新川沙河工程泵閘異形流道施工質(zhì)量監(jiān)控措施研究

梁金凱（上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707）

0 引 言

吳淞江工程是國(guó)務(wù)院批復(fù)的太湖流域防洪規(guī)劃、太湖流域水資源綜合規(guī)劃等流域重大規(guī)劃的綜合治理骨干工程之一，也是國(guó)務(wù)院批復(fù)的重大項(xiàng)目之一。該工程的實(shí)施將進(jìn)一步提高流域區(qū)域防洪排澇、水資源配置能力，改善水生態(tài)環(huán)境和航運(yùn)條件，是解決太湖流域水利問題的一項(xiàng)重要民生工程。工程建設(shè)對(duì)上海市城鄉(xiāng)除澇、引清調(diào)水、生態(tài)景觀和內(nèi)河航運(yùn)等都具有顯著效益。

1 項(xiàng)目概況

吳淞江工程（上海段）的新川沙河段的泵閘樞紐工程，是上海段重要的入江口門，建設(shè)意義更是重中之重。吳淞江工程（上海段）的新川沙河段泵閘樞紐工程是水利部重大項(xiàng)目之一，是上海地區(qū)少有的部級(jí)重大項(xiàng)目，也是上海市目前為止規(guī)模最大的泵閘工程。工程等別為Ⅱ等，泵閘樞紐主要建筑物級(jí)別為1級(jí)、次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為防御流域100年一遇洪水，除澇標(biāo)準(zhǔn)為20～30年一遇最大24 h面雨量；泵閘樞紐工程防潮標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇高潮位+12級(jí)風(fēng)；抗震設(shè)防烈度按7度設(shè)防。泵閘由150 m3/s引排雙向泵站和總凈寬60 m節(jié)制閘組成，流道層5臺(tái)機(jī)組采用一列式布置，水泵機(jī)組中心距為9.7 m，機(jī)組之間隔墩厚1.2 m，邊墩厚為1.6 m，垂直水流方向流道總寬50.5 m。底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)46 m，垂直水流方向?qū)?0.5 m。計(jì)劃開工日期為2020年10月15日，計(jì)劃完工日期為2023年12月30日。2023年5月31日，新川沙河段泵閘樞紐工程完成通水驗(yàn)收并通水。

2 流道施工重難點(diǎn)分析

（1）流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工精度要求高。泵站下部異形流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工精確度要求高，且受支撐影響，施工難度大，流道模板施工是本工程的重難點(diǎn)，泵站內(nèi)外河流道平面布置圖如圖1所示。

圖1 泵站內(nèi)外河流道平面布置圖

（2）本工程泵站采用5臺(tái)30 m3/s豎井貫流泵，在上海市水利工程同類泵中單機(jī)流量和水泵直徑（達(dá)3 270 mm）均為最大，水泵制造、安裝難度大。

（3）進(jìn)一步研究“流道工程施工質(zhì)量監(jiān)控措施”，使流道工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對(duì)保證工程進(jìn)度、工程質(zhì)量、工程安全，以及節(jié)約成本具有重要意義。

3 準(zhǔn)備階段主要監(jiān)控措施

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

3.1.1 運(yùn)行特性曲線分析

施工前，除認(rèn)真研究施工圖紙和規(guī)范外，為深入了解水泵的運(yùn)行特性，還著重研究了彎導(dǎo)葉雙向豎井貫流泵正向排澇運(yùn)行曲線和彎導(dǎo)葉雙向豎井貫流泵反向引水運(yùn)行曲線，熟悉并分析水泵在正、反向運(yùn)行時(shí)的特性，為流道施工做好技術(shù)準(zhǔn)備。

3.1.2 物理裝置模型試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證水泵物理裝置的可靠性，保證工程質(zhì)量，經(jīng)各參建方慎重協(xié)商和溝通，委托相關(guān)高校和研究單位進(jìn)行了豎井貫流泵裝置模型試驗(yàn)，并出具了CFD數(shù)值優(yōu)化報(bào)告，得出了試驗(yàn)結(jié)論并提出建議，為后續(xù)施工的順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 模板工程

施工前，針對(duì)異形流道結(jié)構(gòu)，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用BIM技術(shù)建立流道模型，進(jìn)行分片設(shè)計(jì)，然后交由廠家按模型進(jìn)行精細(xì)化數(shù)控加工制作，生產(chǎn)后由廠家預(yù)拼裝，編號(hào)后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)再根據(jù)分片組裝圖將模版安裝成型，為保證流道結(jié)構(gòu)模板的施工質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3 材料及溫控措施

