(国企)潦河涵洞式渡槽砼裂缝防治新材料应用专项施工技术方案

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段

南阳段第一施工标段

潦河涵洞式渡槽砼裂缝防治新材料

应用专项施工技术方案

编制： 审核： 批准：

中国水利水电第十三工程局有限公司

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段（委托建管项目）南阳段第一施工标段

南水北调南阳段一标项目部 二〇一二年十一月四日

目 录

1、工程概况 .................................................. 2 2、槽身施工工艺 .............................................. 32.1施工顺序 ................................................. 32.2施工工艺 ................................................. 43、砼浇筑时间间隔及已发生裂缝统计分析 ........................ 44、下步裂缝防治拟采取措施 .................................... 75、附件 ..................................................... 85.1新型镁质膨胀剂化学分析测试报告 ............................ 85.2水工混凝土膨胀剂E1和E2力学性能和变形检测报告 ............ 85.3工程案例 ................................................. 85.4潦河渡槽工程混凝土裂缝分析题会会议纪要 .................... 85.5潦河渡槽工程混凝土裂缝分析及处理专家咨询会会议纪要 ........ 8

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南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段（委托建管项目）南阳段第一施工标段

潦河涵洞式渡槽砼裂缝防治新材料

应用专项施工技术方案

1、工程概况

潦河涵洞式渡槽位于南阳市卧龙区和镇平县交界处，起点桩号TS87+940，终点桩号TS88+377.1，由退水闸段—73.5m、进口渐变段—60m、进口闸室段—15m、进口连接段—20m、槽身段

—190.6m(22.08m+21.88m*7+15.18m)、出口连接段—23m、出口闸室段—15m以及出口渐变段—40m组成；下部涵洞断面尺寸为（孔数-宽X高）26孔-6.1mX7.9m；上部过水断面为2孔“U”型槽结构。

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根据潦河涵洞式渡槽设计结构形式，混凝土浇筑沿高度方向分三次浇筑：第一次浇筑涵洞底板及底板以上1.25m高墙体(高2.55m)，第二次浇筑涵洞墙身、顶板及顶板以上1.25m槽身(高9.2m), 第三次浇筑剩余槽身高度（7.1m），详见下页图。

高程143.4m

2、槽身施工工艺

本工程采用大型钢模板配合钢模台车施工，所有模板均委托专业厂家订制。

2.1施工顺序

由于下部涵洞（共9联）施工共分为3期，第一期为7～9联、第二期为4～6联、第三期为1～3联；为尽量减少砼施工时间间隔，拟在一期下部涵洞施工完毕、二期下部涵洞施工的同时，开始槽身施工；此时由于1～3联下部涵洞未施工（实为原河道过水通道），道路无法从进口段修筑，临时施工便道修筑在出口连接段位置，故槽身砼浇筑顺序为9联至1联。

另外，本工程现场砼主要采用固定式皮带机配合可伸缩式皮带车入仓（因槽身墙身高度8.35m，受皮带车倾角，砼入仓需由吊车吊挂1条固定式皮带机配合

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高程125.85m，过流面 南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段（委托建管项目）南阳段第一施工标段

可伸缩式皮带车，详见左图）；且因待浇筑仓位安设有钢模台车，皮带机只能停放在另外半幅。故只能待半幅槽身施工完毕后，再施工另外半幅。

综合以上因素，槽身施工顺序为左幅9联——左幅1联——右幅9联——右幅1联。

2.2施工工艺

砼采用罐车直接输送至停放在待浇筑仓面附近的可移动、伸缩式皮带机上（该皮带机辐射范围30m），由该皮带机将砼水平输送至悬挂在待浇筑仓面上方的固定式皮带机上，固定式皮带机由汽车吊吊挂、长22m，采用可移动串筒将砼垂直运输至待浇筑部位，人工平仓振捣（串筒每3m设置一个）。

养护采用涂刷养护剂，墙体外表悬挂土工布、人工洒水保持墙体湿润。 按照上述施工方案施工1个月后，发现槽身砼裂缝，详见下表；于2012年4月29日，及时组织专家讨论分析。

部位 浇筑时间 部位 浇筑时间裂缝出现 裂缝裂缝出现至砼间隔(d) 日期 (条) 浇筑时间间隔(d) 2012-3-10 209 2012-4-21 15 41 2012-3-10 209 2012-4-21 0 41 2011-12-15～103 31 126 2012-4-21 16 2011-12-21 109 3 121 浇筑时间 槽身产生裂缝情况 9#左9#左外侧槽身 2011-8-13 侧顶板 侧槽身 内侧槽身 8#左8#槽外侧槽身 2011-9-2 侧顶板 身 内侧槽身 专家在会上分析裂缝产生原因主要是砼浇筑时间间隔较长、天气干燥失水较快等，会议详细内容见附件④。

