南水北調(diào)工程薄壁混凝土質(zhì)量缺陷成因分析及處理

閆為國，張 彬，謝小琴

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

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南水北調(diào)工程薄壁混凝土質(zhì)量缺陷成因分析及處理

閆為國，張 彬，謝小琴

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

本文以南水北調(diào)元氏II段工程渠道薄壁混凝土為例，通過分析渠道襯砌混凝土質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，制定了處理措施，缺陷處理效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為類似工程的質(zhì)量缺陷預(yù)防處理積累了經(jīng)驗(yàn)。

薄壁混凝土 質(zhì)量缺陷 成因分析 處理措施 南水北調(diào)工程

1 概述

南水北調(diào)元氏II段工程位于河北省元氏縣境內(nèi)，渠道采用明渠自流輸水方案，梯形過水?dāng)嗝?。渠道過水?dāng)嗝孢吰孪禂?shù)為2.0～2.5，外坡為1.75～2.0，渠道縱坡為1/30000，設(shè)計(jì)水深6.0m。全渠段采用混凝土襯砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm，混凝土等級為C20W6F150。襯砌縱、橫縫間距均取4m，采用襯砌機(jī)施工橫縫每隔4m設(shè)一道半縫，每隔8m設(shè)一道通縫；所有縱、橫縫上部2cm采用聚硫密封膠填縫，下部用聚乙烯泡沫板填充。全渠段采用復(fù)合土工膜防滲，在渠底及渠坡防滲復(fù)合土工膜下均鋪設(shè)保溫板防凍層。

為保證工程質(zhì)量，對2011年6月至2014年6月期間渠道襯砌混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場自查和聯(lián)合排查，發(fā)現(xiàn)渠道襯砌混凝土質(zhì)量缺陷主要有裂縫、凍融剝蝕、錯(cuò)臺及表面不平整等，為南水北調(diào)工程渠道襯砌混凝土質(zhì)量缺陷中的主要缺陷。具體缺陷統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 渠道襯砌混凝土質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)

通過表1可以明顯看出，渠道襯砌混凝土施工質(zhì)量缺陷中裂縫最多，其次為凍融剝蝕。這兩大類質(zhì)量缺陷為本標(biāo)段質(zhì)量缺陷處理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 渠道襯砌混凝土質(zhì)量缺陷成因分析

針對本標(biāo)段渠道襯砌混凝土出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，根據(jù)施工時(shí)段、施工天氣、施工方式等有關(guān)施工資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對其產(chǎn)生的原因分別進(jìn)行了討論分析。

2.1 裂縫產(chǎn)生的原因分析

(1)混凝土由于受自身及外部介質(zhì)環(huán)境的影響，在溫度、濕度變化和周邊、基礎(chǔ)約束的作用下，會產(chǎn)生很大的約束力，產(chǎn)生約束裂縫；

(2)混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同，混凝土受天氣條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫；

(3)混凝土基面或墊層壓實(shí)不均勻，渠道填方預(yù)沉降不夠，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；

(4)風(fēng)、高溫導(dǎo)致混凝土面板開裂。

2.2 凍融剝蝕產(chǎn)生的原因

(1)混凝土過振容易引起混凝土離析、泌水、粉煤灰漿體被過多提到表層等現(xiàn)象，造成工程質(zhì)量隱患，致混凝土實(shí)際含氣量偏小，影響混凝土抗凍融能力；

(2)混凝土澆筑成型后保溫防護(hù)未到位，混凝土在達(dá)臨界值之前受凍，致使其表層強(qiáng)度偏低；

(3)混凝土澆筑后收面時(shí)機(jī)欠佳。收面過早，混凝土表面會析出水分，水分蒸發(fā)后留下許多空洞，影響表層砂漿強(qiáng)度。收面過晚，使已形成的混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生擾動(dòng)，對混凝土抗凍能力產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致混凝土抗凍融較差；

(4)混凝土表面泌水、雨季施工未及時(shí)覆蓋導(dǎo)致表面積水或欠振，以及初凝后抹面導(dǎo)致表面收光困難時(shí)，工人隨意撒水泥灰處理或在混凝土面層隨意灑水，過水沖刷或經(jīng)受凍融循環(huán)后很容易出現(xiàn)整體脫殼、起皮、剝離破壞。

2.3 錯(cuò)臺產(chǎn)生的原因

由于施工過程中對坡腳高程控制不嚴(yán)，造成坡腳部位與相鄰底板混凝土出現(xiàn)明顯錯(cuò)臺。

2.4 表面不平整產(chǎn)生的原因

一是由于天氣轉(zhuǎn)熱，加之混凝土收面工序要求較高，造成個(gè)別部位的混凝土終凝時(shí)也未能及時(shí)完成收面；二是天氣多變，大風(fēng)、陣雨較多，有時(shí)采集的天氣預(yù)報(bào)有誤，造成正在施工的渠道襯砌混凝土表面?zhèn)€別部位被陣雨沖刷。

