楊橋培 劉敏芝 強 晟 王承恩

（1.重慶航運建設發(fā)展有限公司，重慶 401121；2.河海大學 水利水電學院，南京 210098）

在我國基礎設施建設高速發(fā)展的今天，在能夠保證施工質量的前提下，最大限度地縮短施工周期，提前創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，無疑是對當前工程建設的一種潛在要求，因此如何根據(jù)具體工程提出可行的快速施工方案則順理成章地成為工程界關注的焦點［1－3].

水利工程界存在大量的薄壁混凝土結構，比如水閘、渡槽、泵站等，這些結構相對比較單薄且混凝土水化放熱量大易開裂，其裂縫問題一直是工程師們所面臨的一大難題.而當為了加快施工進度，采取增加混凝土層的一次澆筑厚度或縮短混凝土間歇時間的快速澆筑方法時，采取合理的防裂措施就顯得更為重要.為此，本文提出了針對快速澆筑的溫控防裂措施，并結合工程實例證明這些措施能夠切實有效地滿足工程防裂要求.

1 混凝土的快速澆筑

混凝土的施工速度與周期基本決定著整個水電工程的進展和工程發(fā)揮效益的時間，而混凝土的快速澆筑是實現(xiàn)混凝土結構快速建設的主要途徑.混凝土快速澆筑涉及的因素很多，在實際工程建設中，澆筑層厚和澆筑間歇期是限制澆筑進度的兩個重要因素.

混凝土澆筑層厚度對其最高溫度和溫度應力有顯著的影響，也影響混凝土結構的施工工期.限制澆筑層厚的一個重要原因是混凝土水化熱的散去，厚層混凝土比薄層混凝土更難散去水化熱，將造成內外溫差過大.選擇合理的澆筑間歇對控制混凝土最高溫度、施工強度、工程工期有重要意義.間歇期過短勢必增加混凝土生產(chǎn)、澆筑、碾壓、立模、拆模的強度.混凝土每一升程的間歇時間越長，混凝土的整體性越差，上下層溫差也就越大，下層混凝土對上層混凝土的約束越大，開裂的可能性就越大.間歇期長，有利于混凝土層面散熱，但會影響施工進度和應力狀態(tài)，因此需要研究合理的澆筑間歇期［3].

2 常用的溫控防裂措施

降低混凝土的最高溫度、內外溫差、溫變速率，以降低混凝土的溫度應力是施工防裂工作中的關鍵內容.目前，閘墩混凝土的溫控防裂措施主要有混凝土表面保溫、水管冷卻、控制澆筑溫度等.

如果沒有對混凝土表面采取任何保溫措施，施工溫升期內外溫差較大，同時受晝夜溫差的影響，表面混凝土的溫度和應力都有明顯波動.早期表面混凝土的內外溫差達到一定程度時，開裂風險就很大.因此，在早期對混凝土的表面和倉面采取適度的保溫措施是很有必要的［4－5].水管冷卻和控制澆筑溫度對減小混凝土內外溫差和最高溫度較為有效.施工期通冷卻水可以降低混凝土的內部溫度、減小內外溫差和溫度峰值，無論對表面混凝土還是對內部混凝土的防裂作用都是很有效的［6].但是混凝土作為熱的不良導體，相對于水管冷卻，控制澆筑溫度對控制溫降期的混凝土拉應力更為有效［7].同時，采用低熱水泥也是非常有效的溫控方式，能夠顯著降低混凝土的溫度峰值.

在所有的溫控防裂措施中，通常以控制混凝土澆筑溫度和采用低熱水泥的代價最高，因此盡量用加強其他溫控措施的力度來補償因放寬澆筑溫度措施所帶來的溫控防裂效果的損失.這樣所提出的溫控防裂方法往往會更加具有“科學、可靠、易行、經(jīng)濟”的特點，且同樣有效，還更易加快施工速度，縮短工期.

3 工程實例

3.1 仿真模型與工況布置

位于重慶的草街航電工程為嘉陵江上以航運發(fā)電為主要功能的大型工程，采用常態(tài)混凝土進行施工，其右岸泄洪閘閘墩的高度和長度均超過40m，強度等級為C40，混凝土發(fā)熱量大，溫控防裂難度較大.為確保按時竣工發(fā)電，需要加快施工進度，擬采用厚層短歇方式進行閘墩混凝土施工.因此，快速施工條件下的溫控防裂問題需深入研究.

由于底板結構已經(jīng)澆筑完成且間歇時間較長，根據(jù)該結構的具體形式和規(guī)范的有關定義，認為底板以上14.0m范圍內混凝土屬于閘墩強約束區(qū)，超過這個范圍的均為閘墩弱約束區(qū).本次仿真計算借助采用含冷卻水管的大體積混凝土溫度場離散迭代計算方法的程序，得出較為精確的計算結果［7].仿真計算網(wǎng)格如圖1所示.

