贵州光照水电站厂房清水混凝土施工质量控制

祝家杰,郑元凯

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川 成都 610072)

1 前 言

贵州北盘江光照水电站发电厂房位于坝址右岸下游,为地面厂房,主厂房尺寸为 142m×28.1m×66.85m(长 ×宽 ×高 )。

厂房结构工程于 2005年 5月 25日正式开工,2008年 1月 16日主体工程施工完毕,2008年 5月30日完成主体结构分部工程验收工作。

根据厂房结构工程施工合同专用条款的约定,要求对厂房内外墙面不进行二次装修,采用清水混凝土工艺。2005年 6月 10日,业主在“光照水电站厂房结构工程施工组织设计审查会”上确定厂房结构工程高程 591.45m以上主机间及上、下游副厂房墙体等部位采用清水混凝土(混凝土外露面总计57559.4m2,设计方量约 17000m3)。

清水混凝土,即混凝土表面不加以任何装饰,直接展现出水泥本身特有的原色和朴素。清水混凝土与普通混凝土相比,其表面更加平整,颜色更加一致且有一定光泽,杜绝了蜂窝麻面等质量通病。清水混凝土施工工艺要求很高,对混凝土配合比的设计,模板的选型与安拆,混凝土的浇筑、养护与保护,以及外观修补的要求非常严格。在水利水电工程施工领域,由于水工结构体积大、体型复杂,清水混凝土应用较少。因此,光照水电站厂房部分结构墙面采用清水混凝土工艺,将能改变传统装修观念,节省工程装修投资,具有重要意义。清水混凝土工艺一般在工民建、高速公路、火电厂等工程中应用较多,而国内已建或在建的水电站厂房则很少采用。因此,如何确保清水混凝土施工质量,对承包人和监理工程师而言,都是一个新的课题。

2 施工准备

为确保电站厂房结构工程清水混凝土施工质量满足合同要求,在业主的建议下,由业主、监理、施工三方抽调技术骨干成立了厂房清水混凝土质量控制QC小组。考虑到清水混凝土在厂房大体积混凝土施工中应用的实例较少,为了明确本工程的清水混凝土施工工艺和质量控制标准,QC小组参照中国建筑工程总公司编写的《清水混凝土施工工艺标准》,并借鉴清水混凝土在工民建、高速公路及火电工程中的施工经验,结合光照水电站厂房施工的现场实际情况,制定了《光照水电站厂房结构工程清水混凝土质量验收标准》(见表1)。

在 QC小组制定出质量验收标准后,承包人根据验收标准的要求,编制上报了“光照水电站厂房结构工程清水混凝土施工措施”和“清水混凝土施工质量保证措施”。监理工程师审查后,对清水混凝土施工前、施工中、施工后等阶段需要重视和加强控制的地方一一指出,并要求承包人在清水混凝土区域施工前先在厂房其它部位进行清水混凝土试验。

表1 光照水电站厂房结构工程清水混凝土质量验收标准

经过承包人的多次配合比试验及经试验墙的验证,最终确定了光照水电站清水混凝土的推荐施工配合比(包括泵送 C20、泵送 C25、泵送 C 30三种),具体的参数见表2。

表2 光照水电站清水混凝土推荐施工配合比

说明:水为光照西泌河施工供水系统供应的生产用水,水泥为贵州普定明达水泥有限公司生产的“明鹰”牌 P.O42.5普通硅酸盐水泥,粉煤灰为贵州安顺火力发电厂生产的二级灰,外加剂为缓凝高效减水剂型号为 HJUNF-2H,砂石骨料为光照水电站八九联营体生产的人工砂石骨料。原材料各项指标均符合相关规范的要求。

经过对人员、技术、材料及设备等各方面的精心准备,2006年 3月 10～12日,承包人在厂房拌和楼附近浇筑了三个清水混凝土试验墙(尺寸为 300cm×60cm×300cm),对清水混凝土的配合比、模板安装、混凝土振捣、养护等工序进行工艺试验。经对拆模后的混凝土进行观察、尺量,并对三种标号清水混凝土配合比试验墙的外观进行对比分析,得出以下结论:标号为 C20的混凝土墙外观偏黑、气泡较多;标号为 C25、C30的混凝土墙外观偏灰白、气泡很少。高标号的混凝土外观明显比较低标号的外观好。

虽然设计图纸中明确厂房结构工程在高程591.45m以上主机间及上、下游副厂房墙体等部位的混凝土标号为 C20,但是从试验墙的试验表明,如果采用 C20的混凝土配合比,其外观颜色偏黑、混凝土表面气孔多,不能满足清水混凝土的外观要求。因此,经参建四方召开专题讨论会,业主决定,为了保证厂房清水混凝土的外观效果,综合考虑经济利益(标号提高将增加费用),在实际施工中使用泵送C25(二级配)配合比,这样既能保证清水混凝土施工质量,又可以避免增加太多的投资。增加的费用将按合同变更方式处理。