根据与会专家提出的建议，在槽身混凝土浇筑过程中严格控制施工质量，具体措施如下：1）槽身砼施工时，质检员、试验员全程旁站，将砼坍落度控制在南水北调规范允许范围内；2）每3m设置一个下料口，施工中坚持人工平仓、振捣；3）在符合规范要求的前提下，及时拆除砼模板，涂刷养护剂并覆盖土工膜、专人洒水养护；4）质检科安排专人记录观测裂缝发展情况；5）成立专门的槽身施工队、加快施工进度。

但采取措施后槽身仍有裂缝发生，详见下表： 部位 7#左2011-9-22 7#左外侧槽身 部位 浇筑时间

浇筑时间 2012-5-4 浇筑时间间隔(d) 224 裂缝出现 裂缝裂缝出现至砼浇日期 (条) 筑时间间隔(d) 2012-5-10 5 5 4

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段（委托建管项目）南阳段第一施工标段 侧顶板 侧槽身 内侧槽身 6#左6#左外侧槽身 2012-2-10 侧顶板 侧槽身 内侧槽身 5#左5#左外侧槽身 2012-3-4 侧顶板 侧槽身 内侧槽身 4#左2012-3-20 4#左侧槽身 侧顶板 3#左2012-4-11 3#左侧槽身 侧顶板 2012-5-2 2012-6-16 2012-6-15 2012-7-13 2012-7-11 2012-8-5 2012-8-25 222 126 125 130 128 137 135 2012-5-17 2012-7-19 2012-7-19 2012-7-23 2012-7-23 2012-8-23 2012-9-8 5 5 2 6 12 6 18 14 32 33 9 11 17 13 根据上表裂缝统计分析，采取措施后槽身产生裂缝较之前有所减少，但仍有裂缝产生。

故于2012年9月14日，河南省南水北调中线工程建设管理局南阳段建设管理处在南阳市再次组织召开了潦河渡槽工程混凝土裂缝分析及处理专家咨询会，会议分析裂缝发生主要原因为：a、由于受下部先期浇筑的槽身墙体混凝土、侧墙内部混凝土高温区及侧墙水平钢筋的约束，造成侧墙局部混凝土不能自由收缩，导致收缩拉应力超过混凝土抗拉强度或极限拉应变，从而使侧墙混凝土局部开裂；b、由于侧墙混凝土干缩变形不协调，导致侧墙混凝土局部开裂；会议详细内容见附件⑤。

根据与会专家建议：会后在槽身混凝土浇筑过程中具体采取的措施如下：1）槽身砼施工时，质检员、试验员全程旁站，将砼坍落度控制在规范下限值；2）根据同期养护试块，尽早拆模，涂刷养护剂并覆盖土工膜、专人洒水养护；3）质检科安排专人记录观测裂缝发展情况、并重点关注天气巨变的情况下的裂缝发展情况。

本次采取措施后，第2联左幅槽身已发现4条裂缝，第1联左幅槽身混凝土刚刚浇筑完成、观测时间较短，虽目前尚未观测到有裂缝产生，但不排除后期裂缝增加的可能性。

3、砼浇筑时间间隔及已发生裂缝统计分析 部位 9#左侧顶板 8#左侧顶板 浇筑时间 2011-8-13 潦河涵洞式渡槽砼浇筑时间间隔及裂缝发现时间明细表 浇筑时间间裂缝出现至砼浇部位 浇筑时间 裂缝出现日期 裂缝(条) 隔(d) 筑时间间隔(d) 9#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 2012-3-10 2012-3-10 209 209 103 109 224 5

2012-4-21 2012-4-21 2012-4-21 2012-4-21 2012-5-10 15 0 31 3 5 41 41 126 121 5 2011-9-2 8#槽外侧槽身 2011-12-15～身 内侧槽身 2011-12-21 2012-5-4 7#左2011-9-22 7#左外侧槽身