3.3.1 膠凝材料選擇

混凝土的水化熱主要由膠凝材料決定，在保證工程質(zhì)量的前提下，盡量減少水化熱的產(chǎn)生，針對(duì)單純使用水泥以及使用水泥、粉煤灰和礦渣三者混合作為膠凝材料的情況，進(jìn)行膠凝材料放熱速率對(duì)比試驗(yàn)和膠凝材料累積放熱量對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明混合膠凝材料在這兩方面的試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于水泥，因此，選擇混合膠凝材料，有效降低了水化熱。

3.3.2 配合比試驗(yàn)

根據(jù)總體施工方案部署和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，流道混凝土施工時(shí)面臨諸多不利的因素，主要影響因素有水泵底板的強(qiáng)約束、澆筑長(zhǎng)度較長(zhǎng)（20～21 m）且厚度較大、結(jié)構(gòu)異形且斷面變化較大、混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高以及施工時(shí)氣溫較高，由此導(dǎo)致流道混凝土結(jié)構(gòu)防控裂縫出現(xiàn)的壓力較大。原計(jì)劃4月份澆筑流道混凝土，受疫情影響工期延誤至6月份方可施工。為確保流道混凝土澆筑完成后不出現(xiàn)裂縫，針對(duì)原計(jì)劃采用的普通混凝土加水管冷卻方案（工況1）和用抗裂混凝土加水管冷卻方案（工況2）2種工況，開展了泵站流道有限元模型工況評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明，工況1的分隔墩混凝土內(nèi)部點(diǎn)開裂風(fēng)險(xiǎn)超過1.0，開裂風(fēng)險(xiǎn)非常高；分隔墩表面點(diǎn)開裂風(fēng)險(xiǎn)接近1.0，開裂風(fēng)險(xiǎn)很高；工況2的分隔墩混凝土內(nèi)部點(diǎn)開裂風(fēng)險(xiǎn)控制在0.75以下，分隔墩表面點(diǎn)基本開裂風(fēng)險(xiǎn)在0.4以下，采用抗裂混凝土，補(bǔ)償了混凝土收縮變形，抑制了水化速度，開裂風(fēng)險(xiǎn)得到有效的控制。根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇了采用抗裂混凝土加水管冷卻方案（工況2），有效降低了混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

在此基礎(chǔ)上，委托有關(guān)單位做了混凝土配合比試驗(yàn)，主要根據(jù)水泥用量和粉煤灰用量的不同，試驗(yàn)了4種配合比，并根據(jù)混凝土試塊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選出最終的配合比，并出具了混凝土配合比試驗(yàn)報(bào)告，作為施工依據(jù)。

3.3.3 分倉(cāng)澆筑順序

（1）設(shè)置依據(jù)：根據(jù)GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》8.3.11條，超長(zhǎng)混凝土澆筑施工可留設(shè)施工縫分倉(cāng)澆筑，分倉(cāng)澆筑時(shí)間不應(yīng)小于7 d。

（2）流道混凝土總方量約5 000 m3，考慮到澆搗倉(cāng)面較大，防止上下層澆搗時(shí)間間隔過長(zhǎng)出現(xiàn)冷縫。

（3）該部位屬于大體積混凝土澆搗施工，由于結(jié)構(gòu)特性，無法留置后澆帶，采用分倉(cāng)澆搗對(duì)大體積混凝土裂縫控制極為有利。

流道澆筑順序示意圖如圖2所示，圖中編號(hào)①、②、③為內(nèi)河側(cè)；編號(hào)④、⑤、⑥為外河側(cè)，編號(hào)也對(duì)應(yīng)澆筑順序，0.1高程以下后澆帶如圖“L”樣式。

圖2 流道澆筑順序示意圖

3.3.4 冷卻水管布置施工期間采用預(yù)埋鋼管通水冷卻，通水流量為3.0 m3/h，冷卻水管采用直徑為42.4 mm的鋼管，壁厚為2.5 mm，通水時(shí)間自開始澆筑至14 d齡期，并采用了智能通水管路系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要工作原理是電磁閥在接收可編程脈沖控制儀器輸出的信號(hào)后能自動(dòng)開啟或關(guān)閉閥門，從而實(shí)現(xiàn)控制水管中的水流的通斷。

3.3.5 智能溫控系統(tǒng)

為適時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升情況，控制內(nèi)外溫差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，防止混凝土表面開裂，現(xiàn)場(chǎng)采用了智能溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)和智能通水系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)在線采集混凝土內(nèi)部溫度和通水流量相關(guān)參數(shù)，并與通水冷卻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)伺服，便于及時(shí)調(diào)控。該系統(tǒng)在本工程水閘底板混凝土澆筑過程中已經(jīng)使用，收到較好效果。

3.4 混凝土生產(chǎn)及澆筑方案

3.4.1 混凝土廠家選擇

由各參建方共同到廠家做全面考察，先后對(duì)拌合樓、外加劑添加點(diǎn)、原材料倉(cāng)庫(kù)、廠家試驗(yàn)室和調(diào)度室等做了深入細(xì)致的了解，共同商議后確定混凝土供應(yīng)廠家。

