可塑,7 小时 30 分钟达到初凝，满足预定的施工要求。简化了混凝土现场拌制的工艺，降低 了混凝土施工成本。 4.4 施工现场平面布置与劳动力调配施工现场平面布置与劳动力调配由于施工现场机械化作业程度较低，水泥使用袋装水泥，粗细骨料采用铲车运至集料斗，然后使用人力确斗车拖运经计量后倒人搅拌机拌合，熟料亦使用人力翻斗车拖运至浇 筑区人仓，并经人工平仓、振捣及表面抹光，属劳动密集型组合。每台 JS5500 混凝土搅拌机 36 人，二台共 72 人。400I,混凝土搅拌机 20 人，8 台共 160 人，合计 232 人。实行二班制交替作业，共计生产工人 464 人，施工现场平面布置如下：4.5 浇筑实施浇筑实施施工现场准备工作完成，钢筋、模板等各工序通过验收以后，龄 4 月 20 日上午 8 时开 始浇筑，根据现场安排，3 个闸孔安排为 3 个浇筑带同时浇筑，4 台 400L 混凝土搅拌机负 责 1 个浇筑带，2 台 JS500 搅拌机负责一个浇筑带，由底板中心向二边推进，每 30cm 一层，分层浇筑，循序前进。整个浇筑过程有条不紊。至 4 月 22 日凌晨 2 时 20 分浇筑完成，历 时 42 小时 20 分钟，按预定计划完成崇西水闸闸首底板大体积混凝土浇筑。混凝上浇筑完成以后，表面采用平板振动机振平，然后使用抹光机表面抹光，最后在 混凝土初凝前用人工 2 次抹光。混凝土达到终凝后，表面复盖双层塑料薄膜及麻袋进行保 养。5 大体积混凝土浇筑温升的施工监测大体积混凝土浇筑温升的施工监测为了进一步了解大体积混凝土水化热造成不同部位、不同深度的温度变化规律，随时 监测混凝土内部温度变化状况，以便有效地采取相应技术措施确保工程质量，采用在混凝 土内不同部位埋设温度传感器及混凝土温度监测仪，对大体积混凝土浇筑施工全过程的跟 踪和监测。该项施工监测由项目部委托上海勘测设计研究院工程监测中心组织实施。 5.1 测点布设测点布设根据闸首底板几何尺寸和形状，沿底板中心线与对角线布置共 10 个测位，每个测位布 设上、中、下乡个温度传感器，其中底板中心线外缘 F 点增测