下載伊頓VICKERS泵站施工期裂縫問題及解決方案

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　1前言

　　本文基于混凝土溫度場和應力場的基本理論<1>，對泵站底板和流道結構施工期開裂的主要原因進行了初步探究，并根據裂縫的成因以及泵站結構的具體特點提出相應的溫控方法，供相關工程參考應用。

　　2施工期泵站裂縫成因分析

　　211　底板裂縫成因分析

　　伊頓VICKERS泵站施工期裂縫問題及解決方案

泵站底板澆筑后，水泥、粉煤灰等與水發生劇烈的水化反應，釋放出大量的熱量。混凝土導熱性能較差，大量的水化熱量積貯底板中心，底板內部溫度升高幅度較大；而底板的四周、頂面以及底面分別與大氣和地基接觸，通過熱對流和熱傳導散出部分水化熱量，溫度升高幅度有限。

　　與升溫幅度對應，底板內部熱膨脹變形較大，表面熱膨脹變形較小，內部混凝土的熱膨脹變形受到表層混凝土的約束，因此，底板表面出現拉應力，而內部則出現壓應力。考慮到混凝土早期抗裂強度性能有限，混凝土底板早期存在表面開裂的可能。這種類型的裂縫在一般出現在低溫季節澆筑的底板表面的中部，出現時間一般在混凝土澆筑后7天內，裂縫方向與底板的長邊方向垂直，且以表面淺層裂縫為主。

　　后期，底板混凝土溫度逐漸下降，產生溫縮變形，溫縮變形受地基的約束因而在底板中產生拉應力。考慮到底板中心降溫幅度大于表面，因此，后期底板中心的拉應力較大，一旦開裂，裂縫將從內部向表面擴展。后期一旦在底板表面發現裂縫，一般已經貫穿整塊底板，對結構安全的危害性較大。

　　212　流道裂縫成因分析

　　與底板相似，流道結構早期也呈現出“內熱外冷”的分布規律，混凝土表面拉應力較大，很有可能從表面開裂。在流道中早期發現的裂縫一般出現在厚度較大的墩墻部位，結構越厚，內外溫差越大，混凝土開裂的可能性相應增大。

　　在后期，流道結構的溫縮變形受到了前期澆筑的混凝土底板的強約束作用，結構中出現了較大的拉應力。與上述底板后期開裂的基理相同，流道后期一旦發現裂縫，一般已是貫穿性裂縫，對結構安全的影響較大。底板與流道澆筑時間的間隔越長，后期底板對流道的約束作用越強，后期開裂的可能性越大。

　　3泵站溫控防裂對策

　　上文闡述了泵站底板和流道施工期開裂的主要原因，下文中筆者將根據裂縫的成因及泵站具體的特點從設計優化和施工控制這兩個不同的角度闡述這兩個關鍵部位施工期的溫控防裂方法。

　　311　設計優化

　　31111　優選混凝土

　　在結構設計中，應根據泵站各個部位承受荷載的實際情況合理地確定混凝土的強度等級。在混凝土各項物理性能可以滿足工程要求的前提下，應盡可能降低混凝土的強度等級，尤其是內部大體積混凝土的強度等級。混凝土的強度等級越高，水泥的用量必然越大，水化熱量相應增加，早期的內外溫差和后期的降溫幅度隨之增大，混凝土前、后期開裂的風險均有所增加。

　　除了設法降低混凝土的強度等級外，選擇中熱或低熱水泥、選擇低熱膨脹性的骨料、摻入減水劑、微膨脹劑等外加劑或摻入硅粉、鋼纖維以及聚丙烯纖維等均可以提高混凝土的抗裂性能。

　　31112　配筋設計的優化

　　在對泵站底板、流道等易裂部位配筋時，除了應按結構承載和正常使用的相關要求配置受力鋼筋外，還應在混凝土表面適當地增配部分溫度鋼筋來提高混凝土的抗裂性能，溫度鋼筋的直徑宜控制在10-14mm之間，間距宜控制在100- 150mm之間，溫度鋼筋宜布置在受力鋼筋的外側，與混凝土邊緣的距離宜控制在25-30mm左右。在表面增配溫度鋼筋后，混凝土早期表面開裂的風險相應減小，但這種鋼筋對后期的貫穿性裂縫限裂作用不大。

　　31113　利用拋石混凝土或漿砌石代替部分混凝土

　　在進行底板或墩墻等大體積混凝土結構的設計時，可利用拋石混凝土或漿砌石代替部分混凝土。此舉不僅可以有效地控制混凝土中的水泥用量，進而降低混凝土的水化熱量，相應減小早期的內外溫差和后期的降溫幅度，減小混凝土結構開裂的風險外，還可以降低工程的投資，但施工過程中限制較多，施工工藝也較為復雜。

　　312　施工控制

　　除了從優化設計的角度考慮泵站施工期的溫控防裂外，施工控制也是溫控防裂的一個至關重要的環節。

　　31211　合理的分塊澆筑混凝土

　　分塊澆筑是指根據泵站結構的具體形式，有計劃、有目的地利用臨時施工縫將整體結構劃分成多個獨立的塊體進行間隔澆筑。這樣施工一方面是受制施工方的于混凝土的生產能力，更重要的是通過合理的分塊澆筑，可以有效地控制混凝土早期的內外溫差以及基礎對上部結構的約束作用，減小混凝土前、后期開裂的風險。常用的分塊方式有“后澆帶”<6>和“吊空模板”等。

　　31212　降低澆筑溫度

　　混凝土施工過程中應盡量降低澆筑溫度。

　　澆筑溫度越低，混凝土早期的內外溫差和后期的溫降幅度也越小，混凝土前、后期開裂的可能性也相應降低。在施工過程中，可以根據施工現場的實際情況來確定具體的降溫措施，如地龕取料來降低骨料的溫度、加冰或冰水拌合、運輸過程中遮陽隔熱保溫、避開高溫季節澆筑等等。

　　31213　表面保溫和養護

　　內外溫差過大是混凝土早期表面開裂的主要原因，在混凝土表面覆蓋合適的保溫材料后，混凝土內外溫差相應減小，表面應力狀態明顯改善，早期表面開裂可能性明顯減小。但保溫后混凝土后期降溫幅度有所加大，因此一昧地強調加強表面保溫也是不合適的。

　　31214　通水冷卻

　　過去，在混凝土內部布置冷卻水管通水冷卻一般用于混凝土重力壩或拱壩施工，在水閘、泵站這類水工建筑物中應用得較少。但根據國內相關文獻<3，5>，在南水北調工程東線多個已建成的泵站也引進了這項技術，底板和流道施工過程中在混凝土內部布置了冷卻水管并通深井水冷卻，取得了良好的效果。通水冷卻可以有效地帶出混凝土內部的水化熱量，相應降低混凝土的內外溫差和后期的降溫幅度，有力地提高了混凝土的抗裂性能。但水管布置形式的確定，水管材質和直徑的選擇、層距和間距的選擇、通水流量和通水時間選擇仍處在探索階段，宜進一步深入研究。

　　4總結

　　本文基于混凝土溫度場和應力場的基本理論分析了泵站底板和流道結構施工期開裂的主要原因，并從設計優化和施工控制兩個方面分別提出了技術可行、經濟合理且施工簡便的溫控防裂方法，供類似工程參考使用。

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