船闸廊道混凝土防裂技术在朱码二线船闸工程中的应用

摘要：本文介绍盐河航道朱码二线船闸上、下闸首廊道混凝土施工中采用的主要防裂技术，通过不同防裂措施效果的对比，摸索出一些新的廊道裂缝控制措施并加以应用，取得了不错的成效。

关键词：船闸；廊道；裂缝防治技术

船闸廊道混凝土开裂原因错综复杂，主要是因为廊道混凝土的异形断面、大体积混凝土温度应力与混凝土本身抗拉能力之间对抗的结果，根据船闸闸首廊道结构特点和环境气温，为防止产生温差裂缝,着重在控制混凝土温升、放慢混凝土的降温速率、减少混凝土收缩、提高表面混凝土抗拉能力、改善结构设计等方面采取措施，并通过混凝土内部埋设温度计，以指导养护并为裂缝成因分析提供依据。

1工程概况

盐河位于江苏省东北部，是淮北平原上的一条通海航道，也是苏北地区主要水运干线。盐河航道整治工程建设范围为盐河杨庄船闸至武障河段，整治后里程长度91.237km。工程建设主要包括航道整治84.639km、新建Ⅲ级船闸2座，朱码二线船闸即是盐河航道的一个水力梯级，单向水头6.35米，其建设规模为23×230×4米(闸室宽×长×槛上水深),工程于2010年2月开工建设,预计于2012年6月建成通航。

1.1上闸首

上闸首为钢筋混凝土坞式结构，输水系统采用局部分散输水型式，其外形尺寸为41.6×21.8m，底板底标高为-4.61m，顶标高为-3.01m―3.29m，边墩顶标高为10.47m，混凝土总方量本4835m3，其中底板混凝土3315m3，分三块浇筑。上闸首廊道高度为5m（包括廊道顶板），左、右廊道以船闸中轴线对称布置，分两次浇筑，廊道层左右两块混凝土总方量为1682m3。

1.2下闸首

下闸首为钢筋混凝土坞式结构，采用环形短廊道集中输水系统，其外形尺寸为41.6×28.5m，底板底标高为-5.56m，顶标高为-2.76―-2.16m，边墩顶标高为10.47m。下闸首混凝土总方量6119m3，其中底板混凝土2883m3，分三块浇筑，中间留两条宽缝作后浇带。廊道高度为5m（包括廊道顶板），左、右廊道以船闸中轴线对称布置，分两次浇筑，廊道层左右两块混凝土总方量为1255m3。

2采取综合温控措施

2.1控制混凝土温升

2.1.1合理选择水泥品种

经过比较，选用淮安海螺水泥厂的P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥物理性能详见表一：表一

项目 细度（80μm方孔筛筛余%） 初凝

时间 终凝

时间 安定性

（饼法） 3d抗折

强度 3d抗压强度

GB175-2007 ≤10.0 ≥45min ≤10h 沸煮法检验必须合格 2.5MPa 11.0MPa

检验结果 5.7 187min 265min 合格 6.2MPa 30.7MPa

2.1.2试用新型外加剂

本工程混凝土（含下闸首廊道）主要采用的外加剂是南京博特JM-9剂，掺量为胶凝材料的1.9%，经检测混凝土的减水率≥19%，初凝时间8―10小时。

作为一项廊道防裂效果试验，我们在上闸首廊道混凝土中使用的外加剂是水泥基抗裂防渗微结晶型添加剂（以下简称“水泥基”），以与下闸首作为对比，掺量分别为胶凝材料的1.0%（上游左侧廊道）、1.8%（上游右侧廊道）。

水泥基是一种由硅酸盐水泥、硅砂和活性化学物质配制而成的粉状混合物，是目前世界上先进的刚性防水材料，在国际上具有“生物水泥”之称。水泥基已广泛用于地下人防工程、隧道桥涵、储水池、游泳池等防水工程中。因为混凝土一旦出现开裂，水会进入其内部，水泥基在潮湿或有水的情况下，其活性材料会被激发出来，可随水带入裂缝中，不断聚合产生稳定的结晶体以封堵水通道，使之与混凝土结构同时存在，从而起到堵塞和自动弥合裂缝的作用，持久地防裂和保护钢筋、增强混凝土的强度和耐久性。这一裂缝补偿功能为混凝土裂缝产生后留了一条“后路”，也就是说即使产生了裂缝，还有自行愈合的机会。

