超長超大水池混凝土的裂縫控制技術

鄔荒耘 楊 俊 劉 星 鄒金標

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

目前水池裂縫控制常采用的辦法包括補償收縮混凝土、設置施工后澆帶、選擇合適的材料和級配等，但是，超長超深水池相關的應用研究較少。因此，有必要對池壁和池底混凝土結構裂縫的控制工藝進行探究，以滿足施工要求。

1 研究背景

航運技術與安全科研設施及基地建設項目，位于上海市崇明區長興鎮09CM-0601單元E3-05地塊；深水拖曳水池實驗室建筑物呈細長條塊形（東西走向），占地面積12 250.99 m2，建筑面積16 985.42 m2（圖1）。深水拖曳水池的基礎為樁＋承臺形式，長398.7 m、寬18.0 m、深10.3 m，采用半埋式結構形式，水池底板板面標高為－3.90 m，池壁頂標高為＋6.4 m，水池頂設跨度為18.8 m的拖車。深水拖曳水池結構屬于超長結構，水池結構分為9段進行施工（圖1），每段分多層澆筑混凝土（圖2），分縫寬度為20 mm。由于水池有結構超長、面積超大的特點，滿水后會對池壁和池底的施工縫形成較大的壓力，因此對水池結構的施工質量和抗滲漏要求較高。

圖1 項目分段施工布局

圖2 深水拖曳水池剖面

查閱相關資料文獻[1-5]可知，鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因較多，主要包括：混凝土配合比設計不當；結構設計不當，比如配筋率不足、鋼筋保護層過厚、變形縫設置不合理；澆筑養護工藝不合理，比如混凝土澆筑施工不規范，混凝土養護措施欠缺，水化熱控制不當產生裂縫。

本文主要從選用最佳配合比的混凝土、合理設置施工縫防水結構等方面進行研究。

2 超長深水拖曳水池混凝土的最佳配合比設計

為了更好地滿足水池對混凝土坍落度、抗滲、抗裂和流動性等性能的要求，開展系列混凝土配比試驗研究，最終確定一組綜合效果較佳的配合比混凝土。

在混凝土的質量配合比方面，確定各組分范圍：P·O 42.5水泥180～260份，S95礦渣為70～80份、II級煤灰70～80份，中砂680～750份，粒徑為5～25 mm的碎石1 000～1 100份，SH306聚羧酸系高性能減水劑為4.5～6.0份，自來水170～190份。同時，在每立方米混凝土中摻加0.6 kg抗裂纖維。抗裂纖維為聚丙烯纖維，類型為SD-A3混凝土纖維，纖維直徑20～30 μm，長度12 mm±1 mm，抗拉強度≥500 MPa，彈性模量≥5 000 MPa，斷裂伸長率≥20%。

超長水池施工所用的復合混凝土制備的具體步驟如下：首先依次將碎石、中砂、P·O 42.5水泥、S95礦渣、II級粉煤灰放入干混，然后加入水混合，接著加入減水劑和抗裂纖維，攪拌均勻，最終得到超長水池壁施工所用的復合混凝土。

按照GB 5150—2017《水工混凝土試驗規程》測定復合混凝土的28 d抗壓強度、坍落度、抗滲透系數等，測試結果如表1所示。

從表1可以看出，由于采用了SH306聚羧酸高性能減水劑和SD-A3抗裂纖維，它們與P·O 42.5水泥、S95礦渣、II級粉煤灰、中砂、碎石等協同作用機理，改善混凝土拌和物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現時間，最終減少混凝土用水量5%以上，增強了超長水池施工所用的復合混凝土的抗滲能力和抗拉強度，其強度符合C30混凝土等級要求，抗滲能力符合設計要求達到P8。經檢測，4組配比的復合混凝土R7標養強度范圍為21.8～28.6 MPa， 28 d抗壓強度范圍為33.1～43.4 MPa，坍落度保留值范圍為145～150 mm，抗滲等級達到P8級，表觀密度為2 320～ 2 340 kg/m3。

