水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及應(yīng)用

李上艷 廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司

水工建筑所處環(huán)境條件復(fù)雜，在運(yùn)行使用中受到水流沖刷、外部環(huán)境侵蝕等諸多因素影響，影響建筑結(jié)構(gòu)性能，并且常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、滲漏水、變形等質(zhì)量通病，降低了水工建筑的使用功能。與此同時(shí)，現(xiàn)代水利工程對(duì)水工建筑物結(jié)構(gòu)性能及施工質(zhì)量提出了更高要求，在施工期間必須加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工的嚴(yán)格控制，延長(zhǎng)水工建筑實(shí)際使用壽命，預(yù)防質(zhì)量通病出現(xiàn)，保證水工建筑能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行。

1.水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

1.1 溫度要求嚴(yán)格

在現(xiàn)代水利工程中，水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大，普遍采取大體積混凝土技術(shù)，有著內(nèi)外溫差大、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度敏感的技術(shù)特點(diǎn)，如果工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氣溫過高、過低且未采取相應(yīng)溫控措施，混凝土結(jié)構(gòu)性能與成型質(zhì)量易受到現(xiàn)場(chǎng)溫度影響，由此引發(fā)混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、混凝土開裂等一系列施工問題的出現(xiàn)。例如，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度低于5℃的情況下，在低溫情況下影響混凝土水化反應(yīng)，延緩混凝土強(qiáng)度提高速度，嚴(yán)重時(shí)造成停止水化反應(yīng)、混凝土強(qiáng)度無法繼續(xù)提升的后果。此外，水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)自身溫度也較為敏感，對(duì)養(yǎng)護(hù)溫度、入模溫度和內(nèi)表溫差有著嚴(yán)格要求。以內(nèi)表溫差為例，在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，大體積混凝土有著表面系數(shù)小、水化熱釋放集中的工藝缺陷，混凝土內(nèi)部溫升速度遠(yuǎn)高于表面，如果未采取循環(huán)冷卻、表面蓄水等養(yǎng)護(hù)手段，混凝土內(nèi)表溫差有可能超過25℃，在內(nèi)部產(chǎn)生遠(yuǎn)超過混凝土抗拉強(qiáng)度的溫度應(yīng)力，最終形成溫度裂縫。

1.2 施工周期長(zhǎng)

相比于其他類型建設(shè)工程，水利工程的施工周期較長(zhǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中時(shí)常出現(xiàn)暴雨、強(qiáng)風(fēng)、高溫等惡劣天氣，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氣溫隨著時(shí)間推移發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致常規(guī)施工方案缺乏可行性，因缺乏采取相關(guān)應(yīng)對(duì)措施而出現(xiàn)混凝土開裂、混凝土凍害等施工問題。因此，必須在水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工期間編制應(yīng)對(duì)各類復(fù)雜天氣的專項(xiàng)施工方案，如混凝土冬季養(yǎng)護(hù)方案、夏季養(yǎng)護(hù)方案等。

2.水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 混凝土制備

在混凝土制備環(huán)節(jié)，施工人員重點(diǎn)掌握材料選材、配合比設(shè)計(jì)、材料預(yù)處理、混凝土攪拌四方面的技術(shù)操作要點(diǎn)，具體如下。

（1）材料選材。根據(jù)施工要求與工程實(shí)際情況來選擇原材料種類，一般情況下，選擇中砂作為細(xì)骨料、連續(xù)級(jí)配碎石作為粗骨料、低水化熱硅酸鹽水泥作為原材料即可，如果對(duì)混凝土泌水量、初凝與終凝時(shí)間有著特殊要求，還可以在攪拌期間摻入緩凝劑、減水劑等外加劑。

（2）配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)施工要求制定配合比方案，明確水泥、粗細(xì)骨料等原材料的用量比例，開展混凝土試拌作業(yè)，對(duì)樣品性能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比檢測(cè)結(jié)果與混凝土指標(biāo)要求，重點(diǎn)檢查混凝土強(qiáng)度、耐久性、和易性與坍落度是否達(dá)標(biāo)。隨后，根據(jù)樣品檢測(cè)報(bào)告來調(diào)整配合比方案，如在試拌混凝土坍落度不達(dá)標(biāo)時(shí)，可以在方案中設(shè)置減水劑或增加減水劑用量。