在成功进行工艺试验后,经专题会议讨论通过,为保证混凝土外观质量尽可能一致、均匀,经到工地附近的镇胜高速公路工地进行参观学习后,承包人确定选用大模板方案,并针对具体的浇筑部位,确定了大面积墙体(如主机间、安装间、装卸场、GIS开关站墙体等)模板采用北京卓良模板厂生产的 DP180悬臂模板,面板为 21mm厚(尺寸 3.0m×3.2m)的VISA(维萨)板,用塔机配合安装就位;对于上、下游副厂房边墙,由于受到墙体分层浇筑的高度限制,则采用 21mm厚的竹胶板作为模板,根据现场条件进行裁剪,现场安装。模板支撑采用 φ48焊接钢管脚手架。梁、板、柱及牛腿部位的模板使用竹胶板,根据现场尺寸加工组模。

3 施工质量控制过程及措施

经过充分准备后,正式的清水混凝土浇筑于2006年 5月从安装间的上、下游墙开始。但是,由于承包人现场作业人员对清水混凝土的具体施工方法还不十分了解,现场管理人员对清水混凝土的质量管理有疏忽,导致 2006年 5月份至 6月份期间浇筑的安装间上、下游墙清水混凝土在拆模后发现有较多的外观质量问题,具体表现在:

(1)拆模后外观色泽不一致,表面有气孔;

(2)部分采用溜槽入仓的混凝土骨料分离,在振捣不充分的情况下,外观有蜂窝、麻面等缺陷;

(3)模板拼缝不紧,导致新、老混凝土施工缝出现漏浆和错台。

2006年 6月 20日,QC小组成员对前期施工的厂房安装间右侧墙及上、下游墙高程 591.45～598.0m间的墙面混凝土进行检查,结果见表3。

表3 厂房安装间上下游墙混凝土质量检测结果

根据已浇筑清水混凝土的外观质量检查结果,QC小组对未达到验收标准要求的问题进行了统计分析,结果见表4。

从表4可以看出,影响清水混凝土质量的主要问题是观感和形状质量缺陷,占到总问题的77.2%。对造成问题的主要原因,QC小组采用以下关联图进行了分析(见图1、2)。

从上述关联图中,QC小组找出了 19个末端因素,并分析出 6个要因(见表5)。

通过要因分析,QC小组找到了导致清水混凝土外观质量问题的主要原因,针对现场实际施工情况制定了相应的对策(见表6)。

表4 前期清水混凝土未达到质量要求的问题频率统计

根据表6经专题会议讨论,监理工程师和承包人针对可能导致清水混凝土外观质量问题的因素采取了以下对应措施:

图1 清水混凝土观感缺陷原因关联图(深色背景为主要原因)

图2 清水混凝土形状缺陷原因关联图(深色背景为主要原因)

(1)砂石料含水率波动问题。厂房结构工程所用的砂石骨料由业主委托八九联营体生产供应,骨料堆放在小河渣场平台料场。按照八九联营体的投标承诺,只有成品砂才有彩钢板屋顶遮盖,而小石、中石、大石是露天堆放的。因小石、中石的料堆面积过大,无法搭设简易遮盖设施,因此,平日堆放在料场的骨料无法避免含水率波动问题。根据现场实际情况,为最大限度地保证骨料在进入拌和机前保持一定的含水率,承包人在拌和系统的料堆上方搭设了固定的钢板棚,遮盖骨料仓内的砂石料。同时,规定砂石料经堆放自然脱水 3天以上才能使用。

通过采取上述措施,基本解决了含水率波动问题。另外,监理工程师要求承包人加大砂石料含水率检测频率,从原来的每班一次增加到每班三次,并根据检测结果动态调整混凝土搅拌加水量,从而保证了混凝土的坍落度控制在允许偏差范围内。

(2)模板缝隙不严密产生漏浆问题。根据其它工程的经验,为解决模板缝隙不严密的问题,要求承包人在模板四周侧面粘贴双面胶后才进行安装,少量模板缝隙则用专用腻子补缝。通过现场的旁站观察,采取对应措施后安装的模板在浇筑过程中基本上达到了不漏水、不漏浆的效果。

(3)混凝土振捣时间不足或过长问题。针对因混凝土振捣时间不足而出现的蜂窝、麻面及表面气泡问题,监理工程师组织承包人分别浇筑两根柱子进行振捣时间对比试验,即分别采用了35s、38s、42s、45s时间进行振捣对比试验,拆模后检查不同振捣时间混凝土表面质量。试验表明,振捣时间为42s的混凝土表面无砂带、气泡孔最少。考虑到浇筑上、下游墙时仓面较大,为避免发生振捣时间不足的问题,最终确定混凝土的合理振捣时间范围为 42～44s。在实际施工过程中,要求施工单位加强对一线振捣工人的技术交底,必须严格按要求时间进行振捣,做到严防少振、避免过振。

