引水隧洞抗?jié)B防凍混凝土施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)

張根全

【摘 要】引水隧洞工程對(duì)混凝土襯砌的抗?jié)B和防凍性有著較高的質(zhì)量要求。因此，在水工隧洞混凝土襯砌施工中如何保證其整體抗?jié)B性和防凍性，是施工技術(shù)管理中重點(diǎn)研究的課題。本文以建設(shè)中的山西大水網(wǎng)中部引黃工程為案例，對(duì)課題展開(kāi)研究。針對(duì)性地提出引水隧洞抗?jié)B防凍混凝土施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】引水隧洞；抗?jié)B防凍；混凝土；質(zhì)量控制

0 引言

近年來(lái)隨著我國(guó)水資源合理化配置戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，長(zhǎng)距離引（輸）水工程逐步成為水利工程建設(shè)的熱點(diǎn)，如南水北調(diào)、引漢濟(jì)渭、山西大水網(wǎng)等工程。引水工程多穿越干旱少雨的北方山區(qū)，隧洞工程在設(shè)計(jì)、施工中成為常見(jiàn)的主要建筑物，而引水隧洞工程對(duì)混凝土襯砌的抗?jié)B和耐久（防凍）性有著較高的質(zhì)量要求。因此，在水工隧洞混凝土襯砌施工中如何保證其整體抗?jié)B性和耐久性，是施工技術(shù)管理中重點(diǎn)研究的課題。本文以我項(xiàng)目正在建設(shè)中的山西中部引黃工程交汾靈2#隧洞為例，對(duì)課題展開(kāi)研究。

1 工程概況

本項(xiàng)目所承建的山西中部引黃20標(biāo)主要承擔(dān)中部引黃東干交汾靈2#隧洞12km施工任務(wù)，工程地跨山西呂梁交口縣、晉中靈石縣，洞身穿越奧陶系中統(tǒng)峰組泥灰?guī)r夾灰?guī)r，全洞段V級(jí)圍巖占62%，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性差，地下滲涌水豐富。

隧洞設(shè)計(jì)為城門(mén)洞形斷面，凈寬2.5m，凈高3.04m，直墻段高2.2m，頂拱中心角135度，半徑1.35m。隧洞于2016年1月全面貫通，3月份轉(zhuǎn)入二襯施工，二襯工程主要工程量有混凝土澆筑45000m3，鋼筋制安5300t，C25混凝土設(shè)計(jì)有抗?jié)BW6、抗凍F50，抗?jié)BW6抗凍F200兩個(gè)等級(jí)，二襯臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)為12米，需澆筑1000組，混凝土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，工期緊，任務(wù)重。

2 課題研究思路

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，抗?jié)B防凍混凝土質(zhì)量的控制，需要從原材，配合比，混凝土生產(chǎn)，澆筑施工工藝，止水預(yù)埋件安裝到后期養(yǎng)護(hù)等各個(gè)工序環(huán)節(jié)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了施工全過(guò)程控制的管理理念。結(jié)合我項(xiàng)目實(shí)際施工現(xiàn)狀，為確保優(yōu)質(zhì)高效完成二襯施工任務(wù)，我們重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行研究、并加強(qiáng)控制：

（1）通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足其抗?jié)B、防凍、強(qiáng)度要求。

（2）優(yōu)化施工工藝，最大程度降低施工縫帶來(lái)的質(zhì)量影響。

（3）研究施工方法，提高伸縮縫橡膠止水帶安裝質(zhì)量。

（4）通過(guò)混凝土澆筑過(guò)程控制施工，保證最終的產(chǎn)品質(zhì)量。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 主要參數(shù)指標(biāo)

洞內(nèi)水工混凝土設(shè)計(jì)要求為標(biāo)號(hào)C25抗?jié)BW6抗凍F50和C25抗?jié)BW6抗凍F200，重點(diǎn)控制混凝土防凍、抗?jié)B方面的技術(shù)要求，保證滿(mǎn)足混凝土強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)。

3.2 原材試驗(yàn)檢測(cè)

水泥依據(jù)GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)及堿含量試驗(yàn)檢測(cè)；砂和碎石依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SL352-2006，《普通混凝土用砂，石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006，進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)及堿活性試驗(yàn)；引氣劑依據(jù)《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》，DL/T5100-2014進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)及堿含量試驗(yàn)檢測(cè)，要求各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 試驗(yàn)方法

為保證試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇了當(dāng)?shù)厮こ藤|(zhì)量檢測(cè)甲級(jí)資質(zhì)單位進(jìn)行委托試驗(yàn)，包括混凝土強(qiáng)度、防滲、抗凍等相關(guān)項(xiàng)目。