3 處理方案

根據(jù)不同類型的質(zhì)量缺陷，分別制定處理方案，確保對每類質(zhì)量缺陷的處理具有針對性。

3.1 裂縫

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選定具有代表性的部位進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)總結(jié)的參數(shù)指導(dǎo)后續(xù)施工。

按照縫寬分類進(jìn)行處理，對縫寬≥0.4mm的渠道裂縫，采用聚硫密封膠嵌縫處理；對縫寬<0.4mm且襯砌混凝土板無位移的渠道裂縫采用微細(xì)裂縫封閉膏進(jìn)行處理。

3.2 凍融剝蝕

首先對渠道襯砌混凝土表面進(jìn)行仔細(xì)排查，對出現(xiàn)凍融剝蝕的部位標(biāo)明記號，然后用回彈儀測定強(qiáng)度，判定其強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求；最后針對不同問題分類進(jìn)行處理。具體處理方法如下：

(1)對強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的部位，使用鋼絲刷去除混凝土表面浮灰、水泥浮漿等，清理至混凝土密實(shí)面后鉆芯測量厚度，若總厚度不小于設(shè)計(jì)厚度時(shí)，采用磨光機(jī)進(jìn)行表層磨光處理；

(2)對強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求且取芯厚度小于設(shè)計(jì)厚度的部位，使用電風(fēng)鎬或銑刨機(jī)鑿毛，視凍蝕深度采用高一級別的丙乳砂漿或細(xì)石混凝土進(jìn)行處理，使渠道底板結(jié)構(gòu)混凝土面順接。

(3)對強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求或受凍脹抬動(dòng)達(dá)1cm以上且有多處裂縫的部位，拆除原襯砌混凝土，重新澆筑。

3.3 錯(cuò)臺

(1)首先仔細(xì)排查渠道襯砌混凝土表面，對出現(xiàn)質(zhì)量問題的部位標(biāo)明記號，然后針對不同問題分類處理；

(2)在錯(cuò)臺部位將低于設(shè)計(jì)高程的混凝土進(jìn)行鑿毛，采用比原混凝土強(qiáng)度高一等級的細(xì)石混凝土澆筑搗實(shí)，人工收面，使渠道底板結(jié)構(gòu)混凝土面順接。

3.4 表面不平整

對于表面不平整的渠道混凝土，先鑿除其有缺陷的偏薄部位及麻面部位，鑿除深度5mm以上，采用丙乳砂漿抹平。對于混凝土表面不平整的超厚部位，按1∶15～1∶30斜面采用角磨機(jī)進(jìn)行打磨。

4 處理過程

4.1 裂縫處理

4.1.1 縫寬≥0.4mm的渠道裂縫處理

4.1.1.1 清縫及基面處理

(1)采用手提式無齒鋸沿裂縫方向開成寬10mm、深20mm的“U”形槽溝；

(2)用手提磨光機(jī)將接縫壁兩側(cè)的凸凹不平的水泥砂漿、粘浮物打磨干凈，把縫壁兩側(cè)粘膠基面的蜂窩麻面打磨平整；

(3)用手提吹風(fēng)機(jī)和毛刷分別將縫內(nèi)的雜物灰塵清除干凈，使粘膠基面保持干燥清潔；

(4)按設(shè)計(jì)深度用毛刷均勻地將底料涂刷于縫壁兩側(cè)的粘膠基面上；

(5)清理完成后，距縫邊緣為5mm處貼上50mm寬的膠帶，以防施工中多余的聚硫膠把其余混凝土表面弄臟；

4.1.1.2 密封膠配制工藝

(1)雙組份聚硫密封膠A組份(灰色基膏)，B組份(白色固化劑)，配比A∶B=10∶1；

(2)配制工藝。將主劑(A組份)倒入攪拌容器內(nèi)后放入固化劑(B組份)并開始攪拌。電動(dòng)攪拌器先啟動(dòng)低速開關(guān)，自上而下攪拌3min后，再啟動(dòng)中高速開關(guān)攪拌5min左右，至膠料顏色均勻一致。

