云南小灣水墊塘抗沖磨混凝土施工技術(shù)研究

胡治河 劉紅英

（中國水利水電第八工程局有限公司 云南永善 657300）

1 概述

對水工建筑物破壞情況大型調(diào)查結(jié)果表明，在已建大中型水電工程泄水建筑物中，有近70%存在沖磨空蝕破壞。如劉家峽左岸泄水道磨蝕面積達7689.6m2，檢修12次。龍羊峽底孔嚴重沖蝕，深達2.5m，面積441.6m2，混凝土量260m3。柘林岸邊陡槽式溢洪道消力池多處沖坑，多次修補后破壞屢有發(fā)生；柘林放空洞水力池邊墻、底板多處破壞，修復(fù)后反復(fù)發(fā)生破壞。響洪甸泄洪洞嚴重空蝕，深15cm。分析和研究表明，引起沖磨空蝕破壞的兩個決定性因素是建筑物設(shè)計體型和混凝土抗沖耐磨性能。

摻硅粉纖維混凝土強度較高，有較好的抗沖擊性能、耐磨性能和防水抗?jié)B性能，在水利水電工程泄洪消能建筑物過流面得到了較為廣泛的應(yīng)用。

云南小灣水電站水頭高 （設(shè)計洪水位1238.3m，水頭273.3m），泄洪流量大 （設(shè)計泄洪流量13568m3／s），流速高 （40～50m／s），對泄洪消能建筑物過流面混凝土抗沖耐磨性能要求高。水墊塘為復(fù)式梯形斷面，全斷面鋼筋混凝土襯護，底板高程EL965m，總長度約290m，最小底寬70m。它是主要泄洪消能建筑物之一，在其底板及邊墻（高程EL970m以下）表層布置了50cm厚硅粉纖維 （抗沖耐磨）混凝土。

2 施工特點、重點和難點

2.1 施工特點

（1）體型要求嚴格，施工難度大。設(shè)計技術(shù)要求過流面不允許有垂直升坎或跌坎，不平整度控制在6mm以下，縱向坡控制在1∶20以下，橫向坡控制在1∶5以下。

（2）混凝土設(shè)計標號較高 （C9060），水膠比小 （0.3），外摻材料多 （摻硅粉＋聚丙烯微纖維和硅粉＋聚丙烯微纖維＋鋼纖維兩種），膠凝材料用量多，導(dǎo)致混凝土拌和物比較粘稠，表面抺面處理比較困難，特別是摻鋼纖維混凝土。

（3）施工時段跨旱、雨季，氣候條件復(fù)雜。旱季氣溫較高，空氣干燥，太陽照射強，混凝土表面易失水干縮；雨季單點暴雨強度大，快而猛，頻次多，對表層混凝土質(zhì)量影響大。

2.2 施工重點和難點

從混凝土受磨蝕破壞的實例，分析其破壞的主要原因在于：

①混凝土強度不能滿足要求；

②表面不平整度控制不嚴，不能滿足要求；③混凝土表面出現(xiàn)裂縫；

④新老混凝土結(jié)合不良；

⑤施工殘渣、雜物清理不干凈等。

同時，理論研究和水工模型實驗研究表明，表面不平整度不滿足要求是誘發(fā)空蝕破壞的主要因素。

所以，水墊塘抗沖耐磨混凝土施工重點在于混凝土強度和表面不平整度控制，施工難點在于混凝土表面裂縫預(yù)防，及雨季施工防雨措施的及時性和有效性。

3 施工工藝方法

針對水墊塘底板和邊墻混凝土各自不同的施工特點，采用不同的施工工藝方法：底板混凝土采用振平梁整平＋抺面工藝；邊墻采用翻模 （或拖模）＋抺面工藝。施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4 混凝土配合比設(shè)計

4.1 原材料性能

混凝土原材料由業(yè)主統(tǒng)供，水泥采用祥云縣建材有限公司生產(chǎn)的祥龍中熱 （PM.H）425水泥；粉煤灰為曲靖火電廠生產(chǎn)的曲靖I級粉煤灰；砂石料采用右砂加工的人工砂石料。

4.2 原則

（1）聚羧酸鹽類減水劑屬于高分子材料，具有減縮劑的作用，與傳統(tǒng)萘系高效減水劑相比，可以顯著降低混凝土自身收縮，提高其抗裂能力。硅粉混凝土自收縮性能較大，宜選用聚羧酸鹽類減水劑。