2.1.3控制粉煤灰质量

粉煤灰可改善混凝土的和易性，增加混凝土可泵性，减少水泥用量以降低混凝土的水化热。经对比选用淮安华能电厂生产的粉煤灰，其技术指标见下表，检验结果表明该粉煤灰等级为Ⅱ级灰。

表二粉煤灰质量指标

项目 细度（45μm方孔筛筛余%） 烧失量（%） 需水量比（%） 三氧化硫（%）

GB1596-91 Ⅰ级 ≤12 ≤5 ≤95 ≤3

Ⅱ级 ≤25 ≤8 ≤105 ≤3

Ⅲ级 ≤45 ≤15 ≤115 ≤3

检验结果 12.4 7.3 101 0.98

根据规范及合同规定，本船闸廊道混凝土中，粉煤灰取代水泥率为10%。

2.1.4注重骨料级配选择

选用盱眙的玄武岩作为粗骨料，三级配，其中粒级5―16mm占25%，粒级16―31.5mm占55%，20―40占20%，经筛分试验表明所用碎石符合5―40mm连续级配。实测含泥量0．6%，针片状颗粒含量6%，均符合要求。

表三碎石级配要求表

石料级配

（mm） 累计筛余量（按重量计，%）

方孔筛筛孔边长尺寸（mm）

37.5 19 9.5 4.75

5～40 0～5 30～65 75～90 95～100

选用宿迁的中砂作为细骨料，细度模数为2.9，实测含泥量为1.8%。

2.1.5专门的廊道混凝土配合比设计

为摸索出裂缝产生原因、对采用不同类型、比例的外加剂产生效果进行对比，我们专门设计了廊道混凝土的不同配合比。

表四闸首廊道混凝土配合比汇总表

项目 混凝土量(m3) 设计强度 配合比

（水泥：砂：石：水：JM9：水泥基） 水灰比 胶凝材料（含粉煤灰34kg） 外加剂

及掺量

下闸首左廊道 627.5 C25 1:2.285:3.215：0.52:0.019:0 0.52 340 无水泥基、JM-9占胶凝材料1.9%

下闸首右廊道 627.5 C25 1:2.285:3.215：0.52:0.019:0 0.52 340 无水泥基、JM-9占胶凝材料1.9%

上闸首左廊道 841 C25 1：2．285：3．215：0.52:0.015:0.01 0.52 340 水泥基占胶凝材料1%、JM-9占胶凝材料1.5%

上闸首右廊道 841 C25 1：2．285：3．215：0.52:0.015:0.018 0.52 340 水泥基占胶凝材料1.8%、JM-9占胶凝材料1.5%

2.1.6加强对混凝土现场浇筑的要求

搅拌楼计量控制：水泥±1%，骨料±2%，外加剂±1%。

混凝土搅拌时间控制：掺加南京博特JM-9高效泵送剂的混凝土≥90s；掺加水泥基防渗抗裂剂的混凝土≥120s。以保证混凝土的质量及凝结时间比较稳定。

混凝土坍落度控制在12―16cm之间，浇筑分层厚度控制在30cm以内，初凝时间控制在8h。

混凝土振捣不过振也不漏振，对混凝土面层进行二次振捣和表面多次收光抹面。

2.1.7降低混凝土入仓温度

降低混凝土的入仓温度对于降低大体积混凝土的内部温度、减小混凝土内外温差、控制混凝土温度裂缝至关重要。降低混凝土的入仓温度主要采取如下措施：

(1)水泥提前进罐，让其自然冷却;

(2)浇筑混凝土前冲洗碎石让其冷却;

(3)混凝土输送泵管白天采用土工布覆盖遮阳，洒水降温，夜间揭开散热；

(4)夏季施工：尽量利用晚间浇筑混凝土；采用地下水拌和，拌和水掺加冰块降温，水温控制在18℃以内；浇筑前用深井水对石子洒水降温，碎石温度控制在30℃以内。

浇筑混凝土时安排专人现场测量混凝土入仓温度，经实测，在室外气温达30℃以上时，混凝土入仓温度均低于25℃，说明以上几个降温措施对降低混凝土的入仓温度是有效的。

另采用150mm大直径输送泵管,以满足大粒径粗骨料混凝土的输送要求；合理布置泵管，减小泵送距离，减小混凝土的坍落度。

如果在冬期施工，混凝土的入模温度必须达5℃以上，浇筑后及时用土工布覆盖保温，以防冷击。

2.2放慢混凝土的降温速率

混凝土浇筑时减小浇筑厚度和延长每层浇筑时间，以利混凝土的早期散热。现场混凝土施工完毕，待混凝土硬结后，即对混凝土表面进行洒水养护，并进行保温层的铺设，一般保温层由塑料薄膜+土工布组成，表面压实，这样可放慢混凝土的降温速率，缩小混凝土内外温差，从而控制混凝土的裂缝发生与开展。