（3）材料預(yù)處理。對(duì)所準(zhǔn)備原材料的規(guī)格種類與質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，退回潮濕結(jié)塊水泥、粒徑超標(biāo)粗細(xì)骨料等質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的原材料。隨后，篩除原材料中夾雜的腐殖土、枯枝樹葉等雜質(zhì)，并對(duì)原材料的含水率進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)含水率偏低材料進(jìn)行灑水潤(rùn)濕處理，對(duì)含水率超標(biāo)材料進(jìn)行和翻曬晾干處理。同時(shí)，為控制混凝土入模溫度，在寒冷冬季、炎熱夏季等特殊天氣時(shí)，還需要對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)熱或是冷卻降溫處理。

（4）混凝土攪拌。使用電子計(jì)量裝置對(duì)水泥、骨料等原材料用量進(jìn)行稱重，確保用料誤差小于1%。隨后，作業(yè)人員按順序在攪拌倉內(nèi)倒入水泥等原材料，加水持續(xù)攪拌一段時(shí)間，根據(jù)攪拌形式、混凝土體積來設(shè)定攪拌時(shí)間，如在攪拌體積超過30L混凝土?xí)r，把持續(xù)攪拌時(shí)間設(shè)定為4-5min。最后，對(duì)所攪拌混凝土的坍落度和溫度進(jìn)行檢查，確定無誤后，迅速將混凝土裝入罐車運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)，在限定時(shí)間內(nèi)完成混凝土澆筑作業(yè)，如果混凝土存放時(shí)間過長(zhǎng)，各項(xiàng)性能都會(huì)出現(xiàn)一定幅度的下降。

2.2 混凝土澆筑

在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，施工人員重點(diǎn)掌握分層分段澆筑、連續(xù)性澆筑、澆筑高度三方面的技術(shù)操作要點(diǎn)，具體如下。

（1）分層分段澆筑。考慮到水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的幾何尺寸較大，在一次性完成澆筑、振搗作業(yè)時(shí)，底部混凝土振搗效果并不理想，易形成結(jié)構(gòu)缺陷。因此，需要采取分層澆筑或是分段澆筑方式。分層澆筑是把混凝土結(jié)構(gòu)水平分割為若干澆筑層，泵送混凝土?xí)r的單層厚度不得超過0.5m，非泵送混凝土?xí)r的單層厚度不得超過0.3m。分段澆筑是把混凝土結(jié)構(gòu)豎向分割為若干節(jié)段，各段混凝土厚度控制在1.5-2m以內(nèi)，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)橫截面積來確定分段數(shù)量。

（2）連續(xù)性澆筑。各層/各段混凝土澆筑時(shí)間不一致，如果前后層/段混凝土澆筑間隔時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)因混凝土提前初凝而形成施工冷縫，嚴(yán)重破壞水工建筑結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能與承載性能。因而，需要連續(xù)性完成水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆作業(yè)，在下層混凝土初凝前，完成上層混凝土澆筑振搗作業(yè)，使得各段/層混凝土一體成型。同時(shí)，也可以在混凝土中摻入適量緩凝劑來延緩混凝土初凝時(shí)間，避免因混凝土澆筑作業(yè)開展不及時(shí)而形成結(jié)構(gòu)裂縫。

（3）澆筑高度。為預(yù)防混凝土離析現(xiàn)象出現(xiàn)，施工人員提前在模板底部鋪設(shè)一層厚度在5cm左右的底漿，按照從低到高順序開展?jié)仓鳂I(yè)，把混凝土澆筑高度控制在2.0m以內(nèi)。同時(shí)，在無法調(diào)整混凝土澆筑高度的情況下，則需要在澆筑區(qū)域額外設(shè)置串筒、斜槽等裝置，避免混凝土自由傾落。

2.3 混凝土振搗

在混凝土振搗環(huán)節(jié)，要求施工人員掌握振搗方式、振搗間距、二次振搗、二次抹壓四方面的技術(shù)操作要點(diǎn)，具體如下。

（1）振搗方式。施工人員應(yīng)遵循“快插慢拔”原則，將振搗棒以垂直狀態(tài)插入混凝土中攪拌，留振25s左右，在混凝土表面無顯著沉陷現(xiàn)象和冒出氣泡后，緩慢拔出振搗棒，重復(fù)上述操作完成剩余點(diǎn)位的振搗作業(yè)，并把相鄰振搗點(diǎn)間距控制在0.3-0.5m左右。同時(shí)，在采取分層澆筑工藝時(shí)，當(dāng)開展上層混凝土振搗作業(yè)時(shí)，必須把振搗棒完全穿透上層混凝土，底部插至下層混凝土表面5cm處進(jìn)行振搗。

