引水隧洞抗渗防冻混凝土施工质量控制关键技术

张根全

【摘 要】引水隧洞工程对混凝土衬砌的抗渗和防冻性有着较高的质量要求。因此，在水工隧洞混凝土衬砌施工中如何保证其整体抗渗性和防冻性，是施工技术管理中重点研究的课题。本文以建设中的山西大水网中部引黄工程为案例，对课题展开研究。针对性地提出引水隧洞抗渗防冻混凝土施工质量控制关键技术。

【关键词】引水隧洞；抗渗防冻；混凝土；质量控制

0 引言

近年来随着我国水资源合理化配置战略的不断推进，长距离引（输）水工程逐步成为水利工程建设的热点，如南水北调、引汉济渭、山西大水网等工程。引水工程多穿越干旱少雨的北方山区，隧洞工程在设计、施工中成为常见的主要建筑物，而引水隧洞工程对混凝土衬砌的抗渗和耐久（防冻）性有着较高的质量要求。因此，在水工隧洞混凝土衬砌施工中如何保证其整体抗渗性和耐久性，是施工技术管理中重点研究的课题。本文以我项目正在建设中的山西中部引黄工程交汾灵2#隧洞为例，对课题展开研究。

1 工程概况

本项目所承建的山西中部引黄20标主要承担中部引黄东干交汾灵2#隧洞12km施工任务，工程地跨山西吕梁交口县、晋中灵石县，洞身穿越奥陶系中统峰组泥灰岩夹灰岩，全洞段V级围岩占62%，地质构造复杂，围岩稳定性差，地下渗涌水丰富。

隧洞设计为城门洞形断面，净宽2.5m，净高3.04m，直墙段高2.2m，顶拱中心角135度，半径1.35m。隧洞于2016年1月全面贯通，3月份转入二衬施工，二衬工程主要工程量有混凝土浇筑45000m3，钢筋制安5300t，C25混凝土设计有抗渗W6、抗冻F50，抗渗W6抗冻F200两个等级，二衬台车设计为12米，需浇筑1000组，混凝土质量标准高，工期紧，任务重。

2 课题研究思路

根据以往施工经验，抗渗防冻混凝土质量的控制，需要从原材，配合比，混凝土生产，浇筑施工工艺，止水预埋件安装到后期养护等各个工序环节的控制来实现，体现了施工全过程控制的管理理念。结合我项目实际施工现状，为确保优质高效完成二衬施工任务，我们重点从以下几个方面着手进行研究、并加强控制：

（1）通过优化混凝土配合比设计，满足其抗渗、防冻、强度要求。

（2）优化施工工艺，最大程度降低施工缝带来的质量影响。

（3）研究施工方法，提高伸缩缝橡胶止水带安装质量。

（4）通过混凝土浇筑过程控制施工，保证最终的产品质量。

3 配合比设计

3.1 主要参数指标

洞内水工混凝土设计要求为标号C25抗渗W6抗冻F50和C25抗渗W6抗冻F200，重点控制混凝土防冻、抗渗方面的技术要求，保证满足混凝土强度等技术指标。

3.2 原材试验检测

水泥依据GB175-2007《通用硅酸盐水泥》进行常规试验检测及碱含量试验检测；砂和碎石依据《水工混凝土试验规程》SL352-2006，《普通混凝土用砂，石质量及检验方法标准》JGJ52-2006，进行常规试验检测及碱活性试验；引气剂依据《水工混凝土外加剂技术规程》，DL/T5100-2014进行常规试验检測及碱含量试验检测，要求各项指标均符合技术规范标准要求。

3.3 试验方法

为保证试验检测标准，选择了当地水利工程质量检测甲级资质单位进行委托试验，包括混凝土强度、防渗、抗冻等相关项目。

3.4 配合比优化

3.5 试验成果总结

混凝土原材料质量对配合比产生直接影响，料源经过物资部门，试验室人员多地考察筛选。抗渗混凝土所需引气剂对配合比原材料的相容性较差，技术成分高，参数要求精确。结果表明 ，混凝土中含气量的增加 ，可以大幅增强混凝土的抗冻融能力 ，并改善新拌混凝土的和易性，但同时引气含量过高则会导致混凝土抗渗性能的急剧下降。经试验室多次试验检测后发现，含气量大于4%可以明显改善混凝土抗冻性，和易性也会相应增强。但含气量超过6%-8%时混凝土强度和抗渗性又会急剧下降。因此本工程初定将混凝土含气量控制在5%左右，根据原材料的性能再进行现场调控。

