水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)淺析

何芝堅

（德江縣水務(wù)局，貴州 德江 565200）

0 引 言

水工建筑物包含船閘、橋墩以及大壩擋水建筑物等，其大多采取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)具有較好的承載力和抗?jié)B、抗凍、抗沖刷能力，因此在水工混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)中，要有效控制施工質(zhì)量，加強設(shè)施建設(shè)過程中的規(guī)范，保證施工品質(zhì)，讓混凝土結(jié)構(gòu)更有效地發(fā)揮重要作用[1]。在此基礎(chǔ)上，文章首先從結(jié)構(gòu)極限、裂紋控制兩個方面簡單介紹了水工混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計基礎(chǔ)，然后從收縮裂縫、環(huán)境影響、保護層施工質(zhì)量與原材料質(zhì)量不達標等方面分析了裂縫產(chǎn)生原因，最后從材料施工準備技術(shù)措施、工地試驗室控制技術(shù)措施、澆筑與振搗技術(shù)措施、施工過程技術(shù)控制措施、冷卻管降溫施工技術(shù)措施、養(yǎng)護以及變形控制措施等方面提出了技術(shù)措施，現(xiàn)具體論述如下。

1 設(shè)計基礎(chǔ)

1.1 結(jié)構(gòu)極限

針對水工混凝土來說，其結(jié)構(gòu)極限包含兩種極限狀態(tài)，即正常使用以及承載力。水工混凝土承載能力的極限狀態(tài)理解為結(jié)構(gòu)材料的強度超過破壞的最大承載能力或因嚴重變形而不能繼續(xù)承載。水工結(jié)構(gòu)用作圍護結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以受壓破壞的極限值作為設(shè)計依據(jù)。設(shè)置最小應(yīng)力極限值，使最大張力低于該值。因此，在設(shè)計水工混凝土結(jié)構(gòu)時，需要確定良好應(yīng)力關(guān)系的極限狀態(tài)，以確定混凝土的不連續(xù)點，有效降低裂縫的出現(xiàn)率。

1.2 裂紋控制

在設(shè)計水工混凝土的過程中，裂縫控制占有關(guān)鍵地位。水工結(jié)構(gòu)是由裂縫要求進一步控制的，而不僅僅是承載能力。有一些方法可以降低裂縫的產(chǎn)生率。為了確定允許裂縫的寬度，需要以復(fù)雜的方式考慮它們，具體取決于荷載性質(zhì)以及當?shù)爻睗癍h(huán)境、水壓變化等主要參數(shù)[2]。一般來說，水工結(jié)構(gòu)的安全程度不同，耐久性指標也會不一樣。在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計中大多采用非標準構(gòu)件，因此在設(shè)計水工混凝土的過程中，對裂縫寬度進行合理控制是其中的重難點。設(shè)定裂縫參數(shù)時需要根據(jù)評估結(jié)論，根據(jù)截面受力變形引起的裂縫張開程度。此外，應(yīng)注意在實際使用中進行設(shè)計，使用混凝土和鋼筋的極限狀態(tài)。

2 產(chǎn)生原因

2.1 收縮裂縫

一般來說，混凝土收縮涵蓋干縮以及塑料收縮兩類。由于混凝土各類組成材料均有自身的彈性模量，同時這些材料間擁有極大的約束。這會使得水泥石以及骨料本身出現(xiàn)裂縫。隨著應(yīng)力效應(yīng)的加深，這些裂紋會相互擴展和連接。

2.2 環(huán)境影響

在夏季的時候，混凝土結(jié)構(gòu)溫度會飛速上升，可背光側(cè)溫度不高；在惡劣環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)溫度會迅猛下降，可其內(nèi)部溫度不會快速下降，這將出現(xiàn)溫度梯度。基于這些環(huán)境，水工結(jié)構(gòu)里面的混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象的幾率會上升。

2.3 保護層施工質(zhì)量、原材料質(zhì)量不達標

在水利工程實踐中，水下混凝土建筑物在施工過程中應(yīng)采取高性能和高質(zhì)量的建筑材料。如果混凝土品質(zhì)不達標，混凝土保護層侵蝕脫落，它會發(fā)展到鋼筋的表面，鋼筋被侵蝕氧化。此外，腐蝕對象體積不斷增大，進一步使得保護層的混凝土出現(xiàn)開裂情況。最后，混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

3 技術(shù)措施

3.1 水工建筑混凝土材料施工準備技術(shù)措施

如今，在建筑領(lǐng)域中，混凝土施展了更重要的作用，廣泛使用混凝土提升了建筑的綜合品質(zhì)。然而，因為混凝土液化不斷放熱，所以混凝土容易產(chǎn)生裂縫情況。于是，在使用實踐中，需使用水化熱不高的水泥，且能夠?qū)胶狭霞尤氲交炷林?，進而最大限度地降低水熱化的成效。當然，對于粗骨料也有一定的要求，選擇強度非常高，大顆粒將提升成效。在細骨料的挑選過程中，則應(yīng)該選擇細砂。這將可以減少水泥的總體使用量，提升混凝土的綜合成效。最后，經(jīng)過不斷加入外加劑，充分降低了水泥的含量，更好地提升了混凝土的相關(guān)抗拉水平。

