朱炳喜，王 琰，姜西坤，胡明凱，居 強(qiáng)，朱 維

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇揚(yáng)州 225002；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225002；3.南通通源建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇南通 226006）

溫度裂縫為墩墻結(jié)構(gòu)混凝土常見質(zhì)量通病，這是由于混凝土凝結(jié)硬化階段因溫度收縮、自收縮、干燥收縮等引起的變形，受到底板等下部結(jié)構(gòu)的約束，產(chǎn)生溫度應(yīng)力［1］。而普通混凝土抗壓強(qiáng)度高，但抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10～1/13，彈性模量較高，延性較低；當(dāng)混凝土溫度應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生裂縫。

為了解決墩墻溫度裂縫問題，目前采取的技術(shù)措施主要有布置抗裂鋼筋，設(shè)置加強(qiáng)帶，減少墩墻結(jié)構(gòu)尺寸，使用礦物摻合料降低水泥用量、降低混凝土水化熱，降低混凝土入倉溫度，通水冷卻降低內(nèi)部溫度，摻入抗裂纖維降低混凝土早期收縮、分散裂縫并減少裂縫寬度，摻入膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮、保溫保濕養(yǎng)護(hù)。然而裂縫產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，原材料質(zhì)量變化大，施工環(huán)境復(fù)雜，施工養(yǎng)護(hù)不到位，采取現(xiàn)有的溫控措施并不一定能有效控制墩墻裂縫的產(chǎn)生，大量的墩墻結(jié)構(gòu)仍然出現(xiàn)溫度裂縫，甚至還比較嚴(yán)重［2］。

在墩墻混凝土收縮變形中，干縮和自收縮占30%左右，降溫收縮占70%左右。1～2.5 d即達(dá)到溫度峰值，然后進(jìn)入降溫階段。如果在墩墻根部設(shè)置過渡層，其強(qiáng)度、彈性模量增長速度低于上部混凝土，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的變形起到一定的緩沖作用，從而減輕了底板等下部結(jié)構(gòu)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的約束，直到上部結(jié)構(gòu)大部分變形完成后，過渡層混凝土才開始進(jìn)入強(qiáng)度增長期；過渡層混凝土還能吸收部分溫度變化造成的應(yīng)力。因此，設(shè)置過渡層有利于減小因底板和墩墻之間的約束上部墩墻混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。

在江蘇省科技廳創(chuàng)新能力建設(shè)計(jì)劃（BM2018028）資助下，江蘇省水利科學(xué)研究院開展降低底板對(duì)墩墻早期外約束預(yù)防裂縫施工技術(shù)研究，在墩墻的根部澆筑一層0.2～0.4m厚度的延性超緩凝混凝土過渡層。延性超緩凝混凝土為在普通混凝土中摻入緩凝劑和橡膠粉微集料，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下初凝48～72 h，7 d抗壓強(qiáng)度為5～20 MPa，28 d為抗壓強(qiáng)度25～50 MPa（與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同），其韌性好于普通混凝土［3］。該項(xiàng)技術(shù)已在多個(gè)工程試點(diǎn)應(yīng)用，取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

海港引河南閘站工程位于南通市崇川區(qū)海港引河與長江連通處，主要功能為防洪、排澇、水資源調(diào)度及改善水環(huán)境。節(jié)制閘單孔凈寬16 m；泵站雙向引水排澇，設(shè)計(jì)流量48 m3/s。工程設(shè)計(jì)使用年限為100 a，主體結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35；閘墩長38 m，厚2 m，高9.73 m；泵站空箱層站墩（▽-1.8～4.0 m）長38 m，厚1.2 m，高5.8 m；泵站空箱層（▽-1.8～4.0 m）上下游擋水墻為固支結(jié)構(gòu)，兩端與站墩相連，墻長26 m，厚0.75 m；出水池導(dǎo)流墩長19 m，厚1.2 m，高9.73～13.73 m。2020年4月至2021年8月施工。

閘墩、站墩屬厚大體積結(jié)構(gòu)，溫控防裂措施除采用通水冷卻、摻入抗裂防滲劑外，施工過程中在閘墩、泵站空箱層站墩與擋水墻、出水池導(dǎo)流墩等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的根部實(shí)施過渡層防裂技術(shù)，即先澆筑一層延性超緩凝混凝土，再繼續(xù)澆筑C35普通混凝土，與通水冷卻、摻入抗裂防滲劑聯(lián)合使用，有效降低了開裂風(fēng)險(xiǎn)。

