超長超大水池混凝土的裂縫控制技術(shù)

鄔荒耘 楊 俊 劉 星 鄒金標(biāo)

上海建工五建集團(tuán)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(shè)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(guān)的應(yīng)用研究較少。因此，有必要對池壁和池底混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制工藝進(jìn)行探究，以滿足施工要求。

1 研究背景

航運技術(shù)與安全科研設(shè)施及基地建設(shè)項目，位于上海市崇明區(qū)長興鎮(zhèn)09CM-0601單元E3-05地塊；深水拖曳水池實驗室建筑物呈細(xì)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(chǔ)為樁＋承臺形式，長398.7 m、寬18.0 m、深10.3 m，采用半埋式結(jié)構(gòu)形式，水池底板板面標(biāo)高為－3.90 m，池壁頂標(biāo)高為＋6.4 m，水池頂設(shè)跨度為18.8 m的拖車。深水拖曳水池結(jié)構(gòu)屬于超長結(jié)構(gòu)，水池結(jié)構(gòu)分為9段進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和抗?jié)B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(guān)資料文獻(xiàn)[1-5]可知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因較多，主要包括：混凝土配合比設(shè)計不當(dāng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，比如配筋率不足、鋼筋保護(hù)層過厚、變形縫設(shè)置不合理；澆筑養(yǎng)護(hù)工藝不合理，比如混凝土澆筑施工不規(guī)范，混凝土養(yǎng)護(hù)措施欠缺，水化熱控制不當(dāng)產(chǎn)生裂縫。

本文主要從選用最佳配合比的混凝土、合理設(shè)置施工縫防水結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究。

2 超長深水拖曳水池混凝土的最佳配合比設(shè)計

為了更好地滿足水池對混凝土坍落度、抗?jié)B、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(zhì)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?？沽牙w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(fù)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(fù)合混凝土。

按照GB 5150—2017《水工混凝土試驗規(guī)程》測定復(fù)合混凝土的28 d抗壓強度、坍落度、抗?jié)B透系數(shù)等，測試結(jié)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(xié)同作用機(jī)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(xiàn)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(fù)合混凝土的抗?jié)B能力和抗拉強度，其強度符合C30混凝土等級要求，抗?jié)B能力符合設(shè)計要求達(dá)到P8。經(jīng)檢測，4組配比的復(fù)合混凝土R7標(biāo)養(yǎng)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?jié)B等級達(dá)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(jié)果

經(jīng)綜合考慮混凝土具有較強的抗壓、抗?jié)B抗裂性能、流動性較好以及現(xiàn)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(shù)

3.1 超長深水拖曳水池池壁防滲控制技術(shù)

由于水池主體結(jié)構(gòu)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(dǎo)致形成施工縫，這是防滲關(guān)鍵點。

為了更好地滿足水池結(jié)構(gòu)的抗?jié)B漏要求，水池池壁采用內(nèi)外層同時防滲工藝，即在水池內(nèi)壁外表面設(shè)置保護(hù)層、外墻主防水層、附屬防水層等3道保護(hù)層，在施工縫處的水池墻體內(nèi)設(shè)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(nèi)外墻主筋焊接為一體，確保止水鋼板的固定和定位準(zhǔn)確（圖3），澆筑混凝土過程中要注意對其的保護(hù)，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(jìn)行鑿毛、清理干凈，并灑水濕潤，澆筑上層混凝土?xí)r，先鋪設(shè)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(yán)格控制止水帶的質(zhì)量和各項性能指標(biāo)，止水帶的安設(shè)，要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙規(guī)定，設(shè)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(nèi)部溫度達(dá)到峰值，為避免池壁內(nèi)外溫差過大出現(xiàn)裂縫，現(xiàn)場進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于5 d，最好達(dá)到7 d。同時，對池壁混凝土進(jìn)行測溫，以內(nèi)外溫差不大于規(guī)范要求為拆模標(biāo)準(zhǔn)[6-9]。

圖3 池壁施工縫的防滲結(jié)構(gòu)

3.2 超長深水拖曳水池池底防滲控制技術(shù)

在水池池底防滲施工工藝中，關(guān)鍵的一環(huán)是底板結(jié)構(gòu)分縫的防滲處理，本工程池底施工縫采用復(fù)合層防滲工藝，由下到上順序設(shè)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(hù)層，如圖4所示。

在混凝土底板施工過程當(dāng)中，除了采用上述底板結(jié)構(gòu)分縫防水結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分縫防滲結(jié)構(gòu)

1）對于施工縫，關(guān)鍵是保證施工縫部位混凝土的密實和接縫質(zhì)量。在混凝土澆筑過程中，安排專人在此部位加細(xì)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(yīng)對前一層進(jìn)行二次振搗，保持良好接槎，避免出現(xiàn)冷縫?；炷琳駬v應(yīng)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(xiàn)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(jìn)行鑿毛、清理干凈，并灑水濕潤，澆筑上層混凝土?xí)r，先鋪設(shè)厚50～100 mm與混凝土同強度等級的水泥砂漿結(jié)合，確保伸縮縫處的表面處理得當(dāng)。

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

4 超長水池結(jié)構(gòu)表面的裂縫檢測技術(shù)

超長深水拖曳水池結(jié)構(gòu)表面的裂縫檢測是一個必不可少的環(huán)節(jié)，可以進(jìn)一步加強對工程質(zhì)量的管控，也可以進(jìn)行提前預(yù)判結(jié)構(gòu)的防滲效果。目前，對混凝土結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)和檢測質(zhì)量的統(tǒng)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(xué)性、客觀性和準(zhǔn)確性，采用了裂縫儀對水池池壁表面進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》、CECS 21：2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》的要求。裂縫儀的主要技術(shù)指標(biāo)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(xiàn)觸摸屏操作。使用精密裂縫儀對池壁表面裂縫進(jìn)行測量，查驗寬度及深度。結(jié)果表明，池壁和池底整體外觀表面良好，局部出現(xiàn)極少量的淺表微裂縫?？赏ㄟ^作業(yè)平臺修補這些表面，直到符合規(guī)范及設(shè)計要求。

5 結(jié)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(jié)構(gòu)施工縫控制方面，采用內(nèi)外層同時防滲工藝，對深水拖曳水池池壁的施工縫進(jìn)行處理；使用復(fù)合層防滲工藝對池底施工縫進(jìn)行處理。實踐效果顯著，最終保證了工程的P8抗?jié)B要求，有效控制施工過程中出現(xiàn)的裂縫，對于類似工程控制裂縫具有參考價值。