導(dǎo)流隧洞工程冬季混凝土襯砌施工質(zhì)量控制

何 明

（延安南溝門(mén)水利樞紐工程有限責(zé)任公司 陜西 延安 716000）

1 工程概況

某導(dǎo)流隧洞工程位于陜北黃陵縣洛河流域葫蘆河河口上游3km處，由進(jìn)口段、洞身段和出口消能段組成，進(jìn)口底板高程803m，最大下泄流量468m3/s。進(jìn)口設(shè)放水塔，高68m；洞身段全長(zhǎng)795m，采用6.0m×8.0m圓拱直墻斷面，隧洞比降1%，采用C40和C25鋼筋砼襯砌，砌護(hù)厚度600mm、800mm。

洛河流域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，春季干旱多風(fēng)，夏季氣候溫?zé)?，秋季涼爽多雨。根?jù)黃陵縣、洛川縣氣象站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫9.3℃～9.6℃，極端最低氣溫-23.0℃。

2 問(wèn)題的提出

冬季施工由于施工條件及環(huán)境不利，是工程質(zhì)量事故易出現(xiàn)的季節(jié)，質(zhì)量事故發(fā)生率約占全年事故三分之二以上，尤以混凝土工程居多。

由于受工期制約，導(dǎo)流泄洪洞混凝土襯砌質(zhì)量決定于冬季施工的成效，而混凝土工程在導(dǎo)流洞泄洪工程中所占的地位，對(duì)工程質(zhì)量和安全起到至關(guān)重要的作用，因此，做好導(dǎo)流隧洞混凝土冬季施工控制工作尤其重要。

3 冬季混凝土施工原理

混凝土澆筑后由于水泥與水產(chǎn)生水化反應(yīng)而逐漸凝結(jié)和硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度。而水泥水化作用的速度除與水泥的礦物組成和混凝土配合比有關(guān)外，還與環(huán)境溫度密切相關(guān)。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也加快，混凝土在低溫時(shí)，水化作用明顯減緩，強(qiáng)度增長(zhǎng)受到阻滯。當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，水泥水化作用基本停止，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)也停止。實(shí)踐證明，當(dāng)氣溫在-3℃以下時(shí)，混凝土易受早期凍害，其內(nèi)部水分開(kāi)始凍結(jié)成冰，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹，體積增大8%～9%，造成膨脹應(yīng)力，使混凝土疏松，強(qiáng)度和防滲性能降低，甚至?xí)适С休d能力。故《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）規(guī)定凡工程所在地區(qū)氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定在5℃以下或最低氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定在-3℃以下時(shí)，即進(jìn)入低溫季節(jié)施工時(shí)期。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，混凝土抗壓強(qiáng)度不僅受混凝土內(nèi)部水分的形態(tài)變化，組成材料的品種、質(zhì)量和配合比的直接影響，還受稱(chēng)量偏差、混凝土拌合、入模與振搗的間接影響。因此，為了保證混凝土的抗壓強(qiáng)度和工程質(zhì)量，必須采取相應(yīng)的措施控制上述因素的各種影響。

4 冬季施工的主要措施

4.1 冬季混凝土施工控制流程（見(jiàn)圖1）

4.2 冬季混凝土施工管理措施

（1）做好施工人員的培訓(xùn)與技術(shù)交底工作。冬季施工由于在負(fù)溫下進(jìn)行作業(yè),不了解或不熟悉冬季施工規(guī)律，極易造成工程質(zhì)量事故，為保證工程質(zhì)量，冬季施工前必須進(jìn)行施工人員培訓(xùn)和技術(shù)交底工作，組織學(xué)習(xí)國(guó)家和地方有關(guān)冬季施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定；學(xué)習(xí)有關(guān)冬季施工的基本理論知識(shí)及施工方法以及有關(guān)混凝土施工應(yīng)該注意事項(xiàng)等。

（2）安排專(zhuān)人收集工地冬季氣溫變化資料。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫工作統(tǒng)一安排專(zhuān)人測(cè)溫，并負(fù)責(zé)每天天氣預(yù)報(bào)的收聽(tīng)和氣象記錄，掌握近期氣溫變化情況，并及時(shí)傳達(dá)和匯報(bào)氣象信息，以便及時(shí)采取措施應(yīng)付氣溫驟變。

