淺談大型封閉式薄壁結構調蓄水池混凝土施工技術

王秀紅

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

1 工程概況

天水曲溪城鄉供水工程（水源部分）位于天水市秦州區和麥積區境內，取水口位于長江流域永寧河一級支流白家河左岸，引水線路向北穿過分水嶺至麥積區甘泉鎮胡家溝內，再由管線引水至調蓄水池，經水廠處理后利用管網供水至天水市秦州區、麥積區所轄鄉鎮，以緩解城鄉供水壓力。主要建筑物分為樞紐攔河壩、引水隧洞、輸水管線及調速水池組成。調蓄水池總蓄水量20萬m3，等分為8個2.5萬m3水池，單個水池長72.0 m，寬54.0 m。

2 工程總體規劃地質條件

2.1 工程總體規劃

調蓄水池傍向北傾伏的土質山梁布置，調蓄水池規模較大，水池分為4 組8個2.5 萬m3水池，其中4個水池呈“田”字布置于山梁北側，場地（長×寬）211.4 m×155.4 m，4 個水池呈“一”字布置于山梁東側，場地（長×寬）271.6 m×93.2 m，每組兩個水池間連通管互通。單個調蓄水池為矩形，長72.0 m，寬54.0 m，池壁高7.0 m，池內設計水深6.5 m，池壁厚600 mm，底板厚800 mm，池體頂板厚300 mm，池內設立柱和導流墻，其中立柱間距為6 m×6 m。

池堤地基為次生黃土，挖除表部2.5 m的松軟層后，對地基進行5%生石灰土翻夯，翻夯厚度3.0 m，壓實度≥97%，再加1 m 厚、15%水泥土墊層。調蓄水池主體結構采用封閉式鋼筋混凝土薄壁結構。根據施工進度要求，先進行“一”字形水池澆筑，澆筑次序為8#-7#-6#-5#，其中每個水池通過縱橫向后澆帶分為A、B、C、D四個區（圖1），后澆帶寬度為100 cm。高度方向分三層施工，分別為底板混凝土、側壁混凝土（立柱和導流墻）、頂板混凝土（圖2）。

圖1 混凝土分塊布置圖

圖2 混凝土分層布置圖

2.2 地質條件

調蓄水池場區地質構造為第四系堆積物覆蓋，下伏基巖為新近系地層（N2），厚度大斷裂發育輕微，地質構造作用較微弱。水池位于胡家溝右岸Ⅲ級階地，覆蓋層厚6～17m，上部為沖洪積次生黃土，池基為次生黃土，由于調蓄水池場地總體地形西南高、東北低，調蓄水池基底高程1 260 m，地面開挖深度6～17.5 m，洪積次生黃土表層2.4 m壓縮系數a1-2=0.528～0.814 MPa-1，壓縮模量Es=2.173～4.852 MPa，屬高壓縮性土；2.5 m深度以下a1-2=0.120～0.435 MPa-1，Es=5.46～12.37 MPa，屬中壓縮性土。

3 施工重難點

（1）混凝土側壁、導流墻、板等結構均為薄壁結構，其由于長細比大等結構特點，在受到約束的情況下，易發生混凝土裂縫現象。

（2）薄壁結構水池池壁相對較薄，施工難度較大。由于混凝土自身的性能，施工技術等某一方面存在問題會導致主體結構的防滲性能。

（3）水池池壁相對較薄，鋼板止水片、膨脹止水條布置相對復雜，混凝土施工過程中對預埋件的保護難度大。

（4）薄壁結構混凝土因澆筑厚度薄，分層高度大等特點，澆筑普通混凝土很難澆筑密實，底部易出現蜂窩，爛根等質量通病。

4 主要施工工藝

4.1 地基處理

地基原土壓縮變形系數存在差異，引起地基不均勻沉降，對地基進行3 m厚5%生石灰土翻夯及1 m厚15%水泥土墊層，壓實度≥0.97，確保地基承載力和有效防止不均勻沉降。地基處理通過生產性試驗確定各項參數控制指標，經試驗確定石灰土及水泥土攤鋪厚度為30 cm，土料含水率控制在15.2%±2%。主要攤鋪施工設備選用山推160推土機進行攤鋪，其中5%生石灰摻和料采用HF-8YD 撒布機和YWB250路拌機。碾壓設備采用22T羊角碾碾壓，主要參數為平碾一遍，羊角碾夯實碾壓6遍，羊角碾行走速率≤2.0 km/h，采用錯距碾壓，重疊部分寬度為20～30 cm為宜。碾壓結果采用環刀法檢測。

