航道整治工程預(yù)制扭王字塊體表面缺陷及防治探討

龔靜 胡冬冬 江西省路港工程有限公司

1.工程背景

某航道工程按照Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道設(shè)計(jì)寬度70m，水深1.7m，可通行兩排兩列1000t級頂推船隊(duì)，航道彎曲半徑≥500 m，通航保證率達(dá)96%及以上。本次航道整治主要為長度250km的河段，河段內(nèi)建筑物25座，主要包括總長度500m的3座丁壩、總長度1280m的5座鎖壩，總長度1145m的3座潛壩，長1150m的1座分流魚嘴，總長11400m的13處護(hù)岸。該航道通河基本站設(shè)計(jì)水位99.8m，整治水位按照設(shè)計(jì)水位+0.8m設(shè)計(jì)，單一河段整治線寬560～600m，分汊河段適當(dāng)縮窄整治線寬度。根據(jù)數(shù)模驗(yàn)證并結(jié)合工程實(shí)際運(yùn)行效果，應(yīng)適當(dāng)降低部分丁壩、鎖壩設(shè)計(jì)頂高程至設(shè)計(jì)水位；潛壩壩頂高程按照設(shè)計(jì)水位-0.5m確定，壩體為散拋石、面層灌注絮凝砂漿結(jié)構(gòu)，護(hù)岸頂高程按照原有岸頂高程均值確定，面層為雷諾護(hù)墊，并結(jié)合棱體拋石局部灌漿，以提升結(jié)構(gòu)整體性和耐久性。

本次建設(shè)標(biāo)段航道整治工程部分主要內(nèi)容為灘險(xiǎn)河段整治，主要工程措施包括疏浚、陸上炸巖、水下清礁、水下清渣、壩體拋筑等工程項(xiàng)目。灘壩體拋筑采用拋石結(jié)構(gòu)，壩根采用扭王字塊護(hù)根，并在灘險(xiǎn)左岸修建1道順壩（L1）和3道丁壩（L2～L4）。壩體主要采用拋石結(jié)構(gòu)或箱體結(jié)構(gòu)，扭王字塊護(hù)面及鎮(zhèn)腳。

扭王字塊由6個(gè)肢桿構(gòu)成，且其肢桿不全在同一平面，屬于形狀不規(guī)整的混凝土結(jié)構(gòu)塊，幾何形狀復(fù)雜；按照設(shè)計(jì)要求，本次航道整治工程擬預(yù)制扭王字塊18.8萬件，扭王字塊設(shè)計(jì)高度1.094m，單塊重1.0t，砼標(biāo)號(hào)C30，考慮到工程所需扭王字塊數(shù)量較多，且均通過預(yù)制方式制成。大量工程實(shí)踐證明，扭王字塊在預(yù)制過程中很容易出現(xiàn)塊體表面砂斑、砂線、邊棱掉角、爛腳及氣孔等問題，為提升預(yù)制質(zhì)量，有效杜絕塊體表面缺陷，本航道整治工程在施工前先進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并尋找可能出現(xiàn)病害的主要成因，采取針對性強(qiáng)的改善措施予以控制，通過理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐的不斷試驗(yàn)與總結(jié)，取得了較好的效果。

本次航道整治工程預(yù)制扭王字塊尺寸表及立面、側(cè)視、俯視圖詳見表1和圖1。

圖1 預(yù)制扭王字塊立面、側(cè)視、俯視圖

表1 本次航道整治工程預(yù)制扭王字塊尺寸表（單位：m）

2.預(yù)制扭王字塊體表面缺陷

2.1 邊棱掉角

造成預(yù)制扭王字塊體表面邊棱掉角的主要原因在于拆模強(qiáng)度未達(dá)到5MPa的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，既會(huì)導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件邊棱掉角和破損，又會(huì)增大懸臂梁上中肢斷肢的可能性。本航道整治工程模板設(shè)計(jì)內(nèi)角較小，且模板內(nèi)側(cè)焊縫焊渣并未徹底清理，模板內(nèi)側(cè)的水泥漿層也未徹底清除，導(dǎo)致其內(nèi)側(cè)壁面粗糙，增大了模板和構(gòu)件的摩擦力與粘附力。采用千斤頂脫模的過程中，如遇頂孔不平，必然會(huì)發(fā)生偏心受力，導(dǎo)致上中肢端部邊角破壞。此外，脫模過程中千斤頂頂離模板的距離過小，在通過撬棍進(jìn)行模板平行移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的前傾幅度，導(dǎo)致上肢腋部內(nèi)模角頂發(fā)生破損。

2.2 砂斑、砂線

本次航道整治工程多次現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示，工程擬采用的PO32.5R水泥時(shí)間與泌水率關(guān)系與其余水泥不同，首次進(jìn)行混凝土振搗后泌水率較小，出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，且隨著構(gòu)件體積的減小，豎向泌水率較小，橫向泌水率較大，且其止?jié){縫內(nèi)采用的是密封性能較好的高密度泡沫填充板，當(dāng)混凝土發(fā)生收縮，模板和混凝土之間便會(huì)出現(xiàn)真空負(fù)壓腔，為保持壓力平衡，混凝土拌合物中有較大流動(dòng)性的水便會(huì)被吸出，形成砂斑、砂線。

負(fù)壓是造成吸水的條件，而混凝土拌合物內(nèi)游離水過多則為吸水發(fā)生提供了機(jī)會(huì)。所以，如果混凝土拌合物中游離水含量減少，則被吸水的可能就會(huì)大大減弱。同時(shí)，混凝土拌合物內(nèi)所存在的空隙和氣泡也容易匯集泌水，一旦出現(xiàn)負(fù)壓條件，就必然發(fā)生吸水，而且空隙和氣泡越大，集水量越多，所形成的砂斑、砂線也越嚴(yán)重。

