船閘輸水廊道段混凝土澆筑工藝研究

朱冬晉，王齊，尹詩婷，王能，劉永勝，勾正洪

（1.貴州省港航集團有限公司，貴州 貴陽 550000；2.東南大學，江蘇 南京 211189；3.湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

清水江白市至分水溪航道工程位于貴州省黔東南州天柱縣境內，起點為白市水電站，終點為分水溪。航道長35 km，由100～300 噸級提升至500 噸級航道，含船閘1 座、通航隧洞550 m、跨引航道橋2 座及周邊道路恢復。船閘輸水閥門段結構復雜且體積較大，傳統的模板法存在施工難度大、施工周期長、施工精度差等缺點，因此采取整體裝配式的新型施工方法建造輸水廊道，即先以鋼板、梁、柱等構建起船閘輸水閥門段的整體裝配式內壁鋼結構，然后在鋼結構之外進行混凝土連續澆筑，使內壁鋼結構與壁外混凝土一起構成船閘輸水廊道段。在鋼結構之外進行的連續澆筑混凝土具有體積大面積大的特點，是典型的異型大體積混凝土結構。大體積混凝土的施工質量易受澆筑施工質量的影響，因此加強對大體積混凝土澆筑施工技術的研究至關重要。本文將詳細介紹船閘整體裝配式輸水廊道混凝土施工的關鍵技術。

1 船閘整體裝配式輸水廊道混凝土施工技術難點

大體積混凝土一般指單次澆筑量超過1000 m3或結構實體的最小尺寸不小于2 m 的混凝土，在水利工程中采用大體積混凝土具有經濟效益高且工程質量較好的優點，因而大體積混凝土施工技術被廣泛應用[1]。但對于新型的船閘整體裝配式輸水廊道混凝土施工技術而言，仍存在一些施工技術難點。

1.1 溫度裂縫的產生

船閘工程中，工程病害多發于施工期[2]。由于船閘本身的結構特點，大體積混凝土在施工期經常出現開裂的情況。據調查，國內許多船閘（短廊道輸水系統）在廊道斷面變化段均不同程度地產生了各種裂縫，導致輸水系統漏水、船閘輸水系統運行效率的降低以及系統故障和事故風險的增加等后果，故輸水廊道混凝土的裂縫問題是船閘工程建設中需重點關注的質量通病之一[3]。開裂原因是多方面的，最主要的原因是混凝土結構的大體積特征導致單次澆筑量大，故相較于其他結構類型，水泥水化反應釋放出的熱量更多，更多的熱量聚集在結構物內會使得結構物內外溫度梯度差異大，當溫差到達一定程度時，混凝土在溫度應力的作用下產生裂縫，此類裂縫稱為溫度裂縫[4,5]。另外，干縮裂縫也是船閘輸水廊道混凝土的常見病害之一，工程上往往借助加入膨脹劑的方法來應對[6]。

閥門段的混凝土澆筑通常是一個大型連續操作，故船閘輸水廊道段施工中，主要結構在混凝土澆筑過程中產生內部的不均勻溫度分布，極易導致溫度裂縫問題，應重點關注大體積混凝土施工中可能出現的溫度裂縫問題。

1.2 施工技術的高要求

澆筑一致性：在大體積混凝土施工中，確?；炷恋木鶆蚍植己吞涠确浅ｊP鍵，以避免空隙和不均勻密實度。這要求操作員具備高超的技術和經驗，以確?；炷聊軌蝽樌涮钅０濉Ｆ渲?，坍落度是混凝土和易性的指標，工地與實驗室中，通常做坍落度試驗測定拌合物的流動性，并輔以直觀經驗評定粘聚性和保水性，用于判斷施工能否正常進行[7]。船閘輸水廊道通常具有復雜的幾何形狀，在壁外混凝土施工過程中，要確?；炷猎跐仓^程中均勻分布，且具有合適的坍落度，以便順利充填復雜的結構形狀和排除空隙。坍落度不足可能導致充填不均勻，坍落度過大則可能引發漿液分離問題。不同部位可能需要不同坍落度的混凝土，需要精確控制混凝土的坍落度，并根據需求調整。

振搗和抖搗：大體積混凝土通常需要采用振搗或抖搗等方法來排除氣泡和提高混凝土的密實性。這些過程需要專業的設備和熟練的操作，以確保混凝土的質量。

1.3 施工工藝的復雜性

混凝土輸送：對于大體積混凝土來說，將混凝土從攪拌站輸送到施工現場，通常需要使用大型泵送設備?，F場施工時，由于船閘閥門段通常位于較深的水下位置，因此需要使用特殊的混凝土輸送設備，如長臂泵或水下澆筑技術，以確?；炷聊軌驕蚀_充填各個部位。操作這些設備需要水平較高的技術技能。

施工計劃和協調：實際工程中，船閘閥門段通常包括復雜的結構，如壩墻、導流構造物和水閘門等；施工可能需要大量的人力、設備和材料。因此，施工需要詳細的澆筑計劃，以確定澆筑的順序和時間表，從而確保各個部分的混凝土能夠順利連接和整體裝配。此外，需考慮混凝土的硬化時間和相鄰部分之間的接縫處理。

