渠道襯砌混凝土防裂施工技術(shù)

田小路

(中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司 北京 100000)

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程是一項(xiàng)跨流域、跨省市的特大型水利工程，南起湖北省丹江口水庫(kù)、北至北京市團(tuán)城湖，輸水總干渠全長(zhǎng)1275km。溫博段第一施工標(biāo)段位于河南省焦作市溫縣境內(nèi)全長(zhǎng)9160m，襯砌工程量為51728m3。渠道過水?dāng)嗝鏋樘菪?，?nèi)邊坡坡比為1∶2，設(shè)計(jì)縱坡1/29000，設(shè)計(jì)底寬為21m。渠道過水?dāng)嗝娌捎萌珨嗝娆F(xiàn)澆混凝土襯砌，混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)C20F150W6，襯砌厚度渠底厚8cm，渠坡厚10cm。襯砌底部?jī)蓚?cè)坡腳設(shè)寬0.3～0.5m、高0.3～0.9m的齒墻，渠道頂部設(shè)0.3m寬的封頂板。襯砌要求采用大型襯砌機(jī)進(jìn)行施工。

圖1 渠道襯砌結(jié)構(gòu)

2 難點(diǎn)分析

2.1 襯砌混凝土工程特點(diǎn)

渠道襯砌為超長(zhǎng)、超寬薄壁素混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土表面易失水開裂。

2.2 基層情況

渠道邊坡坡度較大，混凝土坍落度過大，振搗時(shí)混凝土料會(huì)塌落。坍落度過小，則無法振搗出漿。

2.3 混凝土澆筑時(shí)間

工程時(shí)間跨越夏、冬兩季，且長(zhǎng)時(shí)間外露，季節(jié)溫濕差變化較大。

2.4 技術(shù)要求

建設(shè)單位要求襯砌混凝土面層避免出現(xiàn)肉眼可見裂縫。

通過事先調(diào)查分析大面積薄壁混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的多種因素，本著預(yù)防為主的原則，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面、混凝土原料選擇、配合比設(shè)計(jì)、混凝土施工方法選擇、熱工計(jì)算、混凝土養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行考慮，制定了相應(yīng)的解決方案、方法。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中遵循“抗”與“放”相結(jié)合的原則，在渠道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置了伸縮縫、沉降縫和誘導(dǎo)縫。伸縮縫適應(yīng)徐變、收縮、溫度變化的膨脹需要。沉降縫適應(yīng)地基沉降、墊層壓實(shí)不均勻的需要。誘導(dǎo)縫主要用來控制裂縫的位置。所有這些連接縫對(duì)于防止或限制混凝土開裂都有重要的作用。

3.1 伸縮縫與沉降縫

橫縫垂直于渠道中心線，縱縫平行于渠道中心線。渠坡、渠底橫縫間距均為4m;渠坡、渠底縱縫間距為3～4m，最大不超過4m。渠坡縱橫縫及渠底橫縫按伸縮縫與沉降縫間隔布置的原則設(shè)置。渠底縱縫均為通縫，伸縮縫為通縫，沉降縫為半縫。通縫切割深度為混凝土板厚的0.9倍，半縫深度為混凝土板厚的0.5～0.75倍，縫寬均為2cm。

3.2 誘導(dǎo)縫

襯砌底部?jī)蓚?cè)坡腳設(shè)寬0.3～0.5m、高0.3～0.9m的齒墻，平面形狀突變而引起應(yīng)力集中，會(huì)在坡腳上產(chǎn)生裂縫。所以在坡腳以上45cm處設(shè)置誘導(dǎo)縫，誘導(dǎo)縫為半縫，寬1cm。人為劃定薄弱區(qū)，控制混凝土開裂的位置，從而防止在其他部位無序的開裂。

分縫填料上部采用雙組份聚硫密封膠，下部選用聚乙烯泡沫板填充。

4 混凝土原材料選取

為控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，本工程妥善選擇混凝土的組成材料和配合比，以使混凝土除符合設(shè)計(jì)和施工外，還具有良好的抗裂性能。

混凝土材料選擇包括水泥、細(xì)骨料、粗骨料、摻和料、外加劑等。本工程水泥采用巖鑫P.O 42.5級(jí)水泥;細(xì)骨料采用焦作本地產(chǎn)細(xì)度模數(shù)小于3.0的中砂;粗骨料選用焦作本地產(chǎn)5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石;摻和料采用洛陽(yáng)I級(jí)F類粉煤灰;外加劑選用北京聚羧酸系高效減水劑;不摻加任何類型微膨脹劑。

