劉家道口節制閘工程施工難點及對策

黃守琳

劉家道口節制閘工程施工難點及對策

黃守琳

一、工程概況

劉家道口樞紐工程位于山東省臨沂市劉家道口村北的沂河干流上。主要有劉家道口節制閘、分沂入沭彭家道口分洪閘（已建成）、劉家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切灘、閘上堤防截滲，李公河防倒漾閘、李莊閘、水文觀測設施，工程管理設施等工程組成。

劉家道口節制閘是實現沂沭河洪水東調入海的控制性建筑物，為開敞式曲線型低堰水閘，閘室總凈寬576.0m，共36孔，單孔凈寬16.0m，閘底板與閘墩采用分離式鋼筋混凝土結構。閘室順水流方向的長度為27.5m，垂直水流方向總寬646.0m，工作閘門為鋼質弧形門，尺寸（寬×高）16m× 8.5m，支鉸采用鋼材質，液壓式啟閉機，檢修閘門為鋼質疊梁門，節制閘進口連接段包括閘前鋪蓋、上游護底以及上游兩岸翼墻和護坡，出口設有消力池、海漫、防沖槽、下游兩岸翼墻及護坡等。

二、施工中存在的難點及對策

工程施工存在難點主要有：（1）主體工程混凝土都在冬季施工，閘墩和大底板保溫防裂技術要求高；（2）支鉸鋼梁板厚100mm焊接技術復雜難度大，同時焊接焊縫存在殘余應力集中問題。下面就施工過程中存在的難點問題和采取的對策作一簡述。

水工建筑物混凝土發生裂縫的原因主要有以下幾個方面：混凝土內外溫差過大，受寒流襲擊，表面保溫不及時；混凝土養護不及時充分，表面發生干裂并向深層發展；混凝土原材料質量及澆筑質量控制不嚴，存在某些薄弱面；混凝土澆筑分層分塊不當；基礎或者老混凝土對新澆混凝土產生強有力約束；表面裂縫發現與處理不及時向深層發展成危害性裂縫等。

2006年12月至2007年3月是該節制閘主體混凝土澆筑時間，也是臨沂地區氣溫最低的季節。1月份平均氣溫-1.7℃，極端最低氣溫-24. 9℃，最大凍土溫度0.4℃，特別是閘墩、大底板，如果防凍、防裂措施做不到位，就有可能產生溫度裂縫，對工程質量直接造成潛在的隱患。節制閘墩長26.5m，寬2.0m，高10.75m，長、寬、高尺寸都比較大，且座落在紫色砂質泥巖、夾粉砂巖剛性基礎上，易產生溫度裂縫。大底板厚2.5m，寬10.0m，長27.5m，體積大，也易產生溫度裂縫。所以閘墩和大底板保溫防凍、抗裂技術要求比較高，一定要認真對待。

針對閘墩和大底板在冬季易產生溫度裂縫的難題，監理部會同施工單位在技術、材料、施工措施等方面采取必要的措施和對策防止混凝土發生裂縫。具體措施和對策如下：

（1）合理分縫、分塊

根據經驗，水閘墩身和底板結合部位是應力集中的部位，為了緩解應力集中，預防裂縫，在澆大底板時，同時澆筑1.2 m高的中墩，從而減少底板收縮對墩身的約束影響，邊墩主要分三層澆筑，緩解應力集中和防裂。

（2）選擇合適配合比，減少混凝土內水化熱

主要采取調整配合比，增加粉煤灰摻入量、摻加高效減水劑等措施。

根據汛前經驗，結合專家咨詢會的意見，汛后水泥仍用P.O32.5，粉煤灰摻入比由汛前15%增加到20%，根據經驗，加大粉煤灰用量可以提高拌和物的和易性，減少水化熱量。汛后C25、C30混凝土在保持汛前水泥用量不變的前提下，增加粉煤灰摻入量：C25增加17kg/m3，C30增加20kg/m3；膠凝材料摻入量：C25增加18kg/m3，C30增加20kg/m3。

不同水泥品種，不同粉煤灰摻入量的膠材水化熱試驗結果見表1。

從表1可見，膠材水化熱量隨水泥標號增大而增加，隨粉煤灰摻入量增加而減小，減幅P.O32.5達12.25%，P.O42. 5達到14.70%。從施工現場混凝土澆筑情況來看，在水泥用量不變情況下，隨著粉煤灰用量的增加，拌和物的和易性變好，入倉順利，振搗容易，外觀表面明顯光潔。