1 原材料與配合比

1.1 原材料

（1）水泥。42.5普通硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.2%～28.0%，28 d抗壓強(qiáng)度48.0～51.2 MPa，物理力學(xué)性能符合《通用硅酸鹽水泥（GB 175—2007）》的要求。

（2）粗骨料。5～25 mm連續(xù)粒級(jí)顆粒級(jí)配，松堆空隙率44%左右，吸水率0.8%，壓碎值小于4%，針片狀顆粒含量1%～2%，含泥量小于1%，無泥塊。

（3）細(xì)骨料。為天然中砂，含泥量0.4%～0.6%，細(xì)度模數(shù)2.6～3.1，顆粒級(jí)配在Ⅱ區(qū)，氯離子含量小于0.002%。

（4）粉煤灰。燒失量小于3.5%，45μm篩余小于21%，需水量比例為95%～96%，三氧化硫含量小于1%，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T 1596—2017）》規(guī)定的Ⅱ級(jí)灰技術(shù)要求。

（5）礦渣粉。為S95級(jí)粒化高爐礦渣粉，比表面積442 m2/kg，7 d和28 d活性指數(shù)分別為78%和105%，流動(dòng)度比為104%，燒失量0.7%。

（6）外加劑。為PCA-10型聚羧酸高性能減水劑，與引氣劑復(fù)合組成引氣型減水劑。

（7）拌和用水。為自來水。

（8）抗裂防滲劑。閘墩、站墩等結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土中摻入HME-V抗裂防滲劑，由膨脹劑和聚丙烯纖維復(fù)合組成。

（9）HLC-SRT混凝土緩凝劑，固含量18.9%，密度1.08 g/cm3，pH值7.28，氯離子含量0.006%，總堿量0.1%。

（10）橡膠粉。廢舊輪胎加工處理制成橡膠粉，呈顆粒狀，細(xì)度為50目，表觀密度1 050 kg/m3，主要成分見表1。

表1 橡膠粉主要成分

1.2 配合比

閘墩、泵站站墩和出水池導(dǎo)流墩混凝土以及根部延性超緩凝混凝土施工配合比與性能見表2。

表2 混凝土施工配合比與性能

2 施工質(zhì)量控制

墩墻根部設(shè)置延性超緩凝混凝土過渡層的施工工藝流程為：結(jié)合面鑿毛→清理→鋼筋安裝→應(yīng)變計(jì)安裝→模板安裝→串筒安裝→澆筑前檢查驗(yàn)收→延性超緩凝混凝土生產(chǎn)→過渡層混凝土澆筑→墩墻上部混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)→拆模→拆模后檢查→修飾。

2.1 澆筑前準(zhǔn)備工作

（1）結(jié)合面檢查。立模前結(jié)合面混凝土鑿毛處理，表面雜物、粘附的碎屑清理干凈。模板、鋼筋安裝后再次清理與檢查，并在澆筑前對(duì)結(jié)合面清理、沖洗，處于濕潤狀態(tài)。

（2）鋼筋制作安裝質(zhì)量檢查。鋼筋制作安裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和《水利工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范》（DB32/T 2334.2—2013）的規(guī)定，保護(hù)層墊塊固定牢靠，保證保護(hù)層厚度。

（3）模板安裝質(zhì)量檢查。對(duì)拉螺栓宜選用直徑16 mm，縱橫間距0.6 m，墩墻根部第1排對(duì)拉螺栓距離底板或結(jié)合面不大于0.2 m，根部至少3排對(duì)拉螺栓采用雙螺母。模板安裝工序質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和《水利工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范》（DB32/T 2334.2—2013）的規(guī)定。

（4）應(yīng)變計(jì)安裝。在閘墩和出水池導(dǎo)流墩內(nèi)安裝振弦式應(yīng)變計(jì)。

（5）串筒安裝。串筒間距5～6 m，串筒與底板或結(jié)合面的距離1.5 m左右。

（6）原材料備料。檢查原材料備料情況，原材料質(zhì)量應(yīng)符合合同約定，并與配合比試驗(yàn)用原材料基本一致?；炷辽a(chǎn)前，砂石骨料指定專用儲(chǔ)倉；緩凝劑按每盤混凝土用量準(zhǔn)確稱量，用塑料壺盛裝；橡膠粉袋裝。

2.2 混凝土生產(chǎn)