5 混凝土配合比設(shè)計(jì)

5.1 設(shè)計(jì)原則

按照設(shè)計(jì)要求及季節(jié)施工和本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過多方案比較，在強(qiáng)度及抗?jié)B要求允許的條件下，優(yōu)選出低收縮、低水化熱、易于施工、經(jīng)濟(jì)合理的混凝土配合比方案。

5.2 最終配合比

根據(jù)原材料設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算和試配驗(yàn)證，確定以下設(shè)計(jì)配合比(見下表)。

C20F150W6混凝土配合比

5.3 控制要點(diǎn)

5.3.1 堿含量控制

為了有效預(yù)防混凝土工程堿集料反應(yīng)，本工程需要進(jìn)行混凝土的堿集料分析及堿含量控制評(píng)估。據(jù)理論計(jì)算及實(shí)物檢測(cè)，堿含量滿足要求?；炷林锌倝A含量不大于2.5kg/m3。

5.3.2 溫度控制

高溫季節(jié)施工可增加骨料堆高，通過在骨料場(chǎng)搭設(shè)防曬遮陽(yáng)棚、骨料表面灑水降溫等措施降低混凝土原材料的溫度，并合理安排澆筑時(shí)間。為使混凝土入模溫度小于28℃，需采取加冰降溫措施，每立方米加冰量根據(jù)砂石含水率及材料實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行變化?；炷脸鰴C(jī)溫度和加冰量的計(jì)算見公式(1)和公式(2)。

式中符號(hào)意義詳見參考文獻(xiàn)［2］。

5.3.3 坍落度控制

坍落度越大，對(duì)混凝土澆筑就越不利;根據(jù)理論，經(jīng)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定澆筑坍落度控制在50～70mm。

6 施工控制

施工階段是防止混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的重要時(shí)期，在結(jié)構(gòu)施工階段應(yīng)盡可能采取有效的施工技術(shù)措施以控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，這是很重要的關(guān)鍵性階段。

6.1 襯砌機(jī)改進(jìn)

本工程利用山東省蒙陰縣市政建安處制造的PHB—23000襯砌機(jī)自動(dòng)布料、攤鋪、振搗、碾實(shí)，再經(jīng)人工操作磨盤進(jìn)行混凝土表面磨光。根據(jù)目前的操作工藝，進(jìn)行了邊坡混凝土襯砌試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該襯砌機(jī)在振搗工藝上存在不足，影響混凝土襯砌質(zhì)量。齒槽和水平壓頂部位混凝土必須人工鋪料，齒槽以上1m范圍內(nèi)的坡面混凝土澆筑坯為襯砌機(jī)振搗的盲區(qū)，齒槽振搗的同時(shí)，盲區(qū)內(nèi)澆筑坯受其影響下沉，故混凝土振搗不充分、不泛漿，混凝土密實(shí)度、強(qiáng)度難以保證，也給下道壓光抹面工序增加了難度。針對(duì)PHB—23000襯砌機(jī)存在的不足，對(duì)襯砌機(jī)作了以下改進(jìn)，經(jīng)檢測(cè)，混凝土質(zhì)量得到有效保證:在齒槽處增設(shè)2.0kW平板振搗器1個(gè)，以加強(qiáng)振搗。坡腳處分兩次布料、振搗。振搗順序由下往上。將盲區(qū)振搗完畢后，翻漿機(jī)再對(duì)混凝土面進(jìn)行整平。對(duì)坡肩及坡腳的折線部分，以靠尺定型，以使折角整齊，外形美觀。

圖2 渠道襯砌機(jī)施工

6.2 混凝土拌和及運(yùn)輸

按照相應(yīng)規(guī)范控制原材料質(zhì)量，特別對(duì)粗骨料超徑指標(biāo)嚴(yán)格控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，混凝土拌和物從卸料入襯砌機(jī)到初凝控制在2h左右。由于渠道邊坡坡度較大，混凝土坍落度宜控制在50～70mm，振搗時(shí)混凝土拌和物不下淌且易出漿。夏季與冬季施工時(shí)，可根據(jù)氣溫變化，經(jīng)試驗(yàn)適當(dāng)增大和減小坍落度，以便施工。坍落度的變化對(duì)襯砌施工和混凝土質(zhì)量影響較大，澆筑過程中應(yīng)隨時(shí)觀察坍落度變化，及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