綜上所述，船閘輸水閥門段整體裝配式廊道混凝土澆筑是一項復雜的工程，需要適當的設備和控制措施以及專業的工程團隊和嚴格的質量安全管理才能夠成功應對這些技術難點。

2 船閘整體裝配式輸水廊道混凝土施工技術要點

在船閘輸水閥門段整體裝配式廊道混凝土施工中，混凝土的配合比、拌合運輸、測溫和控溫、澆筑與振搗，以及養護至關重要。以下從這五個角度展開論述：

2.1 混凝土配合比

在船閘整體裝配式輸水廊道段混凝土施工中，混凝土配合比的設計和注意事項至關重要，它直接影響混凝土的質量和工程的性能。保證船閘輸水閥門段大體積混凝土澆筑施工質量的關鍵是科學準備混凝土材料，需要從原材料選擇和配合比優化兩個方面進行準備。

一方面，是原材料的選擇。首先，在選擇水泥型號時，應優選低水化熱的水泥材料，尤其要關注水泥中的礦物質成分和細度模數。這有助于降低混凝土的水化熱反應，減少溫升，從而防止在澆筑過程中出現的溫度裂縫問題。當采用低水化熱水泥時，需確保水泥的抗壓強度不低于通過工程的強度要求而確定的混凝土設計強度等級，并且減少水泥的摻量，以保持混凝土的性能。其次，在水泥攪拌過程中，施工人員需要科學控制攪拌溫度。剛出廠的水泥溫度較高，直接攪拌可能導致水泥失去流動性，從而引發混凝土坍塌和碎裂問題。最后，在混凝土材料的配置階段，適量添加粉煤灰、礦渣等替代材料以進一步降低水化熱反應，有助于溫度控制和減少裂縫風險并提高混凝土的凝結強度。

另一方面，是混凝土配合比的優化?；炷僚浜媳鹊脑O計需要綜合考慮抗壓強度、耐久性、坍落度以及和易性等多個因素。科學控制水膠比，以兼顧混凝土的流動性和強度。確保水膠比大于0.5，偏低的水膠比會影響混凝土的密實性；過高的水膠比會導致混凝土的強度下降和收縮問題。還應考慮骨料的選擇和分級，設計合適的骨料分級曲線。分級的目的是使混凝土更加均勻和緊密，同時提高混凝土的抗壓強度和流動性。骨料的分級應滿足混凝土的流動性和坍落度要求。最后，還需要避免砂率過高或過低，以維持混凝土的強度。

合適的原材料選擇和合理的配合比優化可以確?；炷猎跐仓^程中達到高質量的標準，減少了裂縫和其他質量問題的風險，從而保證工程的穩定性和耐久性。

2.2 混凝土拌合運輸

混凝土拌合質量影響著混凝土的澆筑施工質量，因此施工人員必須以科學的方法來控制拌合速度、時間和溫度，以確?；炷恋母鞣N原材料均勻拌合且避免氣泡的產生，從而提高混凝土的密實性和耐久性。選擇合適的混凝土攪拌設備，確?；炷恋木鶆蛐院唾|量。此外，確保攪拌罐滿足無雜質、無積水的干凈條件，以避免原水灰比發生變化。攪拌完成的混凝土應在規定時間內使用完，防止混凝土發生凝固和質變。

混凝土的運輸也十分關鍵。施工人員應確保運輸車輛行駛穩定，以避免混凝土在運輸過程中發生不均勻沉降。此外，需要合理控制混凝土的溫度和濕度，以防止在運輸過程中發生質變。根據工程的需要，選擇合適的混凝土輸送方式，對于水下位置的施工，需要使用長臂泵或其他特殊設備來輸送混凝土，確保能夠準確充填各個部位?？刂苹炷吝\輸的距離和時間，較長的運輸距離和時間可能導致混凝土早期失去流動性和坍塌性?；炷猎谳斔瓦^程中還可能發生分離，即水分和骨料分層，應采取措施防止分離，如在混凝土攪拌車中采取適當的攪拌措施。

2.3 混凝土測溫和控溫

混凝土施工中的溫度控制是保證工程質量的關鍵因素。溫度直接影響著混凝土的性能、強度和裂縫問題。

混凝土澆筑過程中，要進行實時的溫度監測，以確保混凝土內外溫度分布均勻。高溫會導致混凝土過早凝固和水分流失，影響混凝土的均勻性和強度；低溫則可能延長凝固時間，影響施工進度。因此，施工人員必須時刻監測混凝土的溫度，并采取措施調控，確?；炷恋男阅艿靡员３帧Ｈ绻炷翝仓┕み^程中的溫度控制不合理，在混凝土施工的4 h 之內，大體積混凝土可能會出現裂縫問題。為此，依據水利工程混凝土施工的相關規定，針對于混凝土澆筑施工溫度的控制時間間隔需小于4 h。在選擇溫度監測點時，先遵循對稱性原則，在對稱構件平面上選擇監測點，常見的監測點位置為對稱軸線上。如果施工平面不對稱，則需要詳細分析各立體面的形狀和受力情況，以確定澆筑時的最佳溫度監測點位置。