南水北调中线一期工程总干渠陶岔～沙河南段（委托建管项目）南阳段第一施工标段 侧顶板 6#左侧顶板 5#左侧顶板 4#左侧顶板 3#左侧顶板 2#左侧顶板 1#左侧顶板 9#右侧顶板 8#右侧顶板 7#右6#右5#右侧顶板 4#右侧顶板 3#右侧顶板 2#右侧顶板 1#右侧顶板 2012-2-10 侧槽身 内侧槽身 6#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 5#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 4#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 3#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 2#左外侧槽身 侧槽身 内侧槽身 2012-5-2 2012-6-16 2012-6-15 2012-7-13 2012-7-11 2012-8-5 2012-8-5 2012-8-25 2012-8-25 2012-9-16 2012-9-16 222 126 125 130 128 137 137 135 135 96 96 103 2012-5-17 2012-7-19 2012-7-19 2012-7-23 2012-7-23 2012-8-23 2012-8-23 2012-9-8 2012-9-8 2012-10-2 2012-10-2 / 5 5 2 6 12 2 4 14 4 1 3 / 14 32 33 9 11 17 17 13 13 15 15 / 2012-3-4 2012-3-20 2012-4-11 2012-6-11 2012-7-7 2011-7-13 2011-9-30 1#左侧槽身 2012-10-18、19 9#右侧槽身 8#右侧槽身 7#右侧槽身 6#右侧槽身 5#右侧槽身 4#右侧槽身 未施工 未施工 未施工 未施工 未施工 未施工 至今时间间隔465d 至今时间间隔386d 至今时间间隔372d 至今时间间隔303d 至今时间间隔291d 至今时间间隔199d 至今时间间隔172d 至今时间间隔157d 至今时间间隔141d 2011-10-14 侧顶板 2011-12-22 侧顶板 2012-1-3 2012-4-4 2012-5-1 2012-5-16 2012-6-1 3#右侧槽身 未施工 2#右侧槽身 1#右侧槽身 未施工 未施工 总结：裂缝长度在0.07-2.44m之间，共计7，其中小于50 cm(包括50cm)裂缝20条，50cm～100cm(包括100cm)裂缝19条，100cm～244cm裂缝39条。裂缝多数分布在距离每节管身段结构缝1/3左右的位置，且均为竖直往上发育。多发生在砼浇筑10～14d后发生。

总结：两次专家会后，虽然积极采取了相应的砼防裂措施、起到了一定的效果，但仍有裂缝产生；另外左幅槽身已施工完毕、右幅槽身底板浇

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筑时间距今141d～465d，时间间隔较长、新旧砼约束应力不可避免，且槽身结构尺寸最长达22.08m；为尽可能减少砼裂缝产生，结合第二次专家会建议，2012年9月19日十三局总工杨涛等专家在查看现场、相关资料后，决定：联合南京航空航天大学实验“在施工缝位置的砼中掺加新型镁质膨胀材料”，以抵抗新旧砼约束应力，减少裂缝发生。

4、下步裂缝防治拟采取措施

目前距离合同竣工仅有253天、槽身施工过半的情况下，为确保潦河涵洞式渡槽工程质量，加快工程施工进度，根据南京航空航天大学研究成果和成功的工程案例、将成果应用于潦河涵洞式渡槽槽身砼施工，减少裂缝发生；在确保工程质量的前提下、加快施工进度。具体措施如下：

1）根据2012年9月14日召开的第二次专家裂缝分析会会议精神：拟在第一联施工缝以上2m范围内的砼中掺加新型镁质膨胀材料—外掺法、掺量：施工缝以上0.5m范围掺量5%，施工缝以上0.5m～1.5m范围掺量4%，施工缝以上1.5m～2m范围掺量3%。

2）新型镁质膨胀剂具体实施过程： a、根据槽身砼设计配合比—每方砼胶凝材料用量为302kg，新型镁质膨胀剂采用外掺法；施工缝以上0.5m范围外墙共计14.2m3（内墙12.24 m3）、每方砼需参加15.1kg，施工缝以上0.5m～1.5m范围外墙共计38.87m3（内墙33.72 m3）、每方砼需参加12.08kg，施工缝以上1.5m～2m范围外墙共计11.669m3（内墙10.23m3）、每方砼需参加9.06kg；

b、新型镁质膨胀剂为固态材料，施工前根据每盘砼所需用量由试验人员称量后，采用专用塑料袋分类存放；

c、砼拌合时，从搅拌缸观察口人工加入；

d、为确保搅拌均匀，适当延长搅拌时间15～30s；

e、在槽身墙体竖向钢筋上，分别标示出不同掺量的标示线，施工中人工平仓振捣、将误差控制在5cm～10cm。

3）工程使用的新型镁质膨胀材料微溶于水，不会在水中发生反应生成有毒物质；且本身无毒。

4）根据两次专家会精神，继续采取：（1）槽身砼施工时，质检员、试验员全程旁站，将砼坍落度控制在规范下限值；（2）根据同期养护试块，尽早拆模，涂刷养护剂并覆盖土工膜、专人洒水养护；（3）质检科安排专人记录观测裂缝发展情况、并重点关注天气巨变的情况下的裂缝发展情况；（4）安放冷却水管、冬季内降外保、夏季降温的措施。

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5、附件

5.1新型镁质膨胀剂化学分析测试报告；

5.2水工混凝土膨胀剂E1和E2力学性能和变形检测报告； 5.3工程案例；

5.4潦河渡槽工程混凝土裂缝分析题会会议纪要；

5.5潦河渡槽工程混凝土裂缝分析及处理专家咨询会会议纪要； 5.6槽身砼配合比报告。

附件1、 新型镁质膨胀剂化学分析测试报告

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附件2 水工混凝土膨胀剂E1和E2力学性能和变形检测报告

