南水北調(diào)工程薄壁混凝土施工質(zhì)量控制

劉欽冬，田德超

（1.南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250014；2.棗莊大禹水利工程處，山東 棗莊 277400）

臺(tái)兒莊泵站工程位于棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)境內(nèi)，是南水北調(diào)東線(xiàn)工程的第七級(jí)泵站，主要是抽引駱馬湖水，借助韓莊運(yùn)河向北輸送，實(shí)現(xiàn)東線(xiàn)工程向北調(diào)水的目的，并改善韓莊運(yùn)河的航運(yùn)條件。泵站的設(shè)計(jì)調(diào)水流量125m3/s，設(shè)計(jì)水位站下20.56m（85國(guó)家高程基準(zhǔn)），站上25.09m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.53m，平均揚(yáng)程3.73m，總裝機(jī)容量為12000kW。臺(tái)兒莊泵站的最大翼墻長(zhǎng)度為11.916m，寬 14.68m，總澆筑高度達(dá) 13.3m，最大倉(cāng)面面積為36.58m2，采用C25W4F100混凝土，泵送混凝土施工，塌落度14～16cm，總計(jì)澆筑方量達(dá)291.85m3，薄壁混凝土的裂紋控制是施工的技術(shù)難點(diǎn)之一。

1 混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

1.1 施工環(huán)境與材料特性因素

在日曬、多風(fēng)、干旱的天氣施工，或施工溫度高于30℃，低于5℃時(shí)，由于其表面失水過(guò)快，或內(nèi)外溫差超過(guò)20℃，薄壁混凝土表面就會(huì)形成不同程度的裂縫。另外，夏季時(shí)白天施工要比晚上施工產(chǎn)生的裂縫多，冬季施工要比夏季施工產(chǎn)生的裂縫多。由于混凝土材料本身的特性，受氯離子侵蝕、干縮、堿骨料反應(yīng)、水泥水化熱、混凝土自身質(zhì)量問(wèn)題、溫度及淡水有害鹽分入侵等因素的影響而產(chǎn)生裂縫。

1.2 施工工藝因素

當(dāng)削坡后的復(fù)合土工膜、砂墊層、基面、保溫板等任意一層未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，其上面的薄壁混凝土砌層將會(huì)出現(xiàn)不均勻的沉降，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。在施工過(guò)程中，薄壁混凝土的和易性，振搗過(guò)程的密實(shí)性，與薄壁混凝土襯砌完成后所產(chǎn)生拉應(yīng)力密切相關(guān)，不均勻的拉應(yīng)力將導(dǎo)致薄壁混凝土表面產(chǎn)生不同程度的拉裂，最終產(chǎn)生貫穿裂縫。在薄壁混凝土施工完成后，要及時(shí)進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)，如蓋膜、灑水等。

1.3 干縮裂縫的影響

由于混凝土毛細(xì)孔隙的壓力作用，毛細(xì)孔隙在干燥時(shí)逐漸失去水分，產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙張力作用力，這樣混凝土就會(huì)體積收縮，因混凝土周?chē)嬖诩s束，內(nèi)部還存在拉應(yīng)力，當(dāng)這種拉應(yīng)力超過(guò)混凝土材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生了干縮裂縫。

2 施工質(zhì)量保證措施

2.1 原材料控制

1）對(duì)基本組成材料的控制。要嚴(yán)格控制水、水泥、骨料等基料的配合比。水泥選用普通硅酸鹽P.O42.5水泥，按照1批（次）/200t抽樣一次；選用經(jīng)反擊式破碎機(jī)軋制后的碎石作為粗集料，要求不含風(fēng)化顆粒、清潔、堅(jiān)硬；選擇經(jīng)專(zhuān)用制砂機(jī)制造的機(jī)制砂，要求其干燥、潔凈、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)風(fēng)化的適當(dāng)顆粒；水量的使用也必須進(jìn)行控制，因?yàn)槎嘤嗟乃畷?huì)導(dǎo)致毛細(xì)孔中的水分增加，降低混凝土的耐久性。

2）外加劑的選用。在混凝土中摻入粉煤灰，能夠提高混凝土的耐久性，根據(jù)試驗(yàn)可知，本工程摻入量取25%。據(jù)推算，在本工程中摻用的粉煤灰使混凝土的內(nèi)部溫度降低了約6.8～8.2℃，在一定程度上降低了裂縫產(chǎn)生的機(jī)率。

2.2 對(duì)施工環(huán)境因素的控制

1）溫度控制。水化后的水泥會(huì)釋放出大量的熱量，此時(shí)，混凝土內(nèi)外溫差較大，易形成裂縫。尤其夏季施工時(shí)，混凝土出機(jī)口的溫度在30℃左右，室外的石子表面溫度也可達(dá)50℃，這將促使水化后的混凝土內(nèi)部的溫度更高，所以薄壁混凝土的施工溫度不要高于28℃。在當(dāng)日最高氣溫大于30℃時(shí)，最好選擇早晨、傍晚或者夜間進(jìn)行施工，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的溫度高于35℃時(shí)，要停止施工。控制骨料的溫度要從灑水降溫和搭蓋涼棚兩方面進(jìn)行。同時(shí)，混凝土在澆筑前，拌和水也要放入條形冰塊進(jìn)行降溫。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)最低氣溫低于0℃，或日均氣溫連續(xù)5d低于5℃時(shí)，要增加骨料攪拌的時(shí)間、調(diào)節(jié)拌和水的溫度，確保拌和物在入倉(cāng)時(shí)溫度不低于5℃。冬季施工，當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，剛完成抹面收光施工的混凝土，要采用兩層彩條布加棉被進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免內(nèi)外溫差大于20℃，防止產(chǎn)生裂紋。

