导流隧洞工程冬季混凝土衬砌施工质量控制

2011-02-27何明

陕西水利 2011年4期

何明

（延安南沟门水利枢纽工程有限责任公司陕西延安 716000）

1 工程概况

某导流隧洞工程位于陕北黄陵县洛河流域葫芦河河口上游3km处，由进口段、洞身段和出口消能段组成，进口底板高程803m，最大下泄流量468m3/s。进口设放水塔，高68m；洞身段全长795m，采用6.0m×8.0m圆拱直墙断面，隧洞比降1%，采用C40和C25钢筋砼衬砌，砌护厚度600mm、800mm。

洛河流域属暖温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，春季干旱多风，夏季气候温热，秋季凉爽多雨。根据黄陵县、洛川县气象站实测资料统计，多年平均气温9.3℃～9.6℃，极端最低气温-23.0℃。

2 问题的提出

冬季施工由于施工条件及环境不利，是工程质量事故易出现的季节，质量事故发生率约占全年事故三分之二以上，尤以混凝土工程居多。

由于受工期制约，导流泄洪洞混凝土衬砌质量决定于冬季施工的成效，而混凝土工程在导流洞泄洪工程中所占的地位，对工程质量和安全起到至关重要的作用，因此，做好导流隧洞混凝土冬季施工控制工作尤其重要。

3 冬季混凝土施工原理

混凝土浇筑后由于水泥与水产生水化反应而逐渐凝结和硬化，产生强度。而水泥水化作用的速度除与水泥的矿物组成和混凝土配合比有关外，还与环境温度密切相关。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也加快，混凝土在低温时，水化作用明显减缓，强度增长受到阻滞。当温度降至0℃以下时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度增长也停止。实践证明，当气温在-3℃以下时，混凝土易受早期冻害，其内部水分开始冻结成冰，在混凝土内部产生膨胀，体积增大8%～9%，造成膨胀应力，使混凝土疏松，强度和防渗性能降低，甚至会丧失承载能力。故《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）规定凡工程所在地区气温连续5d稳定在5℃以下或最低气温连续5d稳定在-3℃以下时，即进入低温季节施工时期。通过实验证明，混凝土抗压强度不仅受混凝土内部水分的形态变化，组成材料的品种、质量和配合比的直接影响，还受称量偏差、混凝土拌合、入模与振捣的间接影响。因此，为了保证混凝土的抗压强度和工程质量，必须采取相应的措施控制上述因素的各种影响。

4 冬季施工的主要措施

4.1 冬季混凝土施工控制流程（见图1）

4.2 冬季混凝土施工管理措施

（1）做好施工人员的培训与技术交底工作。冬季施工由于在负温下进行作业,不了解或不熟悉冬季施工规律，极易造成工程质量事故，为保证工程质量，冬季施工前必须进行施工人员培训和技术交底工作，组织学习国家和地方有关冬季施工规范、标准、规定；学习有关冬季施工的基本理论知识及施工方法以及有关混凝土施工应该注意事项等。

（2）安排专人收集工地冬季气温变化资料。对现场测温工作统一安排专人测温，并负责每天天气预报的收听和气象记录，掌握近期气温变化情况，并及时传达和汇报气象信息，以便及时采取措施应付气温骤变。

4.3 冬季混凝土施工技术措施

（1）优化配合比。导流洞工程混凝土采用泵送入仓，为了保证混凝土的流动性，尽量降低水灰比，将用水量降低至最低限度，项目部决定稍增水泥用量，将水灰比控制在0.4以下（配合比表见表一），从而增加水泥水化热量，缩短混凝土达到龄期强度的时间，并且保证混凝土的流动性满足泵送要求，大大降低混凝土的冻害。

（2）掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌合物得流动性，改善其粘聚性和保水性。由于气泡能隔断混凝土中毛细管通道，以及气泡对混凝土内水分结冰时所产生的膨胀压力的缓冲作用，能显著提高混凝土的抗冻性和抗渗性。此外，气泡还能使混凝土弹性模量降低，对提高混凝土抗裂性有利。