工程案例：德江縣煎茶水庫工程在大壩混凝土材料施工準備過程中，嚴格控制材料質(zhì)量，大壩水泥采用強度不低于42.5MPa 的普通硅酸鹽低熱水泥，摻合料選用粉煤灰，混凝土骨料設(shè)有遮陽、防雨及脫水設(shè)施，砂子的含水率不大于6%。大壩澆筑一年以來，經(jīng)監(jiān)測，大壩內(nèi)部水化熱不高，內(nèi)部溫度控制在30℃以下，現(xiàn)場效果顯著。

3.2 工地試驗室對于水工建筑混凝土的控制技術(shù)措施

為了有效提升混凝土的綜合品質(zhì)，需嚴格強化對混凝土塌落度、水灰比的控制。需要控制原材料的選擇，同時遵守如下基本原則，首先，按照施工需要選擇相應(yīng)的材料性能，實驗技術(shù)應(yīng)定期反復(fù)檢查所選材料，確保材料可用于根據(jù)施工要求[3]，特別是砂、石子等材料擁有很大的變異性，實驗室的工作人員一定要充分按照技術(shù)要求，定期開展取樣檢驗，禁止使用不合格的材料，實驗室一定要按照工程結(jié)構(gòu)的相關(guān)部位對混凝土性能的核心要求開展對應(yīng)的實驗，明確提出最優(yōu)化的混凝土配合比。水灰比是混凝土強度的一個核心影響因素，因此，每次攪拌混凝土之前，實驗室必須檢驗砂，石子的含水率，對混凝土的具體用水量進行調(diào)整，以實現(xiàn)混凝土水灰比的合理控制。在施工過程中，當混凝土塌落度＞一定范圍的時候，禁止入倉澆筑。因為一旦原材料的綜合質(zhì)量獲得控制，稱量精準度高，則塌落度變化大的具體原因一定是混凝土中水量飛速擴增，如此則水灰比變化很大，一定會降低混凝土的整體強度。于是在澆筑混凝土的時候，實驗室工作人員必須要定期檢驗混凝土塌落度，塌落度與規(guī)定要求相符才可以順利入倉。

3.3 澆筑與振搗技術(shù)措施

在對混凝土結(jié)構(gòu)進行澆筑的時候，因混凝土澆筑的體積很大，一定要盡量做到分段、分層以及分片澆筑。施工開始前，應(yīng)該將具體情況結(jié)合起來對澆筑流程、方案進行制定，如此不但可以更好地避免澆筑時出現(xiàn)模具開裂問題，而且能夠防止模具產(chǎn)生裂隙。假如在澆筑墩臺等構(gòu)件的過程中，要堅持采取分層的原則，且對每一層澆筑的具體厚度進行控制，如此能夠促進振搗工作的順利開展。在一些水工建筑的澆筑實踐中，要澆筑很長的構(gòu)件，這就需要分段實施，更好地控制各段的具體長度。一些水工建筑的相關(guān)構(gòu)件面積很大，就應(yīng)該進行分塊澆筑。在澆筑混凝土的時候，還應(yīng)將振搗工作落到實處，每一個構(gòu)件都需完成振搗操作，有效避免出現(xiàn)漏振的情況，在振搗時，需注意如下4 點：①假如利用平板振搗器進一步開展混凝土的相關(guān)振搗工作，則需要覆蓋混凝土的表面；②模板應(yīng)與振搗棒之間保持一定的距離，假如兩者產(chǎn)生接觸，將影響混凝土成型品質(zhì)；③在采取插入式振搗手段的過程中，振搗棒的插入深度需≤其半徑1.5 倍，且要注意不能出現(xiàn)死角；④振搗的次序、位置應(yīng)按照振搗器自身性能、模板情況來確定，開工之前將試驗檢測以及調(diào)校落到實處。除此之外，還應(yīng)該將有關(guān)經(jīng)驗結(jié)合起來，明確振搗是否完全，當產(chǎn)生如下情況時，說明混凝土澆筑充分：混凝土表面高度無顯著變化；不再出現(xiàn)氣泡；混凝土表面保持光滑、平坦。

3.4 水工建筑混凝土施工過程技術(shù)控制措施

在混凝土澆筑順利成型的過程中，因未振實所出現(xiàn)的蜂窩、孔洞、麻面以及裂隙、氣孔等問題，容易引起高度關(guān)注，可由于振搗不良，人們?nèi)菀缀雎詢?nèi)在品質(zhì)問題。而混凝土內(nèi)在品質(zhì)不達標，也會破壞混凝土的結(jié)構(gòu)物。因此，施工人員需要注重混凝土振搗工作，質(zhì)檢人員需要使用有關(guān)策略，落實混凝土振搗工作。