圖1 仿真計算網(wǎng)格

為了對比普通澆筑方法和快速澆筑方法的異同，精選典型計算工況如下：

工況1：閘墩第一個澆筑層厚2.0m，其余澆筑層厚3.0m，間歇期7d.通水冷卻措施如下：采用內徑4.0cm的鐵管，布置的垂直距離×水平距離為1.5m×1.0m；澆筑完即開始通10.0℃的人工冷卻水，冷卻3d，流量5.42m3／h，通水過程中水流一天換向一次.側面鋼模板外貼4.0cm厚的聚乙烯苯板，30d拆模；倉面覆蓋2.5cm厚的大壩保溫被，直至上層混凝土澆筑.澆筑溫度控制為20.0℃.

工況2：澆筑間歇期為3d，側面20d拆模，其余同工況1.

工況3：其余澆筑層厚6.0m，間歇期為3d，冷卻水流量8.14m3／h，側面15d拆模，澆筑溫度控制為15.0℃，其余同工況1.

3.2 計算結果分析

文獻［8]的計算結果指出，閘墩強約束區(qū)應力大于弱約束區(qū)應力，而門槽附近應力大于其余部位應力，如果強約束區(qū)門槽附近混凝土不開裂，其他區(qū)域混凝土開裂的可能性就較小.因此，常態(tài)混凝土閘墩最易裂部位發(fā)生在門槽下部以及與底板溢流面相接的強約束區(qū).為節(jié)省篇幅，突出關鍵問題，本文只選取強約束區(qū)和門槽下部的特征點做重點分析，工況1與工況2的特征點位置如圖2所示［9－10].

圖2 工況1與工況2特征點位置

3.2.1 工況1的計算結果分析

當采取合理的表面保溫、水管冷卻和控制澆筑溫度的溫控措施后，強約束區(qū)和門槽下部的特征點的早期應力都較小，因此整個閘墩的應力狀態(tài)都比較安全，滿足施工防裂要求.

3.2.2 工況2的計算結果分析

從工況2的歷時曲線來看，縮短間歇期后，意味著倉面的散熱時間減少，內部混凝土溫度的下降相對變緩，內部溫度增大，內外溫差相對較大.與工況1比，表面混凝土早期的拉應力也較大一些，如工況2和工況1兩種情形在4號表面特征點3.25d齡期的拉應力分別為0.29MPa和0.17MPa.

同時，工況2中上層混凝土從下層混凝土3d齡期時開始澆筑，此時的彈性模量肯定要小于7d時的彈性模量，因此兩層混凝土的變形協(xié)調性也要好于工況1的情形，工況2的內部點拉應力也要相對小些.20d拆模時，表面混凝土的溫度降幅在5.0℃左右，基本不會產(chǎn)生裂縫.仿真結果表明，縮短間歇期的方案不僅有利于加快施工進度，提前創(chuàng)造收益，而且能緩解閘墩結構上下澆筑層之間的不協(xié)調性，至于表面早期增加的拉應力也在防裂安全允許范圍內.因此，從應力安全角度而言，縮短間歇期的方案是可行的.

3.2.3 工況3的計算結果分析

加大澆筑層厚度后，重新選取特征點如圖11所示.從歷時曲線圖可以看出，雖然澆筑層厚增加了，但通過加大冷卻水流量和適當降低澆筑溫度的方式，混凝土的溫度并未明顯增加.本工況中間歇期縮短也有利于減小上下層約束，因此，各特征點的拉應力都有所降低.結果表明，通過加大冷卻流量和適當降低混凝土的澆筑溫度，即使在采取較厚澆筑層的快速施工，也能夠保證工程防裂要求.整個閘墩在一個月內即可澆筑完成，不僅大大推進了施工進度，更有利于提高閘墩混凝土的抗裂性能.

4 結 論

針對大型常態(tài)混凝土閘墩的快速澆筑提出了兩種快速澆筑方案，澆筑層厚3.0m和間歇期3d以及澆筑層厚6.0m和間歇期3d.仿真結果表明，從應力安全的角度而言，縮短間歇期的方案是可行的，不僅有利于加快施工進度，提前創(chuàng)造收益，并且對閘墩結構來說，能緩解上下澆筑層之間的變形不協(xié)調性.若同時采取縮短間歇期和加厚澆筑層，通過增加低溫冷卻水流量和適當降低混凝土的澆筑溫度，即使在強約束區(qū)采取較厚澆筑層的快速施工，也完全能夠保證工程防裂要求.因為對于大型閘墩快速施工沒有先例，所以現(xiàn)場施工實際采用了折中方案，將澆筑層厚從2.0～2.5m增加到4.5m，最終工程按時完工蓄水，且防裂效果達到預期目標.

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