4.3 冬季混凝土施工技術(shù)措施

（1）優(yōu)化配合比。導(dǎo)流洞工程混凝土采用泵送入倉(cāng)，為了保證混凝土的流動(dòng)性，盡量降低水灰比，將用水量降低至最低限度，項(xiàng)目部決定稍增水泥用量，將水灰比控制在0.4以下（配合比表見(jiàn)表一），從而增加水泥水化熱量，縮短混凝土達(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)間，并且保證混凝土的流動(dòng)性滿(mǎn)足泵送要求，大大降低混凝土的凍害。

（2）摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌合物得流動(dòng)性，改善其粘聚性和保水性。由于氣泡能隔斷混凝土中毛細(xì)管通道，以及氣泡對(duì)混凝土內(nèi)水分結(jié)冰時(shí)所產(chǎn)生的膨脹壓力的緩沖作用，能顯著提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。此外，氣泡還能使混凝土彈性模量降低，對(duì)提高混凝土抗裂性有利。

4.4 保溫加熱措施

在優(yōu)化混凝土的配合比的情況下，選擇適當(dāng)?shù)谋丶訜岽胧?，能很好地提高混凝土冬季施工質(zhì)量。

4.4.1 原材料的保溫加熱措施

（1）對(duì)料場(chǎng)的混凝土粗細(xì)骨料采用表面覆蓋塑料布或者土工布，拌合前將骨料表面的凍結(jié)層、雪團(tuán)、冰塊等進(jìn)行清除，保證骨料溫度在正溫以上。

（2）在拌合站處搭建一個(gè)鍋爐，采用煤塊加熱鍋爐的方法進(jìn)行拌合用水的加熱，因?yàn)樗谋葻崛菁s為砂石骨料的5倍多，所以將1kg水溫度加熱1℃相當(dāng)于1kg砂石料溫度提高5℃以上，故采用加熱拌合用水是一種比較經(jīng)濟(jì)、有效的保溫加熱措施。將水溫控制在40℃～50℃。通過(guò)值班人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫記錄，改水溫可以控制出機(jī)口溫度位于11℃～14℃范圍，能夠滿(mǎn)足出機(jī)口溫度在10℃以上的要求。

4.4.2 拌合的保溫加熱措施

圖1 冬季混凝土施工質(zhì)量控制流程圖

表1 混凝土配合比

（1）增加混凝土拌合時(shí)間。為了保證冬季混凝土生產(chǎn)拌合物的充分混合、攪拌均勻，消除各種原材料的溫度差異和骨料結(jié)塊以及冰塊的影響，項(xiàng)目部要求拌和站將拌合時(shí)間延長(zhǎng)至正常拌合時(shí)間的1.5倍。

（2）拌合樓的保溫措施。在拌合站處采用塑料布或土工布搭設(shè)暖棚，在暖棚內(nèi)設(shè)置升溫煤爐，拌合站出機(jī)口采用毛氈進(jìn)行包裹，將拌合進(jìn)水管采用泡沫板進(jìn)行包裹，減少熱量損失。在拌合站內(nèi)懸掛溫度計(jì)，根據(jù)溫度變化隨時(shí)調(diào)整暖棚內(nèi)煤爐個(gè)數(shù)，保證混凝土的出機(jī)口溫度在10℃以上的要求。

4.4.3 運(yùn)輸與澆筑保溫加熱措施

（1）導(dǎo)流洞混凝土采用混凝土罐車(chē)運(yùn)輸，泵送入倉(cāng)澆筑方式，混凝土運(yùn)輸罐車(chē)外包裹泡沫板進(jìn)行保溫，采取措施盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間和停留時(shí)間；泵送混凝土的管道，采取泡沫板進(jìn)行包裹。保證混凝土在運(yùn)輸中，不得有表層凍結(jié)、混凝土離析、水泥砂漿流失、坍落度損失等現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)值班人員測(cè)溫表明，采取改措施不僅可以保證混凝土良好的和易性還能夠保證入模溫度在5℃以上。