2）風(fēng)力控制。在風(fēng)力低于4級(jí)時(shí)，才可進(jìn)行混凝土施工作業(yè)。依據(jù)天氣的情況，調(diào)整混凝土的用水量和外加劑用量，以保證混凝土在入倉(cāng)時(shí)的塌落度達(dá)到施工要求。同時(shí)，在施工時(shí)要邊襯砌邊覆蓋彩條布。在初凝前，用灑水車(chē)噴頭對(duì)混凝土表面進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)。在風(fēng)速高于4級(jí)時(shí)，停止施工作業(yè)。

2.3 混凝土澆筑方法控制

1）減少混凝土周?chē)募s束。當(dāng)混凝土周?chē)s束過(guò)大時(shí)，其內(nèi)部拉應(yīng)力得不到釋放，進(jìn)而使混凝土發(fā)生干裂。所以，要降低混凝土的分倉(cāng)長(zhǎng)度，使混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力能夠得到充分釋放。分段澆筑長(zhǎng)度應(yīng)為8m的整數(shù)倍，其值要在16～40m的范圍內(nèi)。

2）布料和攤鋪的控制。為保證施工作業(yè)的安全性，降低混凝土產(chǎn)生骨料分離的機(jī)率，通常情況下，坡面上的布料要采用從下至上的方式并且要連續(xù)進(jìn)行，以此減少大石子向下滾落的數(shù)量，同時(shí)要及時(shí)對(duì)混凝土中密集的粗骨料進(jìn)行清理。對(duì)襯砌小車(chē)行走進(jìn)行清理時(shí)，要先將振動(dòng)打開(kāi)，在振動(dòng)碾壓時(shí)，保持混凝土不處于欠振、過(guò)振或漏振，達(dá)到表面出漿的同時(shí)，不發(fā)生麻面、蜂窩、露石等現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象要及時(shí)采取增加碾壓遍數(shù)等方法進(jìn)行處理。

3）人工填補(bǔ)及振搗邊角處的控制。在渠坡襯砌的頂部和底部進(jìn)行作業(yè)時(shí)，容易產(chǎn)生振動(dòng)碾壓機(jī)振搗不到位、缺料等現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人工補(bǔ)料，同時(shí)要用插入式振搗器輔助振搗。在襯砌機(jī)開(kāi)出倉(cāng)時(shí)，要用插入式振搗器從下至上，沿模板邊界處行走一道，以確保邊角處無(wú)麻面、蜂窩現(xiàn)象，保證混凝土的密實(shí)度。

4）機(jī)械抹面的控制。當(dāng)混凝土攤鋪機(jī)的攤鋪寬度大于4m時(shí)，就可以使用抹面機(jī)進(jìn)行抹面、收平、進(jìn)一步提漿。在初次抹面時(shí)，因混凝土表面坍落度偏大，要自下而上進(jìn)行抹面，抹光機(jī)的移動(dòng)間距為圓盤(pán)直徑的2/3。連續(xù)作業(yè)時(shí)，保證無(wú)漏抹，表面平整均勻一致。坡頂和坡底無(wú)法使用抹面機(jī)的位置要全部由人工操作，邊模位置在機(jī)械抹面后，要用人工及時(shí)修理。在混凝土初凝前，要由人工連續(xù)進(jìn)行抹面壓光3遍，保證表面平整，提出的漿面均勻。

2.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)后期產(chǎn)生裂縫的數(shù)量影響較大，所以對(duì)混凝土開(kāi)展合理、科學(xué)的養(yǎng)護(hù)顯得尤為重要。《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）中規(guī)定，渠道襯砌薄壁混凝土的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)要大于28d，因此該工程前期采用灑水，后期采用貼養(yǎng)護(hù)膜的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。由于該工程選用普通硅酸鹽水泥，混凝土在早期時(shí)水化熱較大。經(jīng)檢測(cè)，通常在澆筑后的24h左右，其內(nèi)部溫度就能達(dá)到33℃，而這段時(shí)間恰好為前期的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，因此對(duì)襯砌混凝土板要進(jìn)行“人工裂縫”，切成4m×4m的板塊，用節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜和蓋彩條塑料布對(duì)其進(jìn)行覆蓋。當(dāng)氣溫較高時(shí)，要常揭開(kāi)檢查，必要時(shí)要對(duì)局部進(jìn)行補(bǔ)水。在切縫施工結(jié)束后，要立刻貼上養(yǎng)護(hù)膜，進(jìn)行全天候28d養(yǎng)護(hù)，此時(shí)其內(nèi)部溫度將降至18℃。

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采取上述措施處理的混凝土板，要比未采取措施的混凝土板產(chǎn)生的裂縫要少很多。