上部鋪設兩布一膜復合土工膜，型號為200 g/0.5/200 g。土工膜上部鋪設50 mm厚M10水泥砂漿墊層。主要施工設備為LST800型土工膜焊接機和DSH-A型熱風槍，土工膜焊接采用雙焊縫焊接，雙焊縫寬度為2 m×12.5 mm，搭接寬度不小于100 mm。焊接時熱熔焊機預熱到350～400 ℃，焊機行走速率控制在2～3 m/min。焊接質量檢測一般分為外觀質量目測檢查和氣密性試驗，外觀質量檢查主要檢查焊接的均勻性、平直，無漏焊、虛焊、褶皺、燙傷以及空洞等。氣密性試驗檢驗采用充氣檢漏儀。在每一條待檢點選取250～300 mm長試驗段，兩頭采用熱熔焊機封死，插入氣針充氣至0.1～0.12 MPa，保持穩壓30～60秒壓力表，顯示數字無明顯下降為合格。

4.2 結構層施工準備

（1）混凝土配合比試驗

本工程主體結構采用C30W6F150混凝土，考慮到調蓄水池功能，混凝土在保證強度的前提下要有良好的抗滲和防凍性能。后澆帶等部位混凝土摻加適量的膨脹劑，配制出微膨脹混凝土，用于補償混凝土的收縮，膨脹劑的使用更大程度上降低了薄壁系統出現裂縫的比例[1]。

拌制混凝土原材料：水泥-天水中材賽馬水泥P.O 42.5；粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰；粗細骨料均為天水當地天然河沙和卵石。減水劑為HT-YQ型高效聚羧酸高性能引氣減水劑。配合比見表1，混凝土塌落度控制在160～210 mm。

表1 C30W6F150混凝土配合比

（2）鋼筋工程

在薄壁結構中，鋼筋制作和安裝質量直接影響混凝土質量。在鋼筋結構設計方面，尤其在柱腳（帽）、梁、板以及后澆帶分倉縫位置等應力相對集中位置設置抗裂構造鋼筋，防止因應力釋放導致開裂風險。

施工時鋼筋下料接頭分布盡可能避開約束區、防止應力集中產生裂縫。鋼筋安裝嚴格按照設計圖紙施工，鋼筋焊接、綁扎符合圖紙和規范要求確保保護層厚度及鋼筋間排距。采用混凝土墊塊、塑料墊塊、鋼筋支架對混凝土保護層進行有效的控制[2]。一般情況下控制水平保護層采用臺式塑料墊塊，控制豎直保護層采用輪式塑料墊塊。

（3）模板工程

調蓄水池施工采用的模板均為木膠板，模板安裝按照混凝土結構物結構邊線放樣控制，重要結構部位加密控制。確保模板安裝位置精準，面板光潔、接縫嚴密、線條平順，模板變形控制在規范允許之內。為了減少施工縫，池壁最好一次支模，一次灌注到頂[3]。模板的錨固埋件定位要求精準牢固，側壁等重要防水部位使用的穿墻螺栓均采用工具式連接

遇水膨脹止水條黏接采用黏結劑全長黏結，止水條黏結后盡快澆筑混凝土，避免止水條浸潤后過早膨脹。選用膨脹止水條是應考慮止水條的緩漲性能，7 d的凈膨脹率不應超過總膨脹率的60%，最終膨脹率不超過總膨脹率的220%。

4.3 混凝土施工

（1）墊層混凝土施工

土工膜上鋪設M10砂漿墊層，主要作用是防止土工膜被硬物劃傷，確保結構安全。螺栓，螺栓中間部位設施圓形止水環。混凝土拆模后對螺栓孔洞采用密封材料及環氧砂漿進行回填。

頂板承重系統模板施工，模板支撐體系嚴格采用專項方案進行施工，方案要求專家組評審。模板施工時應設置1%～3%的起拱值，混凝土澆筑過程中應做好沉降觀測。

根據設計圖紙要求確定分后澆帶和倉縫位置，分縫模板采用木模板或快易收口網，模板加固采用40 mmx80 mm木方固定。

（4）預埋件施工

鋼板止水結構可為超大型鋼筋混凝土水池結構提供可靠的防滲性能[4]。本工程后澆帶、池壁、頂板等部位分縫處均設置鋼板止水帶及膨脹止水條（圖3），池壁及頂板分別布置有鋼管連接套管和通氣孔（圖4）。鋼板止水安裝對中騎縫安裝，止水接頭、止水與鋼管套管接頭連接采用雙面滿焊。止水片周邊混凝土澆筑，振搗器禁止直接觸碰止水片，避免發生位移。水平止水底部采用人工送料方式確保混凝土澆筑密實，防止出現止水片底部混凝土架空或止水片卷曲等現象。