3.4 配合比優(yōu)化

3.5 試驗(yàn)成果總結(jié)

混凝土原材料質(zhì)量對(duì)配合比產(chǎn)生直接影響，料源經(jīng)過(guò)物資部門(mén)，試驗(yàn)室人員多地考察篩選。抗?jié)B混凝土所需引氣劑對(duì)配合比原材料的相容性較差，技術(shù)成分高，參數(shù)要求精確。結(jié)果表明 ，混凝土中含氣量的增加 ，可以大幅增強(qiáng)混凝土的抗凍融能力 ，并改善新拌混凝土的和易性，但同時(shí)引氣含量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性能的急劇下降。經(jīng)試驗(yàn)室多次試驗(yàn)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，含氣量大于4%可以明顯改善混凝土抗凍性，和易性也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。但含氣量超過(guò)6%-8%時(shí)混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性又會(huì)急劇下降。因此本工程初定將混凝土含氣量控制在5%左右，根據(jù)原材料的性能再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控。

表3 混凝土配合比三

配合比試驗(yàn)的過(guò)程中，在各項(xiàng)指標(biāo)保證的情況下，逐級(jí)減少水泥用量，一方面可減少因混凝土水化熱造成的溫度裂縫，另一方面也可降低施工成本，經(jīng)濟(jì)性較好。需要值得注意的是，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室骨料是用干料做的，因此在施工中應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)砂、石含水量，調(diào)整施工配合比。引氣劑如果是水劑，也要注意將水含量計(jì)入配合比施工用水的一部分。

4 施工縫質(zhì)量控制

4.1 施工縫設(shè)置

由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，僅為抗壓強(qiáng)度的7%～14%（平均約為 10%最合理），因此，施工縫宜留在結(jié)構(gòu)受剪力較小且便于施工的部位。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我項(xiàng)目將施工縫設(shè)置在側(cè)墻與底板交接處。如圖2所示。

4.2 施工縫鑿毛工藝

鑿毛的目的是提高混凝土表面的附著力，使新舊混凝土形成整體。鑿毛要求鑿除混凝土表面的浮漿，見(jiàn)到粗骨料。混凝土初凝或終凝之前采用耙、刷拉毛、象征性的鑿毛（在混凝土施工縫上鑿幾個(gè)點(diǎn)）均不符合要求。隧道二襯縱向施工縫混凝土表面鑿毛可采用風(fēng)動(dòng)鑿毛機(jī)和人工電鎬鑿毛相結(jié)合的方式，在無(wú)法使用風(fēng)動(dòng)機(jī)的部位采用人工鑿毛。

4.3 施工縫處理質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）先澆筑的混凝土必須在達(dá)到強(qiáng)度后鑿除表面的水泥砂漿和松軟層；

（2）鑿毛應(yīng)使露出新鮮混凝土面積不低于75%，且靠邊墻內(nèi)側(cè)邊緣5cm內(nèi)不得鑿毛；

（3）采用點(diǎn)式鑿毛時(shí)，為了保證鑿毛面的美觀(guān)，凹坑按照梅花形布置，但縱向施工縫由于受相鄰段襯砌漏漿影響，不建議采用點(diǎn)式鑿毛。

（4）人工鑿毛時(shí)混凝土應(yīng)達(dá)到2.5MPa以上，風(fēng)動(dòng)機(jī)鑿毛時(shí)混凝土應(yīng)達(dá)到10MPa以上。

（5）混凝土鑿毛面的雜物必須清除干凈，可以用水沖洗混凝土表面，但不得積水。

5 伸縮縫橡膠止水帶安設(shè)

5.1 橡膠止水帶的型號(hào)及特點(diǎn)

651型橡膠止水帶是止水帶的一種常用型號(hào)，屬于中埋式止水帶，工程使用最廣泛，651型橡膠止水帶在各種荷載下產(chǎn)生彈性變形，從而起到堅(jiān)固密封，有效地防止建筑構(gòu)造的漏水，滲水并起到減震緩沖作用。

5.2 橡膠止水帶安裝工藝

（1）止水帶施工工藝流程：

綁扎擋頭鋼筋穿鋼筋卡子→止水帶放置到位→定位下一組止水帶→混凝土澆筑定位節(jié)止水帶→混凝土澆筑擋頭板拆除→定位下環(huán)止水帶。

（2）施作方法：環(huán)向施工縫止水帶距迎水面150mm，橡膠止水帶中心線(xiàn)與接縫中心線(xiàn)重合。安裝位置符合設(shè)計(jì)要求，固定牢靠、平直、連續(xù)，不得有扭曲現(xiàn)象。施工伸縮縫接縫處用20mm厚高密度聚乙烯閉孔泡沫板進(jìn)行填充封閉。泡沫板略高出施工縫面，以便后期查找。