3.5 水工建筑大體積混凝土冷卻管降溫施工技術(shù)措施

在硬化實踐中，為了確保水工建筑混凝土的內(nèi)部溫度過大，能夠?qū)鋮s管路進行鋪設(shè)，在混凝土澆注結(jié)束后開展通水循環(huán)冷卻，通水溫度與壩體內(nèi)部混凝土溫差≤25℃，如果進水溫度較高，則水流量也需要不斷加快。冷卻管的出水需要排放到合適的部位，當混凝土初凝后則能夠開展蓄水保溫養(yǎng)護。

工程案例：德江縣煎茶水庫工程大壩澆筑過程中埋設(shè)冷卻水管，冷卻水管每1.5m 高鋪設(shè)一層，同一層中每根冷卻水管長度按250m 控制，水管層間距離為1.5m；最外側(cè)水管與相鄰 混凝土結(jié)構(gòu)邊緣距離為1.0~2.5m，水管彎曲半徑為0.75m。通水流量一般控制在20~25L/min，每12h 改變一次通水方向，在水管出口設(shè)置流量計和閘閥，以控制通水流量。初期采用通河道底部水，通水時間21d，通水溫度與壩體內(nèi)部混凝土溫差≤25℃，日降溫幅度不超過1℃。壩體混凝土施工時須在冷卻水管中通壓力水，以確保水管不被壓扁。經(jīng)監(jiān)測，大壩內(nèi)部溫度控制在30℃以下，現(xiàn)場效果顯著。

3.6 養(yǎng)護以及變形控制措施

在開展混凝土施工的過程中，施工單位應(yīng)該高度重視養(yǎng)護工作，且有效控制模板變形等隱患，以更好地確保施工作業(yè)環(huán)境的規(guī)范性，充分提升工程作業(yè)的品質(zhì)、達標率。對于施工環(huán)境進一步使用合理的養(yǎng)護措施。以冬期施工為例，施工單位應(yīng)該對保溫層面全面開展養(yǎng)護。在模板挑選過程中需要對密封性指標進行考察，選擇最佳的模板材質(zhì)，通常以膠合板為主。使用合適的保溫材料，更好地保護這些材料。或者施工單位可以選擇防凍功能不錯的工具開展相應(yīng)的防護處理。同時，嚴格控制變形風險的綜合品質(zhì)很有必要。施工單位應(yīng)從材料配合比監(jiān)控、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)置以及現(xiàn)場施工管理等方面，更好地防控以及干預(yù)變形風險。

工程案列：德江縣觀音灘水庫、大木堯水庫屬于面板混凝土堆石壩，面板堆石壩上游迎水面對混凝土面板進行設(shè)置，其是壩體的主要防滲結(jié)構(gòu)，且將上游水壓力不斷傳給堆石體。由于堆石體的變形會引發(fā)面板撓曲的變形，于是面板混凝土不但要求有一定的柔性，而且要有良好的抗?jié)B性能，以更好地適應(yīng)壩體的相關(guān)變形，同時還需要具備優(yōu)良的耐久性、強度，以充分承受不均勻變形，提升抗凍與抗風化能力、避免面板開裂。在冬季澆筑混凝土面板時，設(shè)計明確提出嚴禁在氣溫5℃以下澆筑混凝土，如遇5℃以上低溫天氣澆筑面板混凝土，需采用保溫措施，施工單位在＞5℃以上低溫天氣澆筑時采用土工膜覆蓋已澆筑好的混凝土，且用流動水均勻養(yǎng)護至下閘蓄水，效果十分明顯。德江縣大木堯水庫工程為有效適應(yīng)壩體的變形，需要對面板開展分縫。面板總分塊數(shù)19 塊，其中張性垂直縫總長325m，壓性垂直縫總長85m。趾板與面板結(jié)合處對周邊縫進行設(shè)置，不設(shè)水平施工縫。

4 結(jié) 語

總之，文章從材料施工準備技術(shù)措施、工地試驗室控制技術(shù)措施、澆筑與振搗技術(shù)措施、施工過程技術(shù)控制措施、冷卻管降溫施工技術(shù)措施、養(yǎng)護以及變形控制措施等方面入手，以實現(xiàn)水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)化。為了提高施工質(zhì)量，除了做上述工作外，還必須提高施工人員的品質(zhì)意識。相關(guān)領(lǐng)導需安排擁有技術(shù)資格的員工開展作業(yè)，避免產(chǎn)生違規(guī)行為。項目的設(shè)計、監(jiān)督、施工等部門應(yīng)當相互聯(lián)系，保證工程質(zhì)量，施工單位必須及時、嚴格地做好施工控制、檢測、質(zhì)量控制等工作，以便項目的總體質(zhì)量控制點能夠完全覆蓋。另外，不但要全面開展生產(chǎn)原材料的品質(zhì)檢測工作，而且需要嚴格控制施工質(zhì)量。檢測部門應(yīng)該定期對各質(zhì)控點開展檢測分析，同時向有關(guān)部門立即告知相關(guān)檢測結(jié)果信息。另一方面，還需要施工單位對施工技術(shù)進行嚴格規(guī)范，將管理制度落到實處，對各員工開展一定的約束以及監(jiān)督，以更好地保證工作品質(zhì)，最大限度地推動國內(nèi)建筑領(lǐng)域的深入發(fā)展。