4.1.1.3 裝槍施工

(1)將裝槍器中帶有出膠孔和推力桿的壓膠盤置入包裝桶內(nèi)或置入活塞桶中攪拌好的膠面上；

(2)取下注膠槍前后螺蓋，槍口對準(zhǔn)壓盤出膠口，手推槍管和推力桿，用力下行，此時(shí)密封膠上行進(jìn)入槍管，管內(nèi)空氣順槍管后孔排出，灌滿為止。將裝滿膠的槍管前、后螺蓋裝上，在裝前螺蓋的同時(shí)裝上與變形縫寬窄相適應(yīng)的槍嘴。

4.1.1.4 涂膠工藝

(1)先用毛刷在變形縫兩側(cè)均勻地刷涂層底涂料，20min～30min后用刮刀向涂膠面上涂3mm～5mm的密封膠，并反復(fù)擠壓，使密封膠與被粘結(jié)界面更好地侵潤；

(2)將槍嘴插入待密封的變形縫內(nèi)，按設(shè)計(jì)深度均勻密實(shí)地將密封膠注入變形縫內(nèi)，然后用帶弧度的專用整形工具進(jìn)行刮壓整形。整形后的縫面呈月牙形，固化后的膠體表面光滑平整無氣泡，膠體內(nèi)部密實(shí)無斷頭并粘結(jié)牢固，無脫膠開膠斷裂、滲水現(xiàn)象。

4.1.1.5 養(yǎng)護(hù)

灌膠完成后10d內(nèi)對膠體進(jìn)行保護(hù)，不得有人為踩踏、過車及其他破壞行為。

4.1.2 縫寬<0.4mm且襯砌混凝土板無位移的渠道裂縫處理

4.1.2.1 清縫及基面處理。清縫及基面處理方法同4.1.1.1。

4.1.2.2 配制工藝。按甲∶乙=2∶1進(jìn)行配合并攪拌均勻，靜置5min，再攪拌一次開始使用，配置控制在500g以內(nèi)。

4.1.2.3 涂抹方法。采用膩?zhàn)拥秾⑴浜玫牟牧贤抗斡诹芽p表面、縫兩側(cè)各寬1cm，抹平壓實(shí)，涂抹厚度2mm，確保厚度均勻。

4.1.2.4 防護(hù)。封閉膏表干時(shí)間24h，達(dá)到最終強(qiáng)度為14d。

4.2 凍融剝蝕處理

4.2.1 對于磨光處理的部位，開磨前進(jìn)行試磨。首先選塊進(jìn)行處理，調(diào)整好各道工序后，再逐塊處理。采用水磨石機(jī)進(jìn)行磨光，至表面平整光滑，局部用角磨機(jī)磨平。

4.2.2 丙乳砂漿(細(xì)石混凝土)修補(bǔ)處理

4.2.2.1 混凝土鑿毛。采用電風(fēng)鎬或銑刨機(jī)鑿毛，鑿毛深度以混凝土密實(shí)面外露為準(zhǔn)，再用水沖洗并浸透基面，待基面表干后，在混凝土結(jié)合面涂刷界面劑。

4.2.2.2 丙乳砂漿或細(xì)石混凝土拌制。首先把所用材料采用電子磅稱量，現(xiàn)場按比例摻拌，然后再逐步加入丙乳進(jìn)行攪拌，直至攪拌均勻。

4.2.2.3 抹面。砂漿涂抹前均勻涂刷界面劑，首次涂抹采用人工抹子找平。待達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)進(jìn)行第二次收面，人工抹平壓光。細(xì)石混凝土采用人工布料，混凝土面先用2m～4m刮杠粗平后，根據(jù)混凝土面的軟硬程度，采用木抹子抹面壓漿，同時(shí)壓光收面，并及時(shí)采用靠尺檢測，確保出面光滑平整。

4.2.2.4 配合比。丙乳砂漿配合比見表2，細(xì)石混凝土配合比見表3。

表2 丙乳砂漿配合比

注：聚合物(丙乳)凈漿配合比為聚合物(丙乳)∶水泥=1∶2

表3 細(xì)石混凝土配合比

注：為滿足外觀顏色的一致性，把水泥按照黑水泥∶白水泥=5∶1的比例進(jìn)行摻配。

4.2.2.5 養(yǎng)護(hù)。處理面待達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.2.3 混凝土重新澆筑

4.2.3.1 混凝土拆除。以渠道襯砌結(jié)構(gòu)縫為界，采用電動(dòng)沖擊鉆從周邊范圍的混凝土逐步進(jìn)行鑿除。鑿除時(shí)安排專人負(fù)責(zé)，做好保溫板及土工膜的保護(hù)工作，防止擾動(dòng)下部基礎(chǔ)，盡量避免破壞下部土工膜及保溫板，及時(shí)清理鑿除的混凝土。