（2）振搗間距。為預(yù)防混凝土變形、模板破損、預(yù)埋鋼筋偏位等問題出現(xiàn)，應(yīng)綜合分析模板尺寸、鋼筋預(yù)埋位置等因素來確定振搗點(diǎn)位和振搗棒插入深度，保持振搗棒與模板避壁面、預(yù)埋鋼筋的安全間距。

（3）二次振搗。為改善混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)與提高強(qiáng)度，在混凝土臨近初凝時(shí)重復(fù)開展振搗作業(yè)，一般情況下在混凝土初凝前1h進(jìn)行二次振搗即可，這時(shí)的振搗效果最為理想。同時(shí)，根據(jù)混凝土溫度與現(xiàn)場(chǎng)氣溫來調(diào)整二次振搗時(shí)間，如在現(xiàn)場(chǎng)氣溫較高時(shí)，提前進(jìn)行振搗。

（4）二次抹面。在早期水利工程中，僅在混凝土初振完畢后開展一次抹面作業(yè)，在混凝土凝結(jié)硬化期間，受到溫度應(yīng)力、自身收縮等因素影響，容易在表面形成細(xì)微裂縫和有害裂縫。因此，需要在混凝土初凝后、臨近終凝時(shí)間段內(nèi)額外開展抹面作業(yè)，施工人員使用滾筒反復(fù)抹壓混凝土表面來消除裂縫。

2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)期間要重點(diǎn)掌握保濕養(yǎng)護(hù)、保溫養(yǎng)護(hù)兩方面的操作要點(diǎn)。其中，在保濕養(yǎng)護(hù)方面，以預(yù)防干縮裂縫形成、充分進(jìn)行水化反應(yīng)為目的，采取自然養(yǎng)護(hù)、蓄水養(yǎng)護(hù)、灑水養(yǎng)護(hù)等方法，始終維持混凝土表面濕潤(rùn)狀態(tài)。以灑水養(yǎng)護(hù)法為例，在混凝土表面覆蓋保濕材料，定期在表面淋水，根據(jù)養(yǎng)護(hù)環(huán)境空氣濕度、混凝土水分蒸發(fā)速度來調(diào)節(jié)淋水頻率與單次淋水量。而在保溫養(yǎng)護(hù)方面，在養(yǎng)護(hù)區(qū)域和混凝土內(nèi)部設(shè)置感溫觸頭，定期測(cè)量混凝土內(nèi)表溫度與外界氣溫，如果外界氣溫過低過高，或是混凝土內(nèi)表溫差臨近限值，則采取表面蓄存熱水、內(nèi)部管路循環(huán)流通冷卻水、蒸汽養(yǎng)護(hù)等方法。

3.水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工控制策略

3.1 裂縫控制

裂縫是水工建筑混凝土施工期間最為常見的一類質(zhì)量通病，嚴(yán)重影響到建筑物使用壽命、結(jié)構(gòu)完好性與混凝土觀感質(zhì)量，并由此引發(fā)內(nèi)部鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)滲漏水等一系列問題出現(xiàn)。因此，施工單位必須深入了解混凝土結(jié)構(gòu)開裂問題的形成原因，包括水泥水化熱、外界氣溫變化、混凝土自收縮等，根據(jù)問題成因采取相應(yīng)防治處理措施，做到對(duì)癥下藥。

（1）水泥水化熱。如果混凝土硬化成型期間在內(nèi)部釋放過多熱量，由于表面系數(shù)較小，表面熱量逸散速度遠(yuǎn)低于內(nèi)部熱量釋放速度，在高溫條件下產(chǎn)生過大溫度應(yīng)力，最終因內(nèi)表溫差超標(biāo)而形成溫度裂縫。對(duì)此，需要在配合比方案中選用低水化熱品種的水泥材料，如火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等，并在混凝土攪拌期間摻入適量緩凝劑，通過延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間來控制內(nèi)部溫升速度，憑借混凝土表面自然散熱來逸散過多熱量。