（2）由于骨料的耐磨強度一般要高于水泥漿體，所以配合比設(shè)計中應(yīng)盡量降低混凝土單位用水量和膠凝材料用量，多用骨料以提高混凝土的耐磨強度，同時還可以減少混凝土干縮。

（3）混凝土的坍落度選擇宜適當(dāng)，太小不利于混凝土拌合均勻，在太陽強烈照射及大風(fēng)情況下，拌和物極易發(fā)干，施工振搗、抺面困難；太大則混凝土容易泌水，會增加硅粉混凝土早期干縮裂縫產(chǎn)生機率。

（4）初、終凝時間的選擇宜適當(dāng)，既要保證有足夠的時間進行振搗、整平、抺面等工作，還要避免混凝土表面長時間暴露在空氣中，表面水分散發(fā)導(dǎo)致面層干裂。

（5）添加了微纖維和聚羧酸鹽減水劑這些新材料的硅粉混凝土，不必再考慮添加膨脹劑。

4.3 配合比

經(jīng)過大量的室內(nèi)配合比對比試驗，選定的最優(yōu)配合比。

5 現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實驗

為了檢驗混凝土室內(nèi)配合比的施工性能，在水墊塘底板和邊墻分別于2006年11月25日、2007年1月2日與2007年3月5日進行了三次現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實驗。保證表面不平整度也達到預(yù)期要求；找到早期保溫保濕有效措施，使混凝土表面不出現(xiàn)裂縫；掌握邊墻混凝土翻模拆模時間，及混凝土表面抺面時機，以達到了預(yù)期目的。

6 混凝土施工

6.1 混凝土攪拌和運輸

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實驗成果，證明4×3m3自落式攪拌樓拌制抗沖耐磨混凝土攪拌時間為5min。硅粉、鋼纖維和微纖維根據(jù)拌合機的單次拌合所需用量，稱量準確后裝袋待用，攪拌時人工添加。混凝土出機口溫度不超過12℃。

水平運輸采用自卸汽車，卸入12m3集料斗，運距約4.5km。自卸汽車裝卸混凝土的厚度不小于40cm，車廂應(yīng)平滑密閉不漏漿，并須有遮陽、防雨設(shè)施。

垂直運輸采用長臂挖掘機入倉，布置了一臺PC220和一臺CAT320長臂挖掘機，臂長13～15m，斗容0.45m3。硅粉混凝土比較粘稠，塌落度較大時會發(fā)生粘附現(xiàn)象，自卸汽車卸料較困難，此時可用長臂挖掘機輔助卸料及面層局部地方也可用挖機輔助平倉。

6.2 混凝土澆筑

混凝土入倉后須盡快平倉、振搗，插入式振搗器宜以直徑Φ100mm以上的為主，邊角部位用直徑Φ70mm的輔助，止水片部位用Φ50mm軟軸振搗器振搗。振搗時間應(yīng)比普通混凝土適當(dāng)延長15～30s左右 （總振搗時間不少于1min），使內(nèi)部空氣完全排出，表面泛漿充分。泛漿、排氣不充分的部位須進行復(fù)振。

底板混凝土宜采用平鋪法澆筑，也可采用臺階法。澆筑時須按一定方向、厚度，分層、有序進行，澆筑層面應(yīng)平整，并嚴格控制坯層厚度。施工時須嚴格按條帶澆筑，條帶寬度視澆筑強度和氣候條件而定，一般為2.5～3.0m，便于及時進行后續(xù)振平、抺面施工。澆筑過程中須按條帶經(jīng)常用2m直尺檢查混凝土表面不平整度，多挖少補，使混凝土表面不平整度滿足要求。

邊墻混凝土嚴格按高程分層平鋪均勻澆筑上升，分層高度以30cm為宜。澆筑時須安排專人詳細記錄澆筑時間、氣溫等資料，便于掌握翻模拆模時間及抺面時機。

水墊塘底板分縫處共布置了三道止水片，上面是兩道銅止水片，下面是一道復(fù)合橡膠止水帶，距面層的距離分別為30cm，90cm，130cm，必須采取嚴密措施，精心組織，精心施工，確保止水片部位混凝土振搗密實。