（1）混凝土制備過程中，施工單位駐廠檢查原材料、配合比、計(jì)量、拌和物質(zhì)量等。

（2）緩凝劑、橡膠粉專人負(fù)責(zé)投料。

（3）拌和時(shí)間比常規(guī)混凝土延長20s以上，確保緩凝劑、橡膠粉等材料均勻分散。

（4）裝料前將攪拌運(yùn)輸車攪拌筒內(nèi)的積水排凈，運(yùn)輸及等候過程中保持筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，卸料前攪拌筒快速旋轉(zhuǎn)攪拌40～60s再卸料。

2.3 澆筑

（1）到工混凝土應(yīng)履行交貨檢驗(yàn)，核驗(yàn)送貨單，核對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配合比，檢查混凝土運(yùn)輸時(shí)間和混凝土拌和物外觀，檢測(cè)混凝土坍落度和含氣量，入倉坍落度控制在180～220 mm之間，含氣量2.5%～4%。

（2）延性超緩凝混凝土通過串筒入倉，控制每個(gè)串筒混凝土量，做到根部混凝土均勻攤鋪。

（3）根部過渡層混凝土澆筑完成后，通過串筒繼續(xù)澆筑上部普通混凝土，第一坯層混凝土厚度不宜大于30 cm。

2.4 拆模與養(yǎng)護(hù)

（1）過渡層混凝土澆筑期間，制作150 mm×150 mm×150 mm立方體同條件養(yǎng)護(hù)試件，拆模前檢查同條件養(yǎng)護(hù)試件的混凝土抗壓強(qiáng)度?；颥F(xiàn)場(chǎng)采用與墩墻同品種模板制作400 mm×400 mm×400 mm立方體試模，澆筑延性超緩凝混凝土，頂面覆蓋模板。觀測(cè)同條件試件凝結(jié)硬化情況，在拆除結(jié)構(gòu)模板前先拆除同條件試件的模板，判斷結(jié)構(gòu)模板是否可以拆除。

（2）海港引河南閘站工程設(shè)計(jì)使用年限為100年，因此確定混凝土帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d［2，4］。

（3）拆模后根部過渡層混凝土覆蓋復(fù)合土工膜，每天灑水保濕養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少28 d。

3 應(yīng)用效果

3.1 閘墩

南側(cè)閘墩根部延性超緩凝混凝土澆筑厚度為30～35 cm，平均厚度為33 cm；北側(cè)閘墩根部延性超緩凝混凝土澆筑厚度為20～25 cm，平均厚度為22.5 cm。

3.1.1 中心溫度

南北兩側(cè)閘墩距離底板1.4 m中心溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1，圖1可見閘墩混凝土在入倉34～40 h達(dá)到最高溫度80℃左右，說明混凝土水化熱大、溫升快，對(duì)裂縫預(yù)防十分不利。

圖1 海港引河閘墩中心溫度發(fā)展曲線

3.1.2 應(yīng)變

分別在南側(cè)閘墩和北側(cè)閘墩距離底板1.4 m、2 m中心安裝振弦式應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖2。圖2可見南側(cè)閘墩拉應(yīng)變小于北側(cè)閘墩，其中，距底板1.4 m中心在40～50 h拉應(yīng)變相差111～113με，距底板2 m中心在27～50 h拉應(yīng)變相差43～53με。分析認(rèn)為由于南側(cè)閘墩根部過渡層厚度大于北側(cè)閘墩，能夠更好地減輕底板對(duì)閘墩上部混凝土的約束。

圖2 海港引河閘墩混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1.3 裂縫情況

閘墩裂縫情況檢查結(jié)果見表3，表3同時(shí)列舉部分對(duì)比工程閘墩、站墩裂縫情況。表3說明海港引河南閘站閘墩設(shè)置過渡層技術(shù)后裂縫發(fā)生率低于對(duì)比閘墩或站墩，早期開裂面積降低47%～87%。

3.2 泵站空箱層站墩

在泵站空箱層（▽-1.8～4.0 m）站墩的根部澆筑一層0.3 m厚度的延性超緩凝混凝土。經(jīng)檢查，除站墩與上下游擋水墻固結(jié)交叉部位產(chǎn)生0.15 mm的裂縫外，其余部位沒有產(chǎn)生裂縫。泵站站墩單位體積裂縫面積計(jì)算結(jié)果見表3，與類似工程相比，開裂面積降低67%～86%；空箱層與流道層相比，開裂面積降低58%。