3.4.2 混凝土澆筑方案優(yōu)化

攻堅(jiān)克難，申報(bào)水務(wù)局科研課題并結(jié)合開展BIM應(yīng)用，模擬復(fù)雜工況下深基坑大體積混凝土施工，進(jìn)行多方案比選，大大提高工程方案可視化及可實(shí)施性。

場(chǎng)外運(yùn)輸和場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線事前認(rèn)真規(guī)劃，初步確定可行線路，并在此基礎(chǔ)上，利用大型車輛實(shí)地開行，充分了解各條線路的實(shí)際情況，經(jīng)綜合比較后選擇出最優(yōu)的場(chǎng)外和場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線，確保混凝土供應(yīng)順暢，為流道混凝土順利澆筑打下了良好基礎(chǔ)。

對(duì)流道混凝土澆筑需要使用的主要設(shè)備在專項(xiàng)方案中做了計(jì)算和分析，監(jiān)理工程師認(rèn)真進(jìn)行了核對(duì)，并逐件檢查，保證能正常使用且落實(shí)到位。

3.4.3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控混凝土生產(chǎn)

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸情況，及時(shí)跟蹤發(fā)貨進(jìn)度和運(yùn)輸車輛行程，確保澆筑過程中混凝土的及時(shí)供應(yīng)和調(diào)度，保證混凝土澆筑過程連續(xù)、可控，效果明顯。

4 實(shí)施階段主要監(jiān)控措施

4.1 加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)管控

在澆筑前3 d，前往混凝土廠家對(duì)原材料及生產(chǎn)、運(yùn)輸設(shè)備配置情況進(jìn)行檢查，合理選擇運(yùn)輸時(shí)間，確定最優(yōu)路線。

混凝土澆筑前，在混凝土廠家進(jìn)行原材料取樣檢測(cè)，檢測(cè)材料的含泥量、含水量等指標(biāo)，確保原材料滿足施工要求。

混凝土生產(chǎn)過程中，要求對(duì)骨料采取適當(dāng)?shù)膰娏芙禍卮胧?，降低混凝土的出機(jī)溫度，提高混凝土流動(dòng)度，減少混凝土坍落度損失；對(duì)碳纖維添加過程進(jìn)行旁站，確保添加量滿足設(shè)計(jì)要求；安排人員駐場(chǎng)對(duì)混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，督促混凝土廠家供料不間斷，防止?jié)仓g隙時(shí)間過長(zhǎng)產(chǎn)生冷縫。

混凝土澆筑過程中，核實(shí)每車混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、澆筑部位和方量，每100 m3相同配合比的混凝土做1次坍落度試驗(yàn)，嚴(yán)格控制混凝土坍落度在14±2mm之間。

4.2 加強(qiáng)混凝土澆筑管控

在混凝土澆筑前，督促項(xiàng)目部組織管理人員向操作班組進(jìn)行技術(shù)交底，使其掌握澆搗方案、質(zhì)量要求和關(guān)鍵部位的施工工藝；由于流道高度超過2 m，為防止混凝土澆搗離析，下料前在各個(gè)倉(cāng)面間隔設(shè)置下料串筒，確?；炷磷杂上铝细叨炔怀^設(shè)計(jì)要求，混凝土澆筑過程逐層上升，保證在下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土。

混凝土澆筑過程中，安排專人負(fù)責(zé)檢查模板，同時(shí)，為控制單側(cè)模板的側(cè)壓力，采用平鋪法進(jìn)行混凝土澆筑，確保模板在混凝土澆筑過程不發(fā)生變形、移位。

安排專人負(fù)責(zé)用振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時(shí)深入下層5～10 cm，當(dāng)進(jìn)行邊墩、中墩等與流道結(jié)合部位的混凝土澆筑時(shí)，在澆筑至流道頂標(biāo)高時(shí)應(yīng)間隔15～20 min再進(jìn)行吊模部位澆筑，防止混凝土側(cè)冒；加強(qiáng)混凝土振搗質(zhì)量控制，做到不漏振、不超振；在混凝土初凝前和混凝土預(yù)沉后、終凝前2 h采取2次或多次抹面壓實(shí)，防止混凝土表面產(chǎn)生細(xì)小裂縫。

4.3 加強(qiáng)澆筑層施工縫面管控

在澆筑混凝土前，對(duì)已硬化混凝土表面進(jìn)行處理，清除垃圾、表面松動(dòng)石子和軟弱混凝土層，同時(shí)加以鑿毛，并用水沖刷干凈且充分濕潤(rùn)，及時(shí)清除表面積水；同時(shí)清除鋼筋上油污、水泥砂漿及浮銹等雜物；施工縫位置的鋼筋回彎時(shí)，做到鋼筋周圍的混凝土不受松動(dòng)和破壞，并根據(jù)受力情況設(shè)置抗裂鋼筋。