降低混凝土澆注溫度的措施：①搭設遮陽棚：搭設通風良好的遮陽棚，避免混凝土原材料受強烈陽光曝曬；②灑水降溫：在混凝土澆筑前的1 h 內對砂石料進行灑水降溫，通過增加材料的含水率并調整混凝土的施工配合比來控制混凝土溫度；③模板降溫：在混凝土澆筑前對鋼模板進行灑水降溫，以減少模板傳熱導致的混凝土溫度升高；④選擇適當時段：選擇在溫度較低的時段進行混凝土澆注，如傍晚或早晨，以減緩混凝土的升溫速度，提高施工質量。這些措施的合理應用有助于有效控制混凝土的溫度，減輕溫度對施工質量的不利影響，同時降低了裂縫問題的發生風險，確保了混凝土工程的成功實施。

2.4 混凝土澆筑與振搗

混凝土的澆筑要按照事先制定的計劃進行，確保各個部位得到充分填充，精確控制澆筑順序，以確保各構件連接無縫?；炷翝仓枰捎梅侄畏謱拥姆椒?，即分倉、分塊進行，確保底板和頂板澆筑后能夠及時進行壓光。通常情況下，分層澆筑的厚度一般不超過50 cm，并在多層連續澆筑時，確保各層之間的澆筑時間間隔不會超過初凝時間。最好連續澆筑混凝土，必要時盡量減少中斷時間，確保在前層混凝土初凝前完成次層澆筑。由于混凝土材料本身存在一定的收縮性能，雖然在施工過程中無法完全消除，但可以通過科學的澆筑施工方法有效降低混凝土的收縮對施工質量的不良影響。因此，在正式開始施工之前，施工單位需要精確配制混凝土材料的參數，以便在澆筑施工完成后，有效控制混凝土材料的自身收縮性能和變形性能，從而減少混凝土表面裂縫的產生[8]。振搗混凝土要高效，以排除氣泡，提高密實性，確保強度和耐久性。

在施工過程中，可以采用以下澆筑工藝來優化施工：①調整輸水廊道的分塊情況，將輸水廊道與上部的邊墩一起澆筑，以提高結構的整體性；②嚴格鑿毛新老混凝土交接面，可以在混凝土中添加膨脹劑，以促使新老混凝土更好地結合；③在輸送管出口處接上橡膠皮管，由工人用繩索牽引，以確?；炷辆鶆蛉雮}和分層，控制分層厚度在40 cm 左右；④延長混凝土攪拌時間從90s 至120s，確保充分均勻的攪拌。這些工藝可以有效提升施工效率和質量。

2.5 混凝土養護

混凝土澆筑后，需要進行充分的養護，確?；炷猎谟不^程中獲得足夠的強度和穩定性。對于混凝土的澆筑養護，施工人員應科學控制混凝土的溫度和濕度，以最大程度地減少混凝土內外溫差，降低混凝土表面水分蒸發速度。常見的養護方法包括采用保溫法和降溫法等。

在實際的船閘輸水廊道混凝土養護過程中，為預防大體積混凝土因溫度應力而產生裂紋的問題，可以從以下三個方面進行控制：①養護時間：確保混凝土獲得足夠的養護時間。通常，混凝土需要持續濕養護7 至14 天，具體時間取決于混凝土強度、氣溫和濕度等因素；②溫度控制：控制養護環境的溫度?；炷翉姸鹊陌l展受溫度的影響，確保環境溫度在適宜的范圍內，通常在10℃到30 ℃之間；③濕養護方式：使用適當的濕養護方式，如覆蓋濕布、草簾布、濕沙漿或噴水等，以保持混凝土表面濕潤，確保濕養護方式均勻分布在整個施工區域；④遮陽：在高溫和強陽光的天氣中，使用遮陽設備或覆蓋物，以減少混凝土表面的直接暴曬。過度的陽光照射可能導致混凝土表面開裂。

綜合來看，混凝土施工的各個環節都需要高度的注意和精細的計劃，以確保整體裝配式廊道混凝土的質量和安全性。通過合理的配合比設計、拌合運輸、溫度控制、澆筑與振搗，以及充分的養護，可以確保工程的成功完成。同時，施工人員需要具備高水平的技術和操作經驗，以應對復雜的混凝土施工任務。

3 結論

受諸多不確定性因素影響，大型船閘混凝土澆筑施工質量和工期一直是工程施工控制的難點。本文針對實際的大型船閘輸水閥門段整體裝配式廊道大體積混凝土澆筑施工情況，進行了有針對性的技術研究，得出以下結論：

（1）基于現有技術，對該工藝的原理進行了深入分析和詳細論述；鑒于工程技術問題和施工挑戰，進行技術創新，形成了一套相對完備的針對大型船閘混凝土澆筑施工的工藝方案。

（2）結合實際工程情況，提供了船閘輸水閥門段整體裝配式廊道混凝土施工技術的詳細信息，對類似工程的實施提供了有價值的經驗和指導。