3.3 泵站空箱層擋水墻

泵站空箱層長江側(cè)和內(nèi)河側(cè)擋水墻為固支結(jié)構(gòu)，兩端與站墩相連，擋水墻中間還與小隔墩相連，在擋水墻根部澆筑一層厚度0.6～0.8 m的延性超緩凝混凝土過渡層。經(jīng)檢查，長江側(cè)擋水墻沒有裂縫，內(nèi)河側(cè)擋水墻僅有一條縫寬0.08 mm、縫長2.2 m的微細(xì)裂縫。

目前長度20 m左右的扶壁式翼墻墻身、擋水墻一般出現(xiàn)1～3條縫寬0.15～0.25 mm的溫度裂縫，嚴(yán)重的可能產(chǎn)生5～8條裂縫。擋水墻單位體積裂縫面積計(jì)算結(jié)果見表3，說明擋水墻采用過渡層技術(shù)能有效降低裂縫發(fā)生。

表3 閘墩/站墩溫度裂縫發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)

3.4 出水池導(dǎo)流墩

在南側(cè)出水池導(dǎo)流墩的根部澆筑一層厚度為0.25 m的延性超緩凝混凝土過渡層，作為對(duì)比北側(cè)出水池導(dǎo)流墩未設(shè)置過渡層。

3.4.1 中心溫度

出水池導(dǎo)流墩距離底板2 m中心混凝土溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖3，圖3可見南側(cè)出水池導(dǎo)流墩34 h最高溫度為79.4℃，北側(cè)出水池導(dǎo)流墩40.5 h最高溫度為77.6℃。

圖3 出水池導(dǎo)流墩溫度發(fā)展曲線

3.4.2 應(yīng)變

在出水池導(dǎo)流墩分別距離底板0.8 m和3.2 m中心安裝振弦式應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4。

由圖4可見：①南側(cè)出水池導(dǎo)流墩設(shè)置過渡層后，混凝土早期產(chǎn)生的拉應(yīng)變低于未設(shè)置過渡層的北側(cè)出水池導(dǎo)流墩，其中0.8 m高度中心拉應(yīng)變降低135με，3.2 m高度中心拉應(yīng)變降低83με；②北側(cè)出水池導(dǎo)流墩在200 h左右拆模后混凝土出現(xiàn)應(yīng)變突變；南側(cè)出水池導(dǎo)流墩254 h左右拆模后也出現(xiàn)應(yīng)變突變，表明拆模后對(duì)混凝土溫度裂縫的發(fā)展可能帶來影響；③摻入膨脹劑隨著水化膨脹產(chǎn)物的產(chǎn)生，后期產(chǎn)生壓應(yīng)變。

圖4 出水池導(dǎo)流墩混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.4.3 裂縫情況

南側(cè)出水池導(dǎo)流墩設(shè)置過渡層后，在距離東側(cè)伸縮縫8 m處產(chǎn)生1條縫寬0.1 mm、縫長7.1 m的豎向微細(xì)裂縫；北側(cè)出水池導(dǎo)流墩未設(shè)置過渡層，在墩中心產(chǎn)生1條縫寬0.25 mm、縫長10 m的豎向裂縫。

出水池導(dǎo)流墩實(shí)際裂縫發(fā)生情況說明根部采用過渡層技術(shù)后，早期溫度裂縫開裂面積降低72%，并將有害裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害裂縫。

4 結(jié)語

（1）海港引河南閘站工程閘墩、泵站空箱層站墩與擋水墻、南側(cè)出水池導(dǎo)流墩的根部設(shè)置延性超緩凝混凝土過渡層預(yù)防裂縫施工技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)溫度、應(yīng)變和開裂情況檢測(cè)結(jié)果表明：閘墩、出水池導(dǎo)流墩中心最高溫度為77.6～80℃；南、北兩側(cè)對(duì)比的出水池導(dǎo)流墩拉應(yīng)變降低83～135με，開裂面積降低72%；與對(duì)比工程相比，閘墩、泵站空箱層站墩、南側(cè)出水池導(dǎo)流墩的開裂面積降低47%～87%，并將有害裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害裂縫。

（2）南北兩側(cè)閘墩根部過渡層平均厚度從22.5 cm增加到33 cm，開裂面積降低56.4%，距底板1.4 m、2 m中心拉應(yīng)變分別減少111～113με、43～53με，說明增加墩墻根部過渡層厚度能夠更好地減輕底板對(duì)上部混凝土的約束。

（3）墩墻根部設(shè)置延性超緩凝混凝土過渡層，能夠減少墩墻混凝土早期受到的底板外約束，降低溫度應(yīng)力，減少開裂風(fēng)險(xiǎn)，為墩墻預(yù)防溫度裂縫提供一種新的技術(shù)方法。