水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及其施工質(zhì)量控制

吳繼明

(新疆水利廳瑪納斯河流域管理處,新疆 石河子 832000)

水利工程是我國的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),是目前正在進行大力開發(fā)建設(shè)的重點工程,而且其中大多數(shù)工程都以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式為主;就通常的水工建筑結(jié)構(gòu)而言(如大壩、水閘、碼頭等建筑構(gòu)筑物等),建筑結(jié)構(gòu)的荷載承重和防滲功能等均主要由混凝土結(jié)構(gòu)承擔(dān),因此,混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其施工質(zhì)量控制都顯得尤為重要,其設(shè)計及施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的運行安全、效益發(fā)揮和使用壽命等[1]。混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,主要受混凝土原材料的質(zhì)量,混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平以及施工隊伍素質(zhì)等因素的共同影響,嚴(yán)格控制好混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其施工質(zhì)量,對于水工建筑結(jié)構(gòu)的運行安全和功能發(fā)揮具有重要的作用。文章結(jié)合筆者長期的實際管理工作經(jīng)驗,就混凝土水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其施工管理、質(zhì)量控制等方面的相關(guān)內(nèi)容,針對影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的主要因素進行相應(yīng)的探討。

1 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計以強度設(shè)計為主的特點,水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要注重結(jié)構(gòu)強度設(shè)計,還需要更多地考慮建筑結(jié)構(gòu)在長期使用過程中由于水下環(huán)境作用引起的結(jié)構(gòu)材料腐蝕對結(jié)構(gòu)性能與適用性的影響,應(yīng)盡可能通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計延長結(jié)構(gòu)使用壽命。

水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行的有關(guān)國家、地區(qū)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定[2～3]執(zhí)行,充分考慮建筑結(jié)構(gòu)在正常使用階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相關(guān)檢測和維護過程,在進行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)預(yù)留足夠的工作面為后續(xù)工作提供可實施性。值得指出的是,水工混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中遭受病害是不可避免的,只是應(yīng)將其程度降至最低水平。因此,在設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時,在考慮材料受環(huán)境侵蝕和老化對性能產(chǎn)生的影響后,還仍然要確保結(jié)構(gòu)和構(gòu)件存有足夠的安全性和整體穩(wěn)定性。

2 原材料的選擇及檢驗

混凝土結(jié)構(gòu)的主要原材料包括有碎石、砂、水泥、外加劑等。在確保水工混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量,選用相應(yīng)的混凝土原材料前,一定要對其進行試驗檢驗,只有所有的技術(shù)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計和規(guī)范要求才能采用;當(dāng)碎石骨料中含有過量有害物質(zhì)時,則會影響水泥的水化反應(yīng),降低混凝土構(gòu)件的強度,減弱骨料與水泥膠體的粘結(jié)。

在混凝土攪拌施工過程中,還要求質(zhì)量控制管理人員根據(jù)現(xiàn)場測定的結(jié)果及時對原材料的配比進行調(diào)整。如在現(xiàn)場采用干炒法快速確定砂子的含水率,并及時根據(jù)現(xiàn)場測定的含水率及時調(diào)整混凝土配合比中的實際用水量和集料配比。

3 混凝土現(xiàn)場配合比的確定

影響混凝土原材料配合比變化而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強度變化過大的主要因素是細骨料砂子含水率、含泥量的變化和碎石含粉量的變化影響[4]。

(1)混凝土原材料施工配合比的換算。在混凝土攪拌現(xiàn)場,各級碎石骨料中普遍含有一定量的超粒徑顆粒,而且骨料的含水量通常都會比飽和面干狀態(tài)要高的多。因此,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測骨料的粒徑變化范圍及砂石表面的實際含水率,將試驗配合比換算為混凝土現(xiàn)場施工配合比。

(2)混凝土施工配合比調(diào)整。由于混凝土施工易受現(xiàn)場其它條件的影響,根據(jù)混凝土在試驗室里確定的設(shè)計配合比配置的混凝土,其和易性難于與實際施工條件完全適合,其現(xiàn)場坍落度也會隨之改變。為確保水工建筑結(jié)構(gòu)的混凝土和易性性滿足現(xiàn)場施工條件的要求,在保持水灰比不變的前提下,應(yīng)對混凝土含水率及其用水量進行相應(yīng)的調(diào)整。

4 混凝土澆筑與振搗施工

水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工,經(jīng)常是大體積混凝土的澆筑。正式澆筑施工前,應(yīng)科學(xué)地設(shè)計施工組織計劃,將混凝土按一定面積、順序和走向,分層、分段地進行澆注施工,同時應(yīng)確保不會留下明顯的施工縫。

(1)大體積混凝土結(jié)構(gòu) (如墩臺等)應(yīng)分區(qū)、分層澆筑,每層混凝土的澆筑厚度應(yīng)控制在振搗深度范圍內(nèi),確保在下層混凝土初凝前結(jié)束其上層混凝土的澆筑施工,一般情況下,水工建筑結(jié)構(gòu)的混凝土分層澆筑厚度不超過30cm。

(2)長條狀的混凝土結(jié)構(gòu) (如擋土墻等)的澆筑施工,應(yīng)分段、分層進行,以確保每段混凝土結(jié)構(gòu)均滿足澆筑要求,一般情況下,分段澆筑長度控制在10～15m為宜。