攪拌車運(yùn)輸混凝土過程中，采取措施防止骨料離析，盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間及轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，因故停歇過久，混凝土已初凝或已失去塑性，作廢料處理。

6.3 混凝土布料

布料前用噴霧器對(duì)復(fù)合土工膜噴水霧，保證混凝土與土工膜結(jié)合良好。布料應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，勻速行進(jìn)，以保證混凝土澆筑的連續(xù)性。螺旋平料時(shí)，料位的正常高度控制在螺旋布料葉片最高點(diǎn)以下，平料后料面應(yīng)高于渠道混凝土設(shè)計(jì)頂面1～2cm，以保證振搗后混凝土厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

6.4 混凝土振搗

振搗系統(tǒng)是布料機(jī)自身安裝的振動(dòng)器。布料機(jī)行走前，開動(dòng)振動(dòng)電機(jī)使振動(dòng)器在混凝土中振動(dòng)30s，而后邊振邊走，使混凝土的密實(shí)度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)布料2～3m時(shí)，開動(dòng)翻漿整平機(jī)，開始二次振搗、提漿、整平。振搗遍數(shù)以澆筑坯混凝土泛漿為準(zhǔn)，一般為兩遍。由于襯砌機(jī)對(duì)上部水平壓頂、模板附近、渠底齒槽等部位缺少振搗，因此需人工用插入式振搗器進(jìn)行振搗。

6.5 混凝土抹面、壓光

壓光收面是保證渠道混凝土襯砌光潔、不起砂、不裂縫的必要工序。抹面采用抹光機(jī)從下向上抹，共3遍，抹面時(shí)每幅搭接寬度為抹盤直徑的1/3。為消除機(jī)械抹面中的缺陷，人工采用鋼抹子抹面2～3遍，在混凝土初凝前完成壓光，人工操作平臺(tái)采用桁架焊接。必須使用混凝土原漿抹面，防止補(bǔ)漿抹面造成混凝土起皮，影響混凝土質(zhì)量。另外由于磨盤磨損較快，應(yīng)及時(shí)檢查磨盤的完好程度，保證抹面的平整度。

6.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

一般在混凝土收面后約8～12h即開始養(yǎng)護(hù)，先在混凝土表面上均勻?yàn)⑸弦粚铀儆猛凉つじ采w在上面，搭接部位應(yīng)重疊10～20cm，用磚石或方木將彩料布?jí)汉?。設(shè)專人定時(shí)檢查補(bǔ)充水分，保持濕養(yǎng)14天后覆蓋養(yǎng)護(hù)至28天。當(dāng)日平均氣溫低于0℃時(shí)，土工膜上必須加蓋草簾，加以保溫以防混凝土受凍。平均氣溫低于5℃時(shí)，不得灑水。

6.7 伸縮縫施工

當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到1～5MPa時(shí)進(jìn)行切縫，此時(shí)混凝土強(qiáng)度不高，既便于切縫機(jī)操作，又可保證混凝土切縫面規(guī)則，根據(jù)回彈儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，混凝土收面后1～2天開始切縫。

7 結(jié)語(yǔ)

裂縫產(chǎn)生的因素是多方面的，只有把各種因素綜合考慮加以控制，同時(shí)認(rèn)真執(zhí)行施工技術(shù)規(guī)范及規(guī)程，嚴(yán)格掌握材料標(biāo)準(zhǔn)及配合比，按照技術(shù)要求進(jìn)行操作和養(yǎng)護(hù)，確?；炷临|(zhì)量，確?；炷恋目沽褟?qiáng)度，才能真正避免或減少混凝土裂縫的發(fā)生。工程中通過對(duì)混凝土裂縫采取了針對(duì)性的預(yù)防措施，以及對(duì)渠道襯砌機(jī)的試驗(yàn)與改進(jìn)，總結(jié)形成了較為有效的施工工藝和可靠的施工參數(shù)，對(duì)后續(xù)的施工起到了指導(dǎo)作用。同時(shí)，通過對(duì)施工的質(zhì)量控制，使渠道混凝土襯砌質(zhì)量得到保證，為以后的渠道混凝土施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

1 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

2 趙志縉，葉可明，吳君侯.高層建筑施工手冊(cè)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

3 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局.南水北調(diào)中線干線工程渠道混凝土襯砌施工操作指南［S］.