（3）施工控制要點(diǎn)：

1）伸縮縫1m范圍內(nèi)圍巖不得滲漏水，如有則采取必要的擋堵和引排措施。

2）每個(gè)伸縮縫用一整條止水帶，盡量不采取搭接，將接頭設(shè)在拱頂部位，搭接長(zhǎng)度不小于10cm。

3）止水帶對(duì)稱(chēng)安裝，伸入模內(nèi)和外露部分寬度必須相等，沿環(huán)向每50cm設(shè)二根φ6mm短鋼筋?yuàn)A住。

4）澆注混凝土?xí)r，在止水帶附近振搗密實(shí)，但不得碰止水帶，防止以防跑偏走位。

5.3 伸縮縫填縫施工

（1）灌縫前首先將縫清理干凈，將縫內(nèi)的土、雜物清理出去。清縫用專(zhuān)用刷子或風(fēng)槍或噴霧器清掃干凈，不得留有雜土、雜物。

（2）用1：1：3（水泥、瀝青、砂子）灌入縫內(nèi)，然后用瀝青砂漿填滿(mǎn)，充填要飽滿(mǎn)，不得虛灌、漏灌。

（3）配置專(zhuān)業(yè)施工人員進(jìn)行灌注。伸縮縫兩邊預(yù)留0.5cm寬縫隙便于粘結(jié)牢固。水平縫可直接灌入縫內(nèi)。

6 混凝土澆筑過(guò)程質(zhì)量控制

6.1 混凝土入倉(cāng)前準(zhǔn)備工作

混凝土拌制前，由試驗(yàn)室根據(jù)規(guī)范要求測(cè)定砂石料含水率，并下發(fā)施工配料單，拌合站應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室下發(fā)的施工配料單來(lái)控制水灰比，塌落度，含氣量等參數(shù)。混凝土按現(xiàn)場(chǎng)施工配合比生產(chǎn)，首盤(pán)混凝土發(fā)料前拌合站測(cè)定塌落度、含氣量為標(biāo)準(zhǔn)范圍后方可出拌合站使用。澆筑中技術(shù)人員隨機(jī)進(jìn)行混凝土塌落度抽檢，塌落度控制在160-180mm。開(kāi)始澆筑時(shí)先在倉(cāng)內(nèi)鋪設(shè)2-3cm厚同標(biāo)號(hào)砂漿，再進(jìn)行混凝土澆筑。

6.2 預(yù)留注漿管及預(yù)埋件施工

為保證隧洞頂拱混凝土密實(shí)，需要在后期進(jìn)行回填注漿，在施工中預(yù)留注漿孔道可減少后期注漿孔鉆孔工序。拱頂中線(xiàn)位置縱向每2m設(shè)一組注漿管，頂拱100°范圍內(nèi)3孔/2孔間隔布置。預(yù)埋注漿管采用φ38×2mmPVC管，出漿口頂在初支噴射混凝土面上，并同時(shí)用膠粘帶將管口封閉，防止?jié)仓炷習(xí)r砂漿堵塞注漿管。隧道預(yù)留注漿管采取在襯砌臺(tái)車(chē)模板上鉆孔固定預(yù)留，保證其尺寸和位置準(zhǔn)確。澆筑完畢后在混凝土初凝前必須將PVC管拔出。

6.3 混凝土澆筑

隧洞拱頂及側(cè)墻采用模板臺(tái)車(chē)襯砌。側(cè)墻和頂拱混凝土從泵送軟管接臺(tái)車(chē)頂部進(jìn)料口進(jìn)行澆筑，澆筑順序?yàn)橄葷仓?cè)墻，后澆筑拱頂。澆筑方向從上一模伸縮縫一側(cè)開(kāi)始向臺(tái)車(chē)前進(jìn)方向一側(cè)進(jìn)行澆筑，根據(jù)臺(tái)車(chē)設(shè)置的進(jìn)料口位置分段，每一段澆筑至確保拱頂部位密實(shí)后方可封堵進(jìn)料口，將輸料軟管移至下一個(gè)進(jìn)料口進(jìn)料，確保拱頂混凝土密實(shí)，拱頂預(yù)留注漿孔，對(duì)空洞進(jìn)行回填灌漿，確保拱部密實(shí)。混凝土澆筑前先泵送同級(jí)砂漿，以保證施工縫處新老混凝土的粘接，防止模板縫隙漏漿造成混凝土泛砂或露骨，同時(shí)起到潤(rùn)濕輸送泵和管路的作用。