4.2.3.2 土工膜及保溫板的修補(bǔ)。清理工作完成后，對破壞的土工膜及保溫板進(jìn)行修補(bǔ)。土工膜修補(bǔ)時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，采用專用粘結(jié)劑粘接。

4.2.3.3 混凝土澆筑。人工采用溜槽的形式進(jìn)行布料，混凝土攪拌車的出料口和溜槽的頂部集料口對準(zhǔn)下料，經(jīng)過溜槽將混凝土輸送到渠底，渠坡兩側(cè)安排人工鐵鍬輔助，再由人工推膠輪車接料將混凝土推到澆筑面。人工攤鋪整平后，采用振搗棒、手提平板振動(dòng)器進(jìn)行整平振搗。

4.2.3.4 混凝土收面、壓光。混凝土面先用2m～4m刮杠粗平后，根據(jù)混凝土面的軟硬程度，采用木抹子抹面壓漿，再用鋼抹子壓光收面，并及時(shí)采用靠尺檢測，確保出面光滑平整。

4.2.3.5 養(yǎng)護(hù)。混凝土待達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.3 錯(cuò)臺處理

4.3.1 先采用電動(dòng)沖擊鉆對底板低的部位混凝土進(jìn)行鑿毛，局部人工鑿毛；然后采用高壓水沖洗，及時(shí)清除松動(dòng)石子和積水。

4.3.2 對鑿毛范圍內(nèi)的混凝土面，采用比原混凝土強(qiáng)度高一等級的細(xì)石混凝土修補(bǔ)。混凝土澆筑前涂刷界面劑，保證與原混凝土結(jié)合良好。結(jié)構(gòu)縫處安裝閉孔泡沫板，混凝土澆筑采用φ30mm小型振搗棒或平板振搗器及鋼釬進(jìn)行人工振搗，確?；炷撩軐?shí)。修補(bǔ)混凝土標(biāo)號為C30W6F150，1m3材料配合比見表4。

表4 細(xì)石混凝土配合比

4.3.3 待混凝土達(dá)到終凝后灑水，采用塑料薄膜和土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不得少于28d。 4.4 表面不平整處理

4.4.1 混凝土鑿除。先采用銑刨機(jī)或小型電錘鑿除缺陷范圍的混凝土，鑿除深度5mm以上，再采用高壓水沖洗混凝土面，清除松動(dòng)石子和積水；然后在砂漿抹面前涂刷丙乳水泥漿界面劑。

4.4.2 拌制丙乳砂漿。首先把所用材料采用電子磅稱量，在選用攪拌桶內(nèi)依次加入水泥、聚丙烯纖維和砂子，采用電動(dòng)沖擊鉆(轉(zhuǎn)頭經(jīng)改制后的)均勻攪拌，然后再逐步加入丙乳攪拌，直至攪拌均勻。

4.4.3 抹面

砂漿涂抹前涂刷丙乳水泥漿界面劑，保證與原混凝土結(jié)合良好。首次涂抹采用人工抹子用力找平，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)進(jìn)行第二次收面，人工抹平壓光，抹刀盡量向一方進(jìn)行。

4.4.4 配合比(見表5)

表5 丙乳砂漿配合比

4.4.5 拆模養(yǎng)護(hù)。處理面待達(dá)到一定強(qiáng)度灑水后，及時(shí)采用塑料薄膜、土工布覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不得少于28d。

5 結(jié)語

根據(jù)質(zhì)量缺陷處理程序，通過對渠道混凝土質(zhì)量缺陷的檢查分析，分別制定了缺陷處理方案，經(jīng)過分類處理、驗(yàn)收及備案，質(zhì)量缺陷處理結(jié)果合格，保證了質(zhì)量缺陷處理質(zhì)量，為以后薄板混凝土質(zhì)量缺陷預(yù)防及處理積累了有效的經(jīng)驗(yàn)。

張 彬(1979-)，男，甘肅榆中人，工程師，中國水利水電第五工程局有限公司南水北調(diào)中線工程元氏II段工程項(xiàng)目部經(jīng)理部項(xiàng)目總工，從事水電工程技術(shù)管理工作；

謝小琴(1982-)，女，甘肅天水人，工程師，中國水利水電第五工程局有限公司南水北調(diào)中線工程元氏II段工程項(xiàng)目部經(jīng)理部高級主管，從事水電工程技術(shù)管理工作。

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2095-1809(2015)03-0014-04

閆為國(1983-)，男，甘肅天水人，工程師，中國水利水電第五工程局有限公司南水北調(diào)中線工程元氏II段工程項(xiàng)目部經(jīng)理部項(xiàng)目副總工，從事水電工程技術(shù)管理工作；