（2）外界氣溫變化?；炷翆?duì)外界氣溫較為敏感，在現(xiàn)場(chǎng)氣溫驟然變化，或是現(xiàn)場(chǎng)氣溫低于和高于界限值時(shí)，都會(huì)影響到混凝土成型質(zhì)量，如在現(xiàn)場(chǎng)氣溫偏低時(shí)降低混凝土強(qiáng)度增加速度，在現(xiàn)場(chǎng)氣溫偏高時(shí)削弱混凝土表面自然散熱效果并形成溫度裂縫。對(duì)此，需要在澆筑環(huán)節(jié)嚴(yán)格檢查混凝土溫度，對(duì)溫度不達(dá)標(biāo)的混凝土進(jìn)行通風(fēng)冷卻或是預(yù)加熱處理，溫度達(dá)標(biāo)后再開展?jié)仓鳂I(yè)。同時(shí)，在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度來采取養(yǎng)護(hù)方法，在現(xiàn)場(chǎng)氣溫偏低時(shí)采取蒸汽養(yǎng)護(hù)法或是表面蓄水法來提高混凝土表面溫度，在現(xiàn)場(chǎng)氣溫偏高時(shí)則采取內(nèi)部冷卻法，在混凝土內(nèi)部預(yù)埋管路中循環(huán)流通冷卻水來降低內(nèi)部溫度。

（3）混凝土自收縮。在混凝土水化過程中會(huì)持續(xù)蒸發(fā)大量水分，僅有20%左右的水分參與到水化過程當(dāng)中，如果混凝土水分蒸發(fā)速度過快，或是頻繁處于干縮交替狀態(tài)，不但會(huì)影響混凝土強(qiáng)度增加和改變混凝土體積，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成干縮裂縫，破壞結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)。對(duì)此，必須在混凝土振搗完畢后開展保濕養(yǎng)護(hù)作業(yè)，在混凝土表面包裹塑料薄膜、浸水麻袋等保濕材料來降低混凝土水分蒸發(fā)速度，定期在表面淋水來補(bǔ)充蒸發(fā)水分，在養(yǎng)護(hù)期間始終保持混凝土濕潤(rùn)狀態(tài)。

3.2 編制專項(xiàng)施工方案

為減小惡劣天氣對(duì)混凝土成型質(zhì)量造成的影響，施工單位需要提前編制專項(xiàng)施工方案。例如，編制混凝土冬季養(yǎng)護(hù)方案，在方案中采取蒸汽養(yǎng)護(hù)法，在工程現(xiàn)場(chǎng)通過燃煤蒸爐或是常壓燒水供熱形式來持續(xù)提供高溫蒸汽，蒸汽起到提高混凝土表面溫度、保持混凝土濕潤(rùn)狀態(tài)等多重作用，始終把養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度維持在5℃以上。同時(shí)，搭配采取混凝土四周包裹棉簾、混凝土攪拌期間摻入防凍劑、混凝土迎風(fēng)面搭建遮風(fēng)擋棚等多項(xiàng)措施來改善養(yǎng)護(hù)效果、維持混凝土溫度。

3.3 工序銜接

水工建筑建造期間，混凝土現(xiàn)澆工序與模板支設(shè)、鋼筋綁扎等工序保持十分緊密的內(nèi)在聯(lián)系，如果前后道工序銜接不當(dāng)，或是上道工序存在質(zhì)量缺陷，都會(huì)影響混凝土現(xiàn)澆作業(yè)質(zhì)量與成型效果。例如，在模板支設(shè)完畢后，對(duì)模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、承載性能與垂直度進(jìn)行全面檢查，對(duì)偏位模板進(jìn)行校準(zhǔn)處理，清理模板內(nèi)部垃圾雜物與積水，在壁面涂刷脫模劑，在模板縫隙部位填入海綿膠條，避免在后續(xù)出現(xiàn)混凝土漏漿、麻面、混凝土與板面粘連等問題。在鋼筋綁扎完畢后，對(duì)鋼筋位置、接頭數(shù)量、鋼筋直徑與彎折度進(jìn)行全面檢查，矯直彎曲鋼筋和調(diào)節(jié)偏位鋼筋，清理鋼筋表面殘留銹跡，避免因鋼筋污染、銹蝕而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部碳化，或是因鋼筋偏位而出現(xiàn)鋼筋露出、混凝土結(jié)構(gòu)受力不均等問題。而在混凝土拆模環(huán)節(jié)，需要合理安排模板拆除時(shí)間，在到達(dá)預(yù)定養(yǎng)護(hù)時(shí)間、混凝土完全成型與試塊強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，方可拆除模板，如果提前拆除模板，容易出現(xiàn)混凝土變形、混凝土與模板粘連、缺棱掉角等問題。

4.結(jié)語

綜上所述，為確保水工建筑物能夠穩(wěn)定發(fā)揮其作用，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)的研究，深入了解混凝土結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)、工藝流程、操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，落實(shí)好結(jié)構(gòu)裂縫控制、編制專項(xiàng)施工方案、強(qiáng)化工序銜接三項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用策略，這也是建設(shè)高規(guī)格水利工程、全面提高水工建筑結(jié)構(gòu)性能的必然選擇。