此外，摻入適量的減水劑既可以減小水灰比，又可以減少水泥用量，進而減少水化熱量。

三、施工措施

針對冬季混凝土防裂要求，一般采取以下措施防止裂縫的產生。

1.原材料保溫

原材料堆放必須用帆布覆蓋，堆放高度不應低于6.0m。

2.增高拌和溫度

為了防止原材料在堆放過程中結冰，冬季混凝土必須用熱水拌和，水溫一般控制在20℃～30℃之間，以防混凝土假凝。出機口混凝土溫度一般保持在10℃左右。

3.運輸過程中保溫

一是用混凝土攪拌車運輸，二是混凝土運輸攪拌車外面用棉帆布被包裹。

4.倉面保溫

在澆筑面積比較大的倉面時，采用彩條布搭設保溫棚，現場多次抽測混凝土入倉溫度（混凝土下5～10cm）晚上一般在8℃左右，白天在8℃～10℃之間。混凝土澆完收光階段，保溫棚用碘鎢燈加熱保溫。收光完畢后表面先覆蓋一層塑料膜，然后再加一層用花雨布包裹的草簾被保溫，覆蓋整個冬季。

5.模板保溫

大小底板的側模使用2cm厚的竹膠模板，澆完后外掛草簾被保溫，拆模后立即用2cm厚閉孔泡沫板覆蓋，用三道木條固定，保溫效果相當好。

閘墩鋼模板外表用3cm厚的軟性泡沫板粘貼，經實測閘墩倉內溫度大于15℃，保溫效果非常顯效。

6.降低混凝土的內部溫升

冬季澆筑的大底板和閘墩混凝土由于內外溫差大，更易發生溫度裂縫，主要采取通冷卻水的方法來控制混凝土內溫升，采用先通水，后澆混凝土的方法來減小溫升幅度和降低最高溫度，經實測最大內外溫差小于8.7℃，最高溫度為 29.5℃，最大升幅為17.7℃，可以滿足規范 DL/T5144-2001內外溫差不大于20℃的要求。根據有關研究成果，在冬季閘墩澆筑過程中，在保證入倉混凝土不結冰的前提下，可以盡量降低入倉溫度，這樣對控制混凝土后期溫升大有好處。

7.拆模后閘墩保溫防裂

根據SDJ207-82規范的要求，混凝土允許受凍的臨界強度：大體積內部混凝土應不低于5.0MPa；大體積外部混凝土和鋼筋混凝土應不低于7.0MPa。采取的措施為：貼保溫板的閘墩鋼模板保溫時間不小于21d，在氣溫穩定的時間段內拆模，邊拆邊包裹一布一膜的復合土工膜，再用鐵絲固定，一直保溫到3月份。

四、支鉸鋼梁制作

節制閘的支鉸鋼梁是用100mm厚的鋼板拼裝焊接而成，如何保證焊接質量是制作的一個難點。由于鋼板有100mm厚，對焊、立焊都必須是坡口焊，焊縫寬而深，需要多層多次焊接，焊接難度高，焊接殘余應力大，針對以上問題，監理部要求制作單位冬季在暖棚中焊接，每次焊接前先加溫預熱，直到滿足冬季焊接溫度要求才允許施焊，焊接引弧必須從焊縫中間向兩頭。

支鉸鋼梁制作的另一個難點是預防和消除焊接過程中形成的殘余應力集中問題，以防止支鉸鋼梁在使用過程中焊縫出現斷裂裂縫的質量問題。

表1　膠材水化熱試驗結果對比表（7d齡期）

由于支鉸鋼梁在焊接過程中存在殘余應力，在使用過程中易變形和出現斷裂裂紋，損害構件安全，因此需要對支鉸鋼梁進行整體退火處理，才能消除殘余應力。由于支鉸鋼梁體積大，為4.55m× 1.16m×1.24m，進行整體退火處理成本太高且環境污染嚴重，經專家咨詢會論證同意引進振動時效處理工藝。振動時效就是利用振動消除支鉸鋼梁焊接時形成的殘余應力的一種技術。金屬構件采用振動時效消除應力處理技術可穩定構件的變形，增強結構變形能力，提高構件的尺寸精度，同時有效地降低和均勻構件的殘余應力，提高使用強度和疲勞壽命。振動消除應力處理技術還可以防止構件出現斷裂裂紋。經水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心檢測，經振動時效處理后，支鉸鋼梁時效曲線滿足JB/T10375-2002和JB/T5926-2005規范要求，應力集中問題得到消除，可以在工程中使用。

五、效果

由于對施工中存在的主要難點進行了詳細地分析研究，并采取了一系列相應對策，工程取得如下效果：（1）低溫季節澆筑的閘墩混凝土沒有出現溫度裂縫，閘墩混凝土內部最高溫度控制在29.5℃左右，最大內外溫差控制在8.7℃左右，最小內外溫差控制在1.4℃左右，混凝土溫度最大升幅控制在17.7℃左右；（2）低溫季節澆筑的大底板混凝土沒有出現溫度裂縫，大底板混凝土內部最高溫度控制在31.4℃左右，最大內外溫差控制在11.1℃左右，最小內外溫差控制在10.6℃左右，混凝土溫度最大升幅控制在21.8℃左右；（3）支鉸鋼梁通過水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心檢測并在道口閘上使用至今，沒有出現斷裂裂縫質量問題；（4）弧形閘門支鉸鋼梁振動時效效應技術研究與應用獲安徽省科技進步三等獎；（5）劉家道口節制閘工程獲得水利部“大禹獎”和中國土木工程“詹天佑獎”■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院233000）