6.4 拱頂混凝土施工工藝

（1）分層分窗澆筑：泵送混凝土入倉(cāng)自下而上，從已澆筑段接頭處向未澆筑方向。充分利用臺(tái)架工作窗口對(duì)混凝土插入振搗棒振搗，在出料管前端加接4～5m同徑橡膠軟管，方便與臺(tái)車(chē)進(jìn)料口對(duì)接。

（2）封頂工藝：當(dāng)混凝土澆筑面已接近頂部（以高于模板臺(tái)車(chē)頂模為界限）進(jìn)入封頂階段。為了保證空氣能夠順利排出，在堵頭模板的最上端預(yù)留兩個(gè)圓孔，安裝排氣管（采用Φ32mm焊管）。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土表層離析水、稀漿自排氣管中流出時(shí)，表明倉(cāng)內(nèi)混凝土澆筑密實(shí)。

澆筑過(guò)程由人工插入式振搗棒振搗為主，附著式振搗器輔助振搗，以工作窗為單位，定人、定點(diǎn)、分區(qū)進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)為混凝土不下沉，不冒氣泡，表面開(kāi)始泛漿。特別是倒角部位要搗固充分，避免出現(xiàn)氣孔空洞，保證混凝土的密實(shí)。臺(tái)車(chē)就位前準(zhǔn)確安裝注漿管以防止混凝土滲入，并在后期利用孔道進(jìn)行壓漿，使襯砌背后充填密實(shí)。

6.5 施工控制要點(diǎn)：

（1）泵送混凝土對(duì)塌落度要求較高，施工中要嚴(yán)格控制混凝土坍落度，施工人員在拌合站及入料口均應(yīng)進(jìn)行塌落度試驗(yàn)，并做好記錄；嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)隨意加水，以確保混凝土的密實(shí)度及抗裂性。施工配合比必須進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)原材料含水率隨時(shí)調(diào)整。

（2）洞內(nèi)水工混凝土有抗?jié)B防凍要求，因此對(duì)混凝土配合比，尤其是引氣減水劑計(jì)量精度要求較高，應(yīng)重點(diǎn)控制。每次開(kāi)盤(pán)前由拌合站實(shí)驗(yàn)人員做混凝土含氣量檢測(cè)試驗(yàn)，嚴(yán)格控制混凝土含氣量指標(biāo)。

（3）引水隧洞對(duì)防滲要求嚴(yán)格，施工中按照設(shè)計(jì)要求做好伸縮縫處止水帶及縫面防滲填筑材料質(zhì)量控制。在預(yù)埋止水帶過(guò)程中，盡可能將接縫設(shè)置在過(guò)水?dāng)嗝嬉酝狻８鶕?jù)方案施工縫設(shè)置在底板倒角部位，如果未設(shè)置縱向止水，必須要將該處混凝土結(jié)合面鑿毛工序作為質(zhì)量控制要點(diǎn)。施工中加強(qiáng)振搗，確保施工縫部位新老混凝土結(jié)合面質(zhì)量，增強(qiáng)抗?jié)B性。

（4）澆筑混凝土?xí)r注意不要直接接觸止水帶，防止?jié)仓^(guò)程止水帶變形，并注意周?chē)炷琳駬v，滿(mǎn)足止水帶與混凝土充分結(jié)合。

（5）要將混凝土外觀(guān)作為質(zhì)量控制重點(diǎn)，重視模板清理和脫模劑涂刷，澆筑中的振搗到位，減少澆筑間歇時(shí)間，防止冷縫和色澤不均。底板澆筑完畢后進(jìn)行二次人工收面，底板頂面設(shè)計(jì)高程允許誤差±10mm，表面平整度不大于8mm/2m。混凝土結(jié)構(gòu)表面應(yīng)密實(shí)平整、顏色均勻一致，線(xiàn)性順直美觀(guān)，施工縫平順無(wú)錯(cuò)臺(tái)，不得有蜂窩麻面、水紋云波，疏松掉塊等缺陷。

7 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目通過(guò)優(yōu)化配合比，提高原材質(zhì)量，有效保證了二襯混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、防凍的技術(shù)要求。對(duì)于施工縫產(chǎn)生的質(zhì)量影響，通過(guò)合理的施工工藝，嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降低其帶來(lái)的負(fù)面影響。針對(duì)施工難點(diǎn)，并著重對(duì)伸縮縫橡膠止水帶安設(shè)和混凝土澆筑過(guò)程中質(zhì)量控制要素進(jìn)行了分析總結(jié)。通過(guò)上述不斷摸索與總結(jié)提高，二襯澆筑從2016年3月底正常施工后，進(jìn)度有序推進(jìn)，不斷攀升，安全受控、質(zhì)量?jī)?yōu)良，受到甲方及監(jiān)理單位高度認(rèn)可，并為同期施工的相鄰標(biāo)段提供了借鑒與參考。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]