南水北调工程薄壁混凝土施工质量控制

刘钦冬，田德超

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250014；2.枣庄大禹水利工程处，山东 枣庄 277400）

台儿庄泵站工程位于枣庄市台儿庄区境内，是南水北调东线工程的第七级泵站，主要是抽引骆马湖水，借助韩庄运河向北输送，实现东线工程向北调水的目的，并改善韩庄运河的航运条件。泵站的设计调水流量125m3/s，设计水位站下20.56m（85国家高程基准），站上25.09m，设计扬程4.53m，平均扬程3.73m，总装机容量为12000kW。台儿庄泵站的最大翼墙长度为11.916m，宽 14.68m，总浇筑高度达 13.3m，最大仓面面积为36.58m2，采用C25W4F100混凝土，泵送混凝土施工，塌落度14～16cm，总计浇筑方量达291.85m3，薄壁混凝土的裂纹控制是施工的技术难点之一。

1 混凝土产生裂缝的原因

1.1 施工环境与材料特性因素

在日晒、多风、干旱的天气施工，或施工温度高于30℃，低于5℃时，由于其表面失水过快，或内外温差超过20℃，薄壁混凝土表面就会形成不同程度的裂缝。另外，夏季时白天施工要比晚上施工产生的裂缝多，冬季施工要比夏季施工产生的裂缝多。由于混凝土材料本身的特性，受氯离子侵蚀、干缩、碱骨料反应、水泥水化热、混凝土自身质量问题、温度及淡水有害盐分入侵等因素的影响而产生裂缝。

1.2 施工工艺因素

当削坡后的复合土工膜、砂垫层、基面、保温板等任意一层未能达到设计要求时，其上面的薄壁混凝土砌层将会出现不均匀的沉降，进而产生裂缝。在施工过程中，薄壁混凝土的和易性，振捣过程的密实性，与薄壁混凝土衬砌完成后所产生拉应力密切相关，不均匀的拉应力将导致薄壁混凝土表面产生不同程度的拉裂，最终产生贯穿裂缝。在薄壁混凝土施工完成后，要及时进行合理养护，如盖膜、洒水等。

1.3 干缩裂缝的影响

由于混凝土毛细孔隙的压力作用，毛细孔隙在干燥时逐渐失去水分，产生的毛细孔隙张力作用力，这样混凝土就会体积收缩，因混凝土周围存在约束，内部还存在拉应力，当这种拉应力超过混凝土材料的抗拉强度时，就产生了干缩裂缝。

2 施工质量保证措施

2.1 原材料控制

1）对基本组成材料的控制。要严格控制水、水泥、骨料等基料的配合比。水泥选用普通硅酸盐P.O42.5水泥，按照1批（次）/200t抽样一次；选用经反击式破碎机轧制后的碎石作为粗集料，要求不含风化颗粒、清洁、坚硬；选择经专用制砂机制造的机制砂，要求其干燥、洁净、无杂质、无风化的适当颗粒；水量的使用也必须进行控制，因为多余的水会导致毛细孔中的水分增加，降低混凝土的耐久性。

2）外加剂的选用。在混凝土中掺入粉煤灰，能够提高混凝土的耐久性，根据试验可知，本工程掺入量取25%。据推算，在本工程中掺用的粉煤灰使混凝土的内部温度降低了约6.8～8.2℃，在一定程度上降低了裂缝产生的机率。

2.2 对施工环境因素的控制

1）温度控制。水化后的水泥会释放出大量的热量，此时，混凝土内外温差较大，易形成裂缝。尤其夏季施工时，混凝土出机口的温度在30℃左右，室外的石子表面温度也可达50℃，这将促使水化后的混凝土内部的温度更高，所以薄壁混凝土的施工温度不要高于28℃。在当日最高气温大于30℃时，最好选择早晨、傍晚或者夜间进行施工，当现场的温度高于35℃时，要停止施工。控制骨料的温度要从洒水降温和搭盖凉棚两方面进行。同时，混凝土在浇筑前，拌和水也要放入条形冰块进行降温。

当现场最低气温低于0℃，或日均气温连续5d低于5℃时，要增加骨料搅拌的时间、调节拌和水的温度，确保拌和物在入仓时温度不低于5℃。冬季施工，当温度低于0℃时，刚完成抹面收光施工的混凝土，要采用两层彩条布加棉被进行养护，避免内外温差大于20℃，防止产生裂纹。

2）风力控制。在风力低于4级时，才可进行混凝土施工作业。依据天气的情况，调整混凝土的用水量和外加剂用量，以保证混凝土在入仓时的塌落度达到施工要求。同时，在施工时要边衬砌边覆盖彩条布。在初凝前，用洒水车喷头对混凝土表面进行喷雾养护。在风速高于4级时，停止施工作业。

2.3 混凝土浇筑方法控制

1）减少混凝土周围的约束。当混凝土周围约束过大时，其内部拉应力得不到释放，进而使混凝土发生干裂。所以，要降低混凝土的分仓长度，使混凝土内部的拉应力能够得到充分释放。分段浇筑长度应为8m的整数倍，其值要在16～40m的范围内。

2）布料和摊铺的控制。为保证施工作业的安全性，降低混凝土产生骨料分离的机率，通常情况下，坡面上的布料要采用从下至上的方式并且要连续进行，以此减少大石子向下滚落的数量，同时要及时对混凝土中密集的粗骨料进行清理。对衬砌小车行走进行清理时，要先将振动打开，在振动碾压时，保持混凝土不处于欠振、过振或漏振，达到表面出浆的同时，不发生麻面、蜂窝、露石等现象。一旦出现上述现象要及时采取增加碾压遍数等方法进行处理。

3）人工填补及振捣边角处的控制。在渠坡衬砌的顶部和底部进行作业时，容易产生振动碾压机振捣不到位、缺料等现象，此时应及时进行人工补料，同时要用插入式振捣器辅助振捣。在衬砌机开出仓时，要用插入式振捣器从下至上，沿模板边界处行走一道，以确保边角处无麻面、蜂窝现象，保证混凝土的密实度。

4）机械抹面的控制。当混凝土摊铺机的摊铺宽度大于4m时，就可以使用抹面机进行抹面、收平、进一步提浆。在初次抹面时，因混凝土表面坍落度偏大，要自下而上进行抹面，抹光机的移动间距为圆盘直径的2/3。连续作业时，保证无漏抹，表面平整均匀一致。坡顶和坡底无法使用抹面机的位置要全部由人工操作，边模位置在机械抹面后，要用人工及时修理。在混凝土初凝前，要由人工连续进行抹面压光3遍，保证表面平整，提出的浆面均匀。

2.4 混凝土的养护

混凝土的养护对后期产生裂缝的数量影响较大，所以对混凝土开展合理、科学的养护显得尤为重要。《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）中规定，渠道衬砌薄壁混凝土的湿润养护要大于28d，因此该工程前期采用洒水，后期采用贴养护膜的方式进行养护。由于该工程选用普通硅酸盐水泥，混凝土在早期时水化热较大。经检测，通常在浇筑后的24h左右，其内部温度就能达到33℃，而这段时间恰好为前期的养护时间，因此对衬砌混凝土板要进行“人工裂缝”，切成4m×4m的板块，用节水保湿养护膜和盖彩条塑料布对其进行覆盖。当气温较高时，要常揭开检查，必要时要对局部进行补水。在切缝施工结束后，要立刻贴上养护膜，进行全天候28d养护，此时其内部温度将降至18℃。

通过对比可以发现，采取上述措施处理的混凝土板，要比未采取措施的混凝土板产生的裂缝要少很多。