4.4 保温加热措施

在优化混凝土的配合比的情况下，选择适当的保温加热措施，能很好地提高混凝土冬季施工质量。

4.4.1 原材料的保温加热措施

（1）对料场的混凝土粗细骨料采用表面覆盖塑料布或者土工布，拌合前将骨料表面的冻结层、雪团、冰块等进行清除，保证骨料温度在正温以上。

（2）在拌合站处搭建一个锅炉，采用煤块加热锅炉的方法进行拌合用水的加热，因为水的比热容约为砂石骨料的5倍多，所以将1kg水温度加热1℃相当于1kg砂石料温度提高5℃以上，故采用加热拌合用水是一种比较经济、有效的保温加热措施。将水温控制在40℃～50℃。通过值班人员现场测温记录，改水温可以控制出机口温度位于11℃～14℃范围，能够满足出机口温度在10℃以上的要求。

4.4.2 拌合的保温加热措施

图1 冬季混凝土施工质量控制流程图

表1 混凝土配合比

（1）增加混凝土拌合时间。为了保证冬季混凝土生产拌合物的充分混合、搅拌均匀，消除各种原材料的温度差异和骨料结块以及冰块的影响，项目部要求拌和站将拌合时间延长至正常拌合时间的1.5倍。

（2）拌合楼的保温措施。在拌合站处采用塑料布或土工布搭设暖棚，在暖棚内设置升温煤炉，拌合站出机口采用毛毡进行包裹，将拌合进水管采用泡沫板进行包裹，减少热量损失。在拌合站内悬挂温度计，根据温度变化随时调整暖棚内煤炉个数，保证混凝土的出机口温度在10℃以上的要求。

4.4.3 运输与浇筑保温加热措施

（1）导流洞混凝土采用混凝土罐车运输，泵送入仓浇筑方式，混凝土运输罐车外包裹泡沫板进行保温，采取措施尽量缩短运输时间和停留时间；泵送混凝土的管道，采取泡沫板进行包裹。保证混凝土在运输中，不得有表层冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度损失等现象。通过现场值班人员测温表明，采取改措施不仅可以保证混凝土良好的和易性还能够保证入模温度在5℃以上。

（2）在混凝土浇筑前，利用隧洞本身有利条件，采用暖棚法混凝土浇筑，将导流洞进出口两端分别设置两道门帘，在洞内每隔50m设置加热煤炉和电坞灯，尤其是仓面处增加煤炉和电钨灯数量，根据现场测温表面，能保证仓面温度在5℃以上。

4.4.4 混凝土养护的保温加热措施

将导流洞进出口两端分别设置两道门帘，在洞内每隔50m设置加热煤炉和电坞灯，在已浇筑的混凝土处增加煤炉和电钨灯数量，使洞内温度保持在10℃以上。待达到拆模要求时，继续加热保温养护。

拆模完毕后，安排工人对混凝土面涂刷混凝土养护剂，减少水分蒸发，以利于混凝土的水化反应，促进混凝土强度发展。

5 结果分析

5.1 温度数据统计

导流洞工程冬季施工期（11月中旬～次年2月中旬）实测室外环境平均气温-13℃，最低气温-24℃。拌合站暖棚最低气温10℃，浇筑仓面暖棚最低气温8℃，同室外温度相差20℃左右，可以看出采用暖棚法进行混凝土浇筑保温效果比较明显。

5.2 同条件下试块养生强度分析

在导流洞工程整个冬季施工过程中，业主、监理、施工严格按照施工规范要求，对每一个单元工程的混凝土拌合物进行了相同条件下的试块取样、留置和养护，并送往委托实验室进行各种性能检验。结果如下：20组C40试块，抗压强度最大值为47.9MPa，最小值为 40.8MPa，平均值为 42.6MPa；1组W6抗渗试块和1组F200抗冻试块均满足设计要求。