表5 清水混凝土外观质量问题的要因确认

表6 清水混凝土外观质量问题对策

(4)浇筑混凝土时砂浆飞溅到部分模板的问题。为减少混凝土振捣时砂浆飞溅,在浇筑时,要求施工人员先用彩条布遮盖未被混凝土覆盖的部分模板面,待浇筑到时再移走彩条布,防止振捣时砂浆粘附到模板面,避免拆模后粘附砂浆脱落致使混凝土出现麻面的情况。同时,在混凝土浇筑过程中,要求仓面施工人员注意对模板的保护,避免在走动过程中把砂浆带到模板上。

(5)模板围柃间距大的问题。钢模板的强度较高,一般情况下模板围柃的间距为 45cm左右。但清水混凝土的梁、柱模板采用的是胶合板材模板,外观精度要求很高,如果仍然按照常规的钢模板围柃间距来布置清水混凝土模板的围柃,必然出现因间距过大、围柃刚度不足而导致混凝土入仓后发生微胀变形的情况,造成梁、柱垂直度或截面尺寸超标。

为解决这一问题,通过受力计算分析和现场对比试验,最终确定清水混凝土梁、柱模板的围柃间距为 15～18cm。虽然加大了立模阶段的工作量,工效有所降低,但解决了因围柃刚度不足而导致混凝土变形的问题。

(6)模板底部与下层混凝土接缝不严密的问题。由于下层混凝土的细微变形,会使安装上层模板时底部接缝不严密,导致混凝土上下层间错台,影响混凝土外观质量。经过多次尝试,并借鉴其他施工单位的经验,承包人最终确定采用砂轮机打磨掉影响模板底部严密的下层混凝土的处理办法。实践证明,经打磨后的下层混凝土在上层模板安装后基本上达到模板底部接缝不透光的要求,从而解决了接缝不严密的问题。

4 工作总结

在 QC小组的技术指导下,承包人加强现场管理力度,现场工人施工水平不断提高,后续的清水混凝土施工非常顺利。

根据已制定的检查项目、质量标准和检查方法,QC小组对已完工的主厂房及安装间 591.45m高程以上周边墙、608.65m高程以上排架柱清水混凝土进行了抽样检查,检查结果见表7。

表7 厂房清水混凝土质量检测结果

各项检测数据表明,抽样检查的清水混凝土表面平整光滑、色泽均匀,无碰损和污染,检验合格率达到 93.1%,实现了预期目标。实践表明,通过 QC小组活动,在承包人及监理工程师的共同努力下,厂房清水混凝土质量控制取得了明显的效果,清水混凝土外观质量满足了合同要求。

5 结束语

通过参建四方抽调技术骨干成立 QC小组,进行 QC活动,集思广益,在承包人和监理工程师的共同努力下,光照水电站厂房结构工程清水混凝土的施工质量控制达到了预期目标,满足合同要求,并积累了宝贵的水电厂房清水混凝土施工经验。

通过对清水混凝土施工全过程的研究、分析,监理工程师认为:

(1)设计图纸要求的厂房清水混凝土标号为C20,但是为了达到清水混凝土外观要求,经业主同意,实际施工中采用了 C 25泵送混凝土,混凝土内在质量超过了设计要求,外观质量满足了清水混凝土的要求,但是,也造成了工程费用的增加。监理工程师认为,如果为了追求外观质量而提高混凝土标号,将导致费用的大幅度增加,与通过浇筑清水混凝土减少后期装修费用的初衷相违背。然而,如果浇筑 C20混凝土,则出现混凝土外观质量与清水混凝土要求有一定的距离的情况。因此,清水混凝土的效果与成本难以做到平衡。

(2)清水混凝土需要安装较大面积的悬臂模板,需要垂直起吊设备的配合,这就限制了它的浇筑部位只能局限于墙体或大的直立面,因此在水电站的使用范围有限。

(3)由于清水混凝土对模板要求较高,一般情况下,模板周转使用二三次就要修复或报废,相对于传统的钢模板,将大幅增加承包人的成本支出。

(4)清水混凝土仓面准备时间长、对操作工人的要求高,后期还需要进行表面处理,对混凝土施工工期有一定的影响,需要用时间来换取质量,难以做到既好又快。

受工期和费用的制约,光照水电站厂房结构工程清水混凝土施工未能对如何提高较低标号清水混凝土的表面光泽、如何有效加快清水混凝土施工进度进行深入、详细的研究。如果今后遇到类似的工程,在不需要增加太多费用的前提下,施工单位可在模板设计、混凝土配合比设计、脱模剂选择等方面做进一步的研究。

[1]中国建筑工程总公司.清水混凝土施工工艺标准[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.