表3 混凝土配合比三

配合比试验的过程中，在各项指标保证的情况下，逐级减少水泥用量，一方面可减少因混凝土水化热造成的温度裂缝，另一方面也可降低施工成本，经济性较好。需要值得注意的是，因为在实验室骨料是用干料做的，因此在施工中应按照现场砂、石含水量，调整施工配合比。引气剂如果是水剂，也要注意将水含量计入配合比施工用水的一部分。

4 施工缝质量控制

4.1 施工缝设置

由于混凝土抗拉强度低，仅为抗压强度的7%～14%（平均约为 10%最合理），因此，施工缝宜留在结构受剪力较小且便于施工的部位。根据设计规范要求和现场实际情况，我项目将施工缝设置在侧墙与底板交接处。如图2所示。

4.2 施工缝凿毛工艺

凿毛的目的是提高混凝土表面的附着力，使新旧混凝土形成整体。凿毛要求凿除混凝土表面的浮浆，见到粗骨料。混凝土初凝或终凝之前采用耙、刷拉毛、象征性的凿毛（在混凝土施工缝上凿几个点）均不符合要求。隧道二衬纵向施工缝混凝土表面凿毛可采用风动凿毛机和人工电镐凿毛相结合的方式，在无法使用风动机的部位采用人工凿毛。

4.3 施工缝处理质量控制要点

（1）先浇筑的混凝土必须在达到强度后凿除表面的水泥砂浆和松软层；

（2）凿毛应使露出新鲜混凝土面积不低于75%，且靠边墙内侧边缘5cm内不得凿毛；

（3）采用点式凿毛时，为了保证凿毛面的美观，凹坑按照梅花形布置，但纵向施工缝由于受相邻段衬砌漏浆影响，不建议采用点式凿毛。

（4）人工凿毛时混凝土应达到2.5MPa以上，风动机凿毛时混凝土应达到10MPa以上。

（5）混凝土凿毛面的杂物必须清除干净，可以用水冲洗混凝土表面，但不得积水。

5 伸缩缝橡胶止水带安设

5.1 橡胶止水带的型号及特点

651型橡胶止水带是止水带的一种常用型号，属于中埋式止水带，工程使用最广泛，651型橡胶止水带在各种荷载下产生弹性变形，从而起到坚固密封，有效地防止建筑构造的漏水，渗水并起到减震缓冲作用。

5.2 橡胶止水带安装工艺

（1）止水带施工工艺流程：

绑扎挡头钢筋穿钢筋卡子→止水带放置到位→定位下一组止水带→混凝土浇筑定位节止水带→混凝土浇筑挡头板拆除→定位下环止水带。

（2）施作方法：环向施工缝止水带距迎水面150mm，橡胶止水带中心线与接缝中心线重合。安装位置符合设计要求，固定牢靠、平直、连续，不得有扭曲现象。施工伸缩缝接缝处用20mm厚高密度聚乙烯闭孔泡沫板进行填充封闭。泡沫板略高出施工缝面，以便后期查找。

（3）施工控制要点：

1）伸缩缝1m范围内围岩不得渗漏水，如有则采取必要的挡堵和引排措施。

2）每个伸缩缝用一整条止水带，尽量不采取搭接，将接头设在拱顶部位，搭接长度不小于10cm。

3）止水帶对称安装，伸入模内和外露部分宽度必须相等，沿环向每50cm设二根φ6mm短钢筋夹住。

4）浇注混凝土时，在止水带附近振捣密实，但不得碰止水带，防止以防跑偏走位。

5.3 伸缩缝填缝施工

（1）灌缝前首先将缝清理干净，将缝内的土、杂物清理出去。清缝用专用刷子或风枪或喷雾器清扫干净，不得留有杂土、杂物。

（2）用1：1：3（水泥、沥青、砂子）灌入缝内，然后用沥青砂浆填满，充填要饱满，不得虚灌、漏灌。

（3）配置专业施工人员进行灌注。伸缩缝两边预留0.5cm宽缝隙便于粘结牢固。水平缝可直接灌入缝内。

6 混凝土浇筑过程质量控制

6.1 混凝土入仓前准备工作

混凝土拌制前，由试验室根据规范要求测定砂石料含水率，并下发施工配料单，拌合站应严格按照试验室下发的施工配料单来控制水灰比，塌落度，含气量等参数。混凝土按现场施工配合比生产，首盘混凝土发料前拌合站测定塌落度、含气量为标准范围后方可出拌合站