(3)無論混凝土結(jié)構(gòu)是按什么形式澆筑,混凝土的澆筑施工應(yīng)一次性連續(xù)完成;如果澆筑施工過程中的間斷時長超過了初凝時間,則必須嚴(yán)格按施工縫要求處理接縫位置。

水工混凝土結(jié)構(gòu)澆筑施工時,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的任何部位都應(yīng)當(dāng)振搗充分,不得漏振,可從以下幾個方面進行質(zhì)量控制。

(1)如采用插入式振搗器進行振搗施工,其插入間距應(yīng)不超過振搗器作用半徑1.5倍的范圍,不能留有死角。

(2)采用插入式振搗器振搗施工時,插入深度應(yīng)控制在距模板距離保持在50～100mm左右為宜,防止模板接觸振搗器并與之產(chǎn)生共振影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;上下層混凝土分層澆筑后,在振搗上層混凝土?xí)r,振搗棒的插入深度也應(yīng)進入下層混凝土50mm左右,以確保上下層混凝土的連續(xù)整體性。

(3)采用平板式振搗器進行施工時,應(yīng)將待振搗的混凝土平面充分覆蓋,每次移動時應(yīng)重疊振搗100mm左右。

(4)采用附著式振搗器進行施工時,振搗位置和次序應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)模板的架設(shè)情況和振搗器性能來布置,并進行相應(yīng)的試驗進行測試和調(diào)校。

同時,還可根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗判斷混凝土振搗施工能否停止:①混凝土結(jié)構(gòu)表面的高度基本保持不變;②混凝土的冒泡現(xiàn)象已基本停止 (一般情況下,氣泡先由中部冒出,后由四周冒出再停止);③混凝土結(jié)構(gòu)表面泛漿并發(fā)亮,表面光滑平坦。

5 混凝土結(jié)構(gòu)變形控制

混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件產(chǎn)生裂縫是水工建筑中普遍的質(zhì)量通病,在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中,可在以下幾個方面進行預(yù)防控制。

(1)水工建筑的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)設(shè)計合理,在保證結(jié)構(gòu)整體性滿足要求的前提下,應(yīng)合理設(shè)置相應(yīng)的變形縫;在結(jié)構(gòu)受力分析計算時,應(yīng)進行相應(yīng)的斷面設(shè)計驗算,正常使用階段的應(yīng)力情況,抗裂驗算,超載、維修施工驗算。

(2)控制原材料、半成品的質(zhì)量。確保選用水泥的安定性滿足要求,砂石級配良好,砂、石的含泥土、石粉比例應(yīng)控制在允許范圍內(nèi);混凝土配合比應(yīng)通過相應(yīng)的配合比試驗確定,并根據(jù)現(xiàn)場骨料條件進行換算、調(diào)整;應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度變化情況采用水化熱適當(dāng)?shù)乃喈a(chǎn)品。

(3)混凝土施工管理。混凝土原材料的配合比控制要準(zhǔn)確,攪拌要充分,拌和要均勻;大體積水工混凝土澆筑施工,應(yīng)按一定順序進行分區(qū)、分段、分層進行,澆筑與振搗方法要妥當(dāng),澆筑速度要均勻,不能快也不能過慢;振搗施工要確保混凝土充分密實,保持插入式振搗器與模板的最小距離,防止模板過度變形甚至出現(xiàn)漏水漏漿的現(xiàn)象;混凝土澆筑完成后應(yīng)及時合理養(yǎng)護,不要受凍。

(4)注意水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的地基在施工期間發(fā)生較大變形,以及環(huán)境濕度急劇變化產(chǎn)生的不利影響。

6 混凝土冬季施工

在冬季進行混凝土施工時,如果環(huán)境氣溫不低于零度,做好混凝土的常規(guī)保溫即可;如在負溫下(最低溫度低于-5℃)的環(huán)境條件下進行混凝土澆筑施工,應(yīng)重視混凝土的早期防凍。防凍措施主要需要從以下兩方面進行。

(1)采用防凍劑,可以大幅度降低混凝土拌合水的冰點,防止在塑性狀態(tài)和早期混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分結(jié)冰膨脹,導(dǎo)致混凝土凍傷的現(xiàn)象,一般情況下,防凍劑對混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度性能沒有明顯危害。

(2)保溫處理:在冬季混凝土澆筑盡可能使用膠合板、木板等密封性能較好、具有一定保溫作用的模板,再用保溫材料 (如草簾或泡沫保溫板等)覆蓋在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的表面,使混凝土強度加速發(fā)展。在冬季進行混凝土施工,最好選用早強型的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。

7 結(jié) 語

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及其施工是水利工程建設(shè)過程中的一個重要環(huán)節(jié),是整個水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量保證的核心環(huán)節(jié)。

混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制,其實就是將設(shè)計及施工過程中的各個環(huán)節(jié)有機聯(lián)系起來,在嚴(yán)格檢驗、及時調(diào)整、重點控制、安全操作的基礎(chǔ)上進行,做到防患于未然,使水工混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量獲得有效保障。

[1]劉宏水.工建筑混凝土施工質(zhì)量控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,7

[2]水工混凝土施工規(guī)范(DL/T5144-2001)[S].

[3]港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (JTJ267-98)[S].

[4]張國強.水工建筑混凝土施工的質(zhì)量控制 [J].水利水電建設(shè),2009,5