表1 混凝土試驗方案及測試結果

經綜合考慮混凝土具有較強的抗壓、抗滲抗裂性能、流動性較好以及現場效果好，最終選擇了方案4作為該工程最佳混凝土配合比。

3 超長深水拖曳水池的施工縫控制技術

3.1 超長深水拖曳水池池壁防滲控制技術

由于水池主體結構采用了分段分層施工工藝，水池池壁墻體分9段施工，每段分3層，導致形成施工縫，這是防滲關鍵點。

為了更好地滿足水池結構的抗滲漏要求，水池池壁采用內外層同時防滲工藝，即在水池內壁外表面設置保護層、外墻主防水層、附屬防水層等3道保護層，在施工縫處的水池墻體內設置2條止水鋼板帶。止水鋼板邊緣折邊，兩塊相向布置，通過圓鋼和內外墻主筋焊接為一體，確保止水鋼板的固定和定位準確（圖3），澆筑混凝土過程中要注意對其的保護，施工縫下部混凝土澆筑要確保振搗密實。上部混凝土澆筑過程中加強縫面處理，在澆筑前對混凝土表面進行鑿毛、清理干凈，并灑水濕潤，澆筑上層混凝土時，先鋪設厚50～100 mm與混凝土同強度等級的水泥砂漿接槎。對于伸縮縫，嚴格控制止水帶的質量和各項性能指標，止水帶的安設，要嚴格按照設計圖紙規定，設置橫向固定筋，同時采用縱向固定筋和專用卡扣，使用綁絲將止水帶兩端固定，消除止水帶在混凝土澆筑過程中的豎向位移和變形。另外，在池壁混凝土澆筑后2～3 d，混凝土內部溫度達到峰值，為避免池壁內外溫差過大出現裂縫，現場進行帶模養護，養護時間不少于5 d，最好達到7 d。同時，對池壁混凝土進行測溫，以內外溫差不大于規范要求為拆模標準[6-9]。

圖3 池壁施工縫的防滲結構

3.2 超長深水拖曳水池池底防滲控制技術

在水池池底防滲施工工藝中，關鍵的一環是底板結構分縫的防滲處理，本工程池底施工縫采用復合層防滲工藝，由下到上順序設置C15混凝土墊層、底板防水層、寬1 000 mm卷材防水加強層、φ30～φ60 mm泡沫塑料棒、外貼式止水帶、聚苯板填縫、中埋式止水帶、聚苯板填縫、密封膏填縫等保護層，如圖4所示。

在混凝土底板施工過程當中，除了采用上述底板結構分縫防水結構以外，還需采用以下施工工藝提高池底防滲效果。

圖4 底板結構分縫防滲結構

1）對于施工縫，關鍵是保證施工縫部位混凝土的密實和接縫質量。在混凝土澆筑過程中，安排專人在此部位加細操作，在下一層混凝土初凝之前，澆筑上一層混凝土，混凝土振動棒插入下層混凝土5 cm以上，同時澆筑下一層前，應對前一層進行二次振搗，保持良好接槎，避免出現冷縫。混凝土振搗應遵循“快插慢拔”的原則，振點呈梅花形布置，兩點間距不大于500 mm，逐點移動，做到均勻振實，直到未出現氣泡和混凝土沉陷，最終保證該部位混凝土澆筑密實。

2）上部混凝土澆筑過程中加強縫面處理，在澆筑前對混凝土表面進行鑿毛、清理干凈，并灑水濕潤，澆筑上層混凝土時，先鋪設厚50～100 mm與混凝土同強度等級的水泥砂漿結合，確保伸縮縫處的表面處理得當。

3）在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養護，及時覆蓋塑料薄膜和外蓋土工布進行養護，避免溫差變化過大，最終有效控制裂縫的出現。

4 超長水池結構表面的裂縫檢測技術

超長深水拖曳水池結構表面的裂縫檢測是一個必不可少的環節，可以進一步加強對工程質量的管控，也可以進行提前預判結構的防滲效果。目前，對混凝土結構裂縫的檢測，常采用肉眼目測，依賴人工判斷，不可避免地會受到個人的視力、精力、情緒等因素的影響，帶有很大的主觀性，難以保證檢測標準和檢測質量的統一。為了克服上述人工檢測的不足之處，保證裂縫檢測的科學性、客觀性和準確性，采用了裂縫儀對水池池壁表面進行檢測。裂縫儀主要用于檢測并記錄、計量混凝土橋梁、隧道或墩臺、墻體等裂縫的寬度，及被測裂縫圖像存儲，該儀器符合JGJ 125—1999《危險房屋鑒定標準》、CECS 21：2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術規程》的要求。裂縫儀的主要技術指標如下：在寬度上測量范圍0～6 mm，測量精度≤0.01 mm；在深度上，檢測范圍5～500 mm，檢測精度≤5 mm；具有彩色液晶屏可實現觸摸屏操作。使用精密裂縫儀對池壁表面裂縫進行測量，查驗寬度及深度。結果表明，池壁和池底整體外觀表面良好，局部出現極少量的淺表微裂縫。可通過作業平臺修補這些表面，直到符合規范及設計要求。

5 結語

通過對水池用混凝土配合比和防滲工藝的探究和工程實踐，豐富了超長深水拖曳水池裂縫控制的選項。工程選用了混凝土的最佳配合比，混凝土的28 d抗壓強度超過35 MPa。在結構施工縫控制方面，采用內外層同時防滲工藝，對深水拖曳水池池壁的施工縫進行處理；使用復合層防滲工藝對池底施工縫進行處理。實踐效果顯著，最終保證了工程的P8抗滲要求，有效控制施工過程中出現的裂縫，對于類似工程控制裂縫具有參考價值。