4.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)管控

混凝土澆筑完畢后，及時(shí)安排作業(yè)人員進(jìn)行抹平收光處理，并及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，完成澆搗后，先在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜保濕，再覆蓋一層土工布進(jìn)行保溫。及時(shí)開展混凝土灑水養(yǎng)護(hù)措施，混凝土養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。

4.5 加強(qiáng)混凝土溫度管控

泵站流道混凝土澆筑屬于大體積混凝土澆筑，本工程通過在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，利用智能溫控系統(tǒng)，來控制冷卻水的開關(guān)及流量，確保流道混凝土內(nèi)外溫差不超過規(guī)范要求，較好地實(shí)現(xiàn)了溫度控制，有效預(yù)防了溫度裂縫的產(chǎn)生。

4.6 加強(qiáng)模板拆除管控

混凝土養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到規(guī)范要求后，經(jīng)同意后進(jìn)行拆除模板作業(yè)。模板拆除前，項(xiàng)目部對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，使用專用拆模工具，杜絕現(xiàn)場(chǎng)野蠻拆除作業(yè)，確?；炷敛皇芸呐龊蛽p壞，保證外觀質(zhì)量；拆除過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范及方案要求，根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、溫度及濕度進(jìn)行模板拆除作業(yè)，側(cè)模拆模時(shí)間控制在混凝土澆筑完成后不少于7 d。拆除作業(yè)選在白天溫度較高時(shí)段，確保結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差≤20 ℃時(shí)進(jìn)行拆除，拆模后及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

5 實(shí)施效果

混凝土澆筑施工過程規(guī)范有序，嚴(yán)格按照方案實(shí)施，混凝土供應(yīng)及時(shí)，泵站流道混凝土澆筑時(shí)間、間隔時(shí)間等均滿足規(guī)范要求，模板無變形、位移及破壞等情況，澆筑過程順利完成，未發(fā)生任何意外情況。

澆筑完成后及時(shí)開展養(yǎng)護(hù)工作，采用智能溫控系統(tǒng)，將內(nèi)外溫差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，未超過標(biāo)準(zhǔn)要求；到期拆模后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體混凝土表面平整、光滑，線條順直，結(jié)構(gòu)尺寸偏差通過實(shí)測(cè)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，無露筋、蜂窩、麻面、孔洞、夾渣、疏松、裂縫、外形缺陷等情況，混凝土外觀質(zhì)量較好。

施工單位現(xiàn)場(chǎng)制作的混凝土試塊和監(jiān)理部制作的平行檢測(cè)試塊28 d檢測(cè)報(bào)告均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

6.1 加強(qiáng)事前預(yù)控，重視技術(shù)準(zhǔn)備

本項(xiàng)目意義重大，各參建方高度重視，在事前預(yù)控方面做了充分策劃并認(rèn)真落實(shí)，先后開展了運(yùn)行特性曲線分析、物理裝置模型試驗(yàn)、利用BIM技術(shù)優(yōu)化了鋼模板分片設(shè)計(jì)和加工、膠凝材料選擇和配合比試驗(yàn)，以及開展了大體積混凝土課題研究等技術(shù)準(zhǔn)備，為后續(xù)流道混凝土的順利施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，收到較好的效果，值得總結(jié)和推廣。

6.2 嚴(yán)格過程管理，確保施工質(zhì)量

施工過程中，嚴(yán)格按照前期技術(shù)準(zhǔn)備和專項(xiàng)施工方案實(shí)施，程序嚴(yán)謹(jǐn)，措施到位，過程順利、有序，按進(jìn)度計(jì)劃圓滿完成工程任務(wù)，未發(fā)生任何工程質(zhì)量和安全事故，確保了流道混凝土澆筑質(zhì)量。

6.3 推進(jìn)智能監(jiān)控，提升管理水平

大型水利項(xiàng)目采用智能監(jiān)控措施已基本形成了趨勢(shì)，中、小項(xiàng)目尚在探索過程中。本項(xiàng)目先后應(yīng)用了物理裝置模型試驗(yàn)、BIM技術(shù)、有限元模型評(píng)估、智能溫控和物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等先進(jìn)技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了用數(shù)據(jù)說話、過程實(shí)時(shí)監(jiān)控以及科學(xué)決策，保證了工程質(zhì)量，切實(shí)提升了現(xiàn)場(chǎng)管理能力和水平，也為進(jìn)一步推動(dòng)中、小型水利工程智慧工地建設(shè)做出了有益的探索和嘗試，具有重要的意義。