2.3 氣泡

在扭王字塊中下肢頂面的斜面較為平緩的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明顯的氣泡，造成這種缺陷的主要原因在于分層太厚、混凝土混合料粘稠度過高、振搗不充分，使氣泡無法正常排出。

2.4 爛腳

若底層混凝土拌合物厚度過大，既會(huì)延長振搗時(shí)間，又會(huì)不斷頂起模板并使模板上浮后離開底模，引發(fā)縫隙漏漿，此時(shí)如果操作人員誤認(rèn)為是振搗不夠，又會(huì)加強(qiáng)振搗，便會(huì)造成混凝土拌合物離析，砂漿由縫隙流出，剩余的粗骨料露出后形成爛腳。

3.預(yù)制扭王字塊體表面缺陷的防治

3.1 邊棱掉角缺陷的防治

考慮到混凝土終凝5h后早期強(qiáng)度便會(huì)以0.3～0.5MPa/h的速度快速增長，本工程應(yīng)當(dāng)充分利用這一特征，在25℃的施工環(huán)境溫度下養(yǎng)護(hù)20h后拆模，若環(huán)境溫度降低，應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)拆模時(shí)間。按照設(shè)計(jì)配合比施工時(shí)還應(yīng)盡量提升混凝土強(qiáng)度，混雜拌合站后倉上料砂與不同粒徑粗骨料，如遇較小的砂細(xì)度模數(shù)，應(yīng)通過調(diào)整砂率控制混凝土塌落度、水灰比等性能參數(shù)，采用早期外加劑并延長養(yǎng)護(hù)拆模時(shí)間。

脫模過程中應(yīng)盡量使千斤頂將模板頂離構(gòu)件，控制打撬棍的幅度，避免模板和構(gòu)件發(fā)生觸碰，模板起吊時(shí)應(yīng)派專人扶持，防止其觸碰構(gòu)件。

3.2 砂斑、砂線的防治

調(diào)整原材料配合比后進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果表明，由于負(fù)壓吸水的原因仍然存在，所以扭王字塊體表面的砂斑、砂線并未徹底消除。在模板開孔后，不斷流出的泌水沖掉水泥漿后堵塞孔洞，無法達(dá)到模板內(nèi)外壓力的平衡狀態(tài)。借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)并通過反復(fù)的局部試驗(yàn)得出，構(gòu)件上的螺絲經(jīng)松動(dòng)調(diào)整后能有效抑制砂斑、砂線的出現(xiàn)，但是必須加強(qiáng)螺絲松動(dòng)時(shí)間和程度的控制，既要保證空氣通過，又不能使水泥漿液流出。

在混凝土配合比中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求摻加減水劑，在便于施工的情況下盡量降低塌落度，保證振搗充分和密實(shí)，并在完成扭王字塊澆筑后，必須及時(shí)排除混凝土頂面的泌水，不得出現(xiàn)積水。

3.3 氣泡的防治

混凝土拌合物塌落度不能過小，如果過小會(huì)增大混凝土粘稠度，阻礙氣泡逸出。本次航道整治工程所使用的粒徑16～31.5mm的石粉含量偏大，導(dǎo)致拌合物粘稠度增大，為此，應(yīng)調(diào)整砂細(xì)度模量，并控制石粉含量，將砂率混凝土拌合物塌落度嚴(yán)格控制在3.0～5.0cm。結(jié)合扭王字塊構(gòu)件設(shè)計(jì)高度和形狀，應(yīng)分4～5層進(jìn)行澆筑，將各澆筑層厚度控制在50cm以內(nèi)，尤其對于中下肢斜面位置，如果澆筑層厚度過大，則斜面內(nèi)所聚集的氣泡很難逸出。此外，本工程預(yù)制扭王字塊過程中應(yīng)換用φ75振搗棒進(jìn)行二次振搗；應(yīng)使用經(jīng)過稀釋的油性脫模劑，并減小脫模劑的涂抹厚度。

3.4 爛腳的防治

造成扭王字預(yù)制塊爛腳的主要原因是拌合物振搗過程中所施加的力度超出模板自重及其與混凝土的摩擦力時(shí)所引起的模板上浮，若首層混凝土分層厚度低于斜面起點(diǎn)，則應(yīng)充分振搗，防止出現(xiàn)蜂窩、麻面及氣泡。混凝土材料具有很強(qiáng)的觸變性，所以對于已經(jīng)振搗密實(shí)的砼結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量不再觸碰，使其與模板形成整體性結(jié)構(gòu)。此時(shí)，進(jìn)行上層澆筑時(shí)就不容易出現(xiàn)模板上浮，即使有，也不會(huì)觸動(dòng)到底層砼結(jié)構(gòu)，更不會(huì)使水泥漿流失，避免爛腳缺陷的出現(xiàn)。

4.結(jié)論

本文分析結(jié)果表明，預(yù)制扭王字塊構(gòu)件因形狀復(fù)雜，預(yù)制數(shù)量較多，而經(jīng)常出現(xiàn)邊棱掉角，砂斑、砂線，氣泡及爛腳等缺陷，造成資源浪費(fèi)，甚至影響航道整治工程施工的順利進(jìn)行。為預(yù)防和避免上述缺陷的出現(xiàn)，必須通過反復(fù)試驗(yàn)和試制，尋找引發(fā)各種缺陷的原因和病害發(fā)生規(guī)律，采取優(yōu)化混凝土配合比、改進(jìn)振搗工藝、加強(qiáng)泌水排出、強(qiáng)化施工過程管理等有效措施提升預(yù)制扭王字塊混凝土構(gòu)件的內(nèi)在和表觀質(zhì)量。