（2）在混凝土澆筑前，利用隧洞本身有利條件，采用暖棚法混凝土澆筑，將導(dǎo)流洞進(jìn)出口兩端分別設(shè)置兩道門(mén)簾，在洞內(nèi)每隔50m設(shè)置加熱煤爐和電塢燈，尤其是倉(cāng)面處增加煤爐和電鎢燈數(shù)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫表面，能保證倉(cāng)面溫度在5℃以上。

4.4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)的保溫加熱措施

將導(dǎo)流洞進(jìn)出口兩端分別設(shè)置兩道門(mén)簾，在洞內(nèi)每隔50m設(shè)置加熱煤爐和電塢燈，在已澆筑的混凝土處增加煤爐和電鎢燈數(shù)量，使洞內(nèi)溫度保持在10℃以上。待達(dá)到拆模要求時(shí)，繼續(xù)加熱保溫養(yǎng)護(hù)。

拆模完畢后，安排工人對(duì)混凝土面涂刷混凝土養(yǎng)護(hù)劑，減少水分蒸發(fā)，以利于混凝土的水化反應(yīng)，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度發(fā)展。

5 結(jié)果分析

5.1 溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

導(dǎo)流洞工程冬季施工期（11月中旬～次年2月中旬）實(shí)測(cè)室外環(huán)境平均氣溫-13℃，最低氣溫-24℃。拌合站暖棚最低氣溫10℃，澆筑倉(cāng)面暖棚最低氣溫8℃，同室外溫度相差20℃左右，可以看出采用暖棚法進(jìn)行混凝土澆筑保溫效果比較明顯。

5.2 同條件下試塊養(yǎng)生強(qiáng)度分析

在導(dǎo)流洞工程整個(gè)冬季施工過(guò)程中，業(yè)主、監(jiān)理、施工嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求，對(duì)每一個(gè)單元工程的混凝土拌合物進(jìn)行了相同條件下的試塊取樣、留置和養(yǎng)護(hù)，并送往委托實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種性能檢驗(yàn)。結(jié)果如下：20組C40試塊，抗壓強(qiáng)度最大值為47.9MPa，最小值為 40.8MPa，平均值為 42.6MPa；1組W6抗?jié)B試塊和1組F200抗凍試塊均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)導(dǎo)流洞工程的實(shí)踐以及取得的成果，在對(duì)混凝土冬季施工時(shí)質(zhì)量控制應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）添加高效減水劑和引氣劑。添加減水劑和引氣劑，保證混凝土的和易性，使配合比中的用水量降低至最少，并且提高混凝土的早期強(qiáng)度與抗凍性，避免混凝土的早期凍害。

（2）適當(dāng)減少水泥用量。為了控制混凝土表面溫度裂縫，可以適當(dāng)減少水泥用量，降低混凝土的最高絕熱溫升，可以解決混凝土升溫階段裂縫的產(chǎn)生。

（3）原材料的加熱。首先選擇加熱拌合水，因?yàn)樗谋葻崛菁s為砂石骨料的5倍多，所以將1kg水溫度加熱1℃相當(dāng)于1kg砂石料溫度提高5℃以上，故采用加熱拌合用水是一種比較經(jīng)濟(jì)、有效的保溫加熱措施。

（4）嚴(yán)格控制混凝土入倉(cāng)溫度。在混凝土運(yùn)輸與澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)口溫度，盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，加快混凝土澆筑速度，減少熱量損失，嚴(yán)格控制混凝土入倉(cāng)溫度，使之滿(mǎn)足冬季混凝土施工要求。

（5）加強(qiáng)冬季混凝土養(yǎng)護(hù)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)氣溫和施工場(chǎng)地條件，對(duì)澆筑完的混凝土倉(cāng)面采取相應(yīng)的保溫保濕措施，加強(qiáng)冬季混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

通過(guò)以上溫控與質(zhì)量控制措施可以看出，只要采取相應(yīng)的施工措施，冬季混凝土施工是可行的并且混凝土施工質(zhì)量也可以保證的，由此可以解決一些工程或特定條件限制而進(jìn)行冬季混凝土施工的問(wèn)題。陜西水利