驗倉前將止水片向上扳起，要求其上傾角度不小于30°。

開倉前認真組織交底，安排專人負責(zé)止水片部位混凝土振搗施工，并安排質(zhì)檢人員旁站，實施全過程監(jiān)控。

混凝土下料時須離止水片30～50cm，避免混凝土料壓住止水片。

振搗時先用直徑Φ100mm或Φ70mm振搗器，讓混凝土料流進止水片下部，再用Φ50mm軟軸振搗器伸入止水片下部振搗，并適當(dāng)延長振搗時間，確?；炷琳駬v密實。

7 表面不平整度處理

7.1 底板混凝土表面振平

底板混凝土按條帶澆筑完成后要及時用振平梁振平，振平梁面板用8mm厚鋼板制作，骨架采用鋼桁架，其整體剛度須能滿足吊裝、運行過程中的變形要求。

振平梁上均勻安裝4臺附著式振搗器，每臺功率2.2kW，用手動葫蘆等作為行駛動力，或采用人工搖柄方式，行進速度以混凝土表面充分泛漿，便于抺面為宜。

振平梁振搗、行進過程中，兩端須緊貼軌道面運行，同時安排專人用2米直尺對混凝土表面不平整度進行檢查，人工配合多挖少補，直到混凝土表面不平整度達到要求為止。

7.2 邊墻翻模施工

邊墻翻模高度100cm，由1塊P6015、1塊P3015、1塊P1015鋼模板組合而成。為了控制好體型，倉面驗收前每一標準倉面至少須安裝、調(diào)試好兩榀樣架。翻模樣架結(jié)構(gòu)示意圖見圖7－2。

邊墻每層翻模，拆模時間受初凝時間和氣候條件等因素影響，一般在混凝土澆筑后6～8h左右，若混凝土塌落度較大，且無太陽照射氣候條件下，也可適當(dāng)延長至9～10h左右。

7.3 表面抺面處理

7.3.1 底板混凝土抺面

1）振平梁振平后及時按條帶依次開始抺面，一般抺三次，使混凝土表面平順、平整、壓光、直順，無氣孔、麻面和裂縫、空鼓現(xiàn)象等缺陷。

2）第一次抺面主要使混凝土表面平整、平順，抺面前用2m直尺進行檢查，不平整度不符合要求的區(qū)域人工挖補，直到符合要求為止。

3）第一次抺面的時間須根據(jù)混凝土澆筑時間、氣候條件、及混凝土的坍落度等具體情況而定，一般在振平梁振平后0～2h為宜。若混凝土坍落度較小，氣溫較高，太陽直射條件下，應(yīng)在振平梁振平后立即進行第一次抺面；若混凝土坍落度較大，氣溫較低，沒有太陽照射條件下，第一次抺面的時間應(yīng)適當(dāng)推遲，使混凝土表面的水分揮發(fā)掉一些后效果較好。

4）第二次抺面主要是消除混凝土表面缺陷如氣孔、麻面、細微裂紋、垂直升跌坎等，并進行表面壓實、抺光。因為抺面時產(chǎn)生的擠壓、提漿作用能使早期細微裂紋閉合，不讓其繼續(xù)開展，所以這一道工序非常重要，須安排專人認真負責(zé)地對整個倉面進行全面檢查、處理，將裂紋等缺陷消滅在萌芽狀態(tài)。

5）第三次抺面主要是進一步壓實、抺光，在混凝土初凝前0.5～1h進行。

7.3.2 邊墻混凝土抺面

翻模拆模后進行抺面，以2次為宜，第1次主要是消除混凝土表面缺陷如氣孔、麻面、模板縫隙之間的痕跡等，抺面時先用木抺子提漿、壓實，再用鐵抺子抺光；第2次主要是進一步壓實、抺光。

8 早期保溫保濕和后期養(yǎng)護

硅粉混凝土初凝前由于泌水和表面水分蒸發(fā)，易失水干縮，產(chǎn)生塑性干裂；終凝后其自身又具有一定的自收縮性能，加上溫度應(yīng)力的作用，極易產(chǎn)生裂縫。裂縫一旦產(chǎn)生，其對混凝土的危害極大，治理措施復(fù)雜，費用高昂，所以，須采取科學(xué)、有效的預(yù)防措施。