混凝土浇筑3―4天后，适当松动混凝土侧模和廊道内模拉杆，从拉杆孔淋水进入模板和混凝土间的缝隙进行养护，待混凝土强度达到80%后拆模，拆模后立即在外露面覆盖土工布，并进行洒水养护。养护水采用温度较高的地表水，不得用地下水。同时为使廊道内混凝土保温保湿，把廊道进出水口用土工布封闭防风蓄热。混凝土养护安排专人24小时值班，确保混凝土表面一直处于湿润状态，不得干湿交替，养护时间不少于21天。

3改善结构设计

针对以往廊道进出口圆弧段凹面部位容易出现裂缝，设计采取了在圆弧段中间开一竖向缺口作为后浇带，缩短外墙的分段长度；另外在廊道外墙内侧增设防裂钢筋网片，以增加混凝土表面的抗拉能力，通过这些措施，对裂缝的开展起到了一定的作用，以往船闸施工中最容易出现裂缝的廊道圆弧段部位，在本工程中也大大减少。

4监控与监测

（1）混凝土内部埋设温度计，每两小时观测一次，随时掌握混凝土在浇筑过程和养护期的温差变化，指导调节养护工作，并作为裂缝产生和发展原因分析的依据之一。

（2）施工期重视和做好天象预报资料的收集、应用工作，通过网络等查询天气预报，指导混凝土浇筑及对温控计划。

（3）遇到低温天气施工，要保证混凝土入仓温度不低于5℃，高温季节施工，要控制混凝土入仓温度不高于30℃，并注意对混凝土表面温度进行控制，廊道混凝土内外温差不得大于25℃。

（4）混凝土终凝后，即对混凝土表面进行裂缝观测，如发现裂缝，立即根据发生的部位和先后编号，前期每周观测一次，后期半个月左右观测一次，主要测量其长度、宽度发展情况，两个月集中测量一次缝深。最后一次观测结果见下表。

表五朱码二线船闸廊道裂缝观测统计表

部位 编号 长度（cm） 宽度(mm) 深度(mm) 备注

上闸首 1（左侧） 169 0.15 30

2（右侧） 155 0.10 28

下闸首 3（左侧） 165 0.16 30

4（左侧） 250 0.25 50

5（右侧） 246 0.20 55

6（右侧） 136 0.10 20

5防治效果及结论

在先期进行的下闸首施工中，廊道采取了圆弧段开缺口设置后浇带、增加防裂钢筋网片等防裂措施，取得了一定的效果，裂缝产生数量和开展宽度比未采取类似措施建造的船闸有很大的减少，但仍出现了4条裂缝，最长的为2.5米，最宽有0.25mm，最深有55mm。总结下闸首的施工经验，通过采取以上措施，廊道混凝土裂缝得到一定控制。

上闸首施工中除仍采用下闸首廊道防裂措施外，在混凝土中掺加水泥基防渗抗裂剂，以及加强混凝土入仓温度的控制，同时加强混凝土浇筑后养护工作，坚持混凝土表面一个月的不间断潮湿养护，上闸首廊道的裂缝得到了更好的控制，效果明显。经观测上闸首只发现2条裂缝，长度在1.7米内，宽度在0.15mm内，深度在30mm内，左右两侧廊道裂缝长度与发生几率相差不大，另有部分细微裂缝经一段时间后消失不见了。

通过这一试验可初步说明，船闸廊道混凝土裂缝应采取综合措施进行防治，掺加水泥基有一定的防裂增强效果，掺入比应略大于1%即可。

参考文献:

1、 朱码二线船闸施工图设计总图及水工分册（江苏交通规划设计院）

2、 水运工程混凝土施工规范（JTS202-2011）

3、 朱码二线船闸土建工程施工组织设计（江苏淮阴水利建设有限公司）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。