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附件3、工程案例

工程案例1—云南红河马堵山水电站工程

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工程案例2—江苏泰州凤凰河工程

（1）工程应用试验目的

南京航空航天大学土木工程系高培伟教授课题组通过对国家863高新技术项目（2009AA03Z508）的研究，在新型混凝土生态膨胀材料（主要含MgO和CaO）理论研究和应用技术方面取得了一系列的成果，并在江苏泰州凤凰河工地进行了工程应用。

凤凰河为人工新开的市级骨干河道，属通南水系，南接周山河，北接老通扬运河，全长5.34km，河口宽35~60m，工程造价2100万元。

（2）工程应用试验内容

现场应用主要包括如下几方面内容：

1）掺新型生态膨胀材料混凝土的力学性能：随着MgO混凝土的使用范围不断增加，其力学性能是表征掺新型生态膨胀材料混凝土主要技术指标之一。

2）掺新型生态膨胀材料混凝土的变形性能：大体积混凝土开裂是影响混凝土工程使用功能和降低使用寿命主要因素之一，当混凝土收缩应变高于其抗拉强度时，易产生开裂；新型生态膨胀材料具有补偿混凝土收缩功能，对抑制和降低混凝土收缩、预防开裂具有重要的现实意义。

（3）工程应用试验的环境条件

工程应用试验地点在泰州市，施工部位为后浇带等，现场情况如表1。

表1 工程应用的气温情况

项 目 工程应用 搅拌气温/℃ 23 浇注温度 /℃ 26 浇注量 /m3 200 （4）试验原材料

1）水泥：采用华荣水泥有限公司生产的PO42.5级硅酸盐水泥，其性能符合国家水泥标准要求(GB175~2007)。

2）集料：细集料采用细度模数为2.6河砂，粗集料采用20~40mm碎石。

3）减水剂：采用常州某建材有限公司生产的减水剂，减水率约20%。 4）掺合料：粉煤灰来源扬州热电厂，性能符合GB/T1596~2005中

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II级粉煤灰技术指标和要求；矿粉来源于泰州某公司，比表面积约350~400 m2/kg。

5）新型生态膨胀材料：自行研制。 （5）现场施工试验

在混凝土搅拌过程中，新型生态膨胀材料以外掺形式掺加，掺入量占胶凝材料4%，结果如下:

1）掺新型生态膨胀材料混凝土的凝结时间

表2 水泥标准稠度和凝结时间

序 号 1 2 项 目 膨胀材 料掺量 /% 0 4 检验项目 标准稠度用水量 /% 28.5 30.4 初凝 /h:min 3:36 4:01 终凝 /h:min 4:11 5:16 空白水泥 掺生态膨胀材料水泥 掺新型生态膨胀材料后水泥初凝延长35分钟，终凝延长65分钟，但

均符合国家标准规定和要求（硅酸盐水泥的初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于6.5小时）；具有一定的缓凝作用，有利于降低大体积混凝土温升，降低混凝土收缩开裂，对混凝土施工无不良影响。

2）掺新型生态膨胀材料混凝土的坍落度

表3 混凝土坍落度

膨胀材料掺量 /% 0 4.0 坍落度 /mm 40 35 序号 1 2 项 目 基准混凝土 掺生态膨胀材料混凝土 掺入新型生态膨胀材料后，混凝土的坍落度略有下降。 3）掺新型生态膨胀材料混凝土的强度

掺4%新型生态膨胀材料与不掺的混凝土不同龄期的抗压强度如图1所示。

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Compressive strength/MPa50403020100 0% 4%7d28dTime/d90d180d

图1 掺新型生态膨胀材料混凝土养护到不同龄期的抗压强度

与未掺新型生态膨胀材料混凝土相比，掺4.0%新型生态膨胀材料的混凝土7天和28天抗压强度下降了约2.2%~2.8%；90天和180天抗压强度略提高了2%~3.4%，说明膨胀材料对混凝土的力学性能影响不大。

4）掺新型生态膨胀材料混凝土的变形

图2是掺4.0%新型生态膨胀材料混凝土与未掺的在不同龄期变形。

80Expansion/10-66040200-20-40-60030 基体 4% 6090120150180Time/d

图2掺新型生态膨胀材料混凝土在不同养护龄期的膨胀率

试验结果表明：掺新型生态膨胀材料后，混凝土收缩明显得到补偿，说明该膨胀材料能明显抑制混凝土的收缩，避免混凝土的收缩开裂，在工程应用方面具有重要的意义。

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附件4：

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附件5：

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附件6：槽身砼配合比报告

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