圖3 膨脹止水條、鋼板止水布置

圖4 預埋件布置布置

（2）池底（頂）板部位混凝土施工

底板混凝土施工采用臺階法施工，每層混凝土澆筑按照30 cm控制，臺階寬度按250～300 cm控制。頂板混凝土施工采用平鋪法施工，澆筑時先進行側墻倒角、柱帽等部位混凝土施工，澆筑到頂板高程后再與頂板同時澆筑。在柱底座（帽）、池壁倒角、外邊線等特殊部位采用二次振搗工藝。池頂（底）板混凝土采用二次抹壓工藝；在混凝土初凝前和終凝前分別對混凝土裸露表面進行抹面處理。抹壓處理可有效避免混凝土表面出現因水分散失過快而產生干縮裂縫，能控制混凝土表面非結構性細小裂縫的出現和開展。

（3）側壁導流墻薄壁結構施工

池壁、導流墻混凝土，先在底部均勻鋪設2～3 cm砂漿，砂漿強度等級比混凝土高一個等級。澆筑采用連續澆筑的方式，分層高度控制在每層500 mm。在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當的時間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密實度，減少內部微裂縫和改善混凝土強度，提高抗裂性。

（4）后澆帶施工

后澆帶采用C30補償收縮混凝土，限制膨脹率為2.5×10-4～3×10-4，限制干縮率不大于3×10-4，28 d抗壓強度不小于25 Mpa。補償收縮混凝土采用混凝土強度搞一個標號，其抗滲和抗壓強度等級不應低于兩側混凝土。采用摻膨脹劑補償收縮混凝土，在水中養護14 d后的限制膨脹率不應小于0.015%。在水池中設有100 mm寬的后澆縫（含頂、壁、底），后澆帶應在兩側混凝土齡期達到42 d后再用C35補償收縮混凝土澆筑。

后澆帶分縫位置應進行鑿毛處理，清除表面的浮漿、松動的石子及軟弱的混凝土掉塊等雜物。在混凝土澆筑前，應采用清水沖洗表面的污物，并應充分濕潤，但不得有積水。澆筑過程中注意保護鋼板止水、膨脹止水條等重點部位。

5 混凝土薄壁結構的質量控制

（1）在薄壁結構混凝土中，鋼筋制作和安裝的質量直接影響混凝土外觀質量，施工中必須控制好混凝土鋼筋保護層的厚度。防止鋼筋在潮濕環境和水中受到侵蝕，使混凝土結構遭到不同程度的破壞，降低耐久性。

（2）施工工藝方面，側壁導流墻等部位混凝土澆筑采用二次振搗工藝，在混凝土澆筑即將凝固前進行二次復振，進一步排除泌水水分和內部空隙，增強混凝土的密實度、改善混凝土強度，提高抗裂性。底（頂）板部位采用二次抹面工藝，通過模壓有效避免混凝土表面出現因水分散失過快而產生的收縮裂縫。

（3）通過留置后澆帶，先行澆筑區域應力釋放時間充足，再用高一等級混凝土標號的補償收縮性混凝土進行后澆帶施工。也有工程通過跳倉施工法，將后澆帶改為施工縫解決補償收縮等問題。

（4）加強對預埋件、鋼板止水片的保護。首先，嚴格控制鋼板止水帶接頭質量，焊接要平整牢固；其次，止水片加固要位置準確，止水片與模板加固要緊密牢靠；最后，混凝土澆筑時從混凝土入倉、澆筑、振搗等環節做好對預埋件、鋼板止水片的保護。

6 結語

天水曲溪城鄉供水工程調蓄水池施工，基礎部分通過5%生石灰及10%水泥土換填，有效提高地基承載力和防止不均勻沉降。結構混凝土施工通過控制原材料質量，優化混凝土配合比等，從源頭進行質量控制。施工時通過加強混凝土澆筑過程中的二次振搗、二次抹面等工藝減少混凝土收縮裂縫，提高混凝土的密實度和抗拉強度。并通過水池底部土工膜、側壁丙烯酸聚合物水泥防水涂料聯合作業達到防滲漏目的。