8.1 早期保溫保濕

研究表明，普通混凝土表面水分蒸發(fā)速度接近1kg／m2·h，容易產(chǎn)生塑性開裂，而高強硅粉混凝土表面水分蒸發(fā)速度接近0.5kg／m2·h時，就有可能產(chǎn)生塑性開裂?？偨Y(jié)現(xiàn)場施工經(jīng)驗也發(fā)現(xiàn)，晚上或陰天進行抺面施工時，表面水分蒸發(fā)速度慢，產(chǎn)生塑性開裂的概率??；白天太陽照射情況下水分蒸發(fā)速度快，產(chǎn)生塑性開裂的概率大。

硅粉混凝土宜盡量安排在晚上低溫時段施工，避開白天高溫時段；白天高溫時段施工時須采用遮陽蓬避免太陽直射，減少混凝土溫度回升，降低混凝土表面水分散發(fā)速度。還須根據(jù)現(xiàn)場氣溫、太陽照射和風(fēng)力大小情況，采取倉面噴霧、表面覆蓋保水材料等措施，使混凝土表面始終保持濕潤，防止混凝土表面產(chǎn)生早期干裂。

8.2 后期養(yǎng)護

底板混凝土終凝后采取蓄水養(yǎng)護，蓄水深度10～20cm，白天高溫時段須經(jīng)常換水、加水。邊墻混凝土終凝后采取不間斷流水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間不少于60d，直到投入運行前為止。

9 混凝土強度控制

除與常規(guī)混凝土一樣需作好混凝土原材料檢測及控制外，現(xiàn)場還需從以下方面作好控制工作。

坍落度波動對混凝土強度影響較大，抗沖耐磨混凝土水膠比小 （0.3），其強度對坍落度波動情況尤為敏感 （見表1）。

表1 第一次生產(chǎn)性工藝實驗混凝土強度與坍落度對比關(guān)系表

所以，混凝土澆筑過程中須密切注意坍落度變化情況，若發(fā)現(xiàn)異常，須立即通知試驗室人員進行檢測，不符合規(guī)范要求的，經(jīng)監(jiān)理工程師鑒定后，堅決按廢料處理。雨天采取精細的防雨措施。

10 施工管理措施

對施工作業(yè)人員培訓(xùn)考核合格后持證上崗，安排工程技術(shù)人員進行跟蹤、現(xiàn)場指導(dǎo)和培訓(xùn)；每一倉面定專人（質(zhì)控員）負責(zé)施工質(zhì)量控制；經(jīng)常召集技術(shù)人員、施工人員進行經(jīng)驗交流，取長補短，及時總結(jié)經(jīng)驗。

11 效果評價

從2007年2月開始正式施工，到2007年12月施工完成，澆筑抗沖耐磨混凝土計14300m3，面積達25400m2。經(jīng)混凝土性能試驗和外觀檢查，抗沖耐磨混凝土的施工質(zhì)量十分理想，效果十分好。

（1）水墊塘、二道壩抗沖磨混凝土的施工配合比既能滿足于設(shè)計指標要求，其施工性能也能滿足現(xiàn)場施工需要；

（2）對已澆抗沖磨混凝土的表面平整度采用2m直尺進行了檢查，分順水流方向和垂直水流方向分別進行了多點檢查，合格率在98%以上，完全能滿足《水墊塘和二道壩混凝土施工技術(shù)要求（第A版）》第8.11.11條“過流面不允許有垂直升坎或跌坎。過流面不平整度控制在6mm以下，縱向坡度控制在1∶20以下，橫向坡度控制在1∶5以下。”規(guī)定的平整度要求。

（3）在抗沖磨混凝土施工過程中采取的一系列保溫保濕措施，如倉面噴霧、抹面后進行濕保溫被覆蓋、遮陽防雨以及混凝土初凝后的蓄水或流水養(yǎng)護，成功地防止了抗沖磨混凝土產(chǎn)生早期塑性開裂。

12 結(jié)束語

在施工過程中從混凝土配合比入手，充分考慮硅粉混凝土本身具有的特性，仔細研究施工環(huán)境條件和施工工藝流程，吸取已建類似工程經(jīng)驗，在實際施工中不斷改進和完善，系統(tǒng)性地解決了從混凝土配合比設(shè)計、混凝土拌和、到過流面表面不平整度處理、早期塑性干縮預(yù)防、后期收縮裂縫、溫度裂縫預(yù)防、雨季施工防雨等問題，形成了一整套能滿足設(shè)計要求的，較成熟、較完善的施工工藝、方法。既保證了混凝土施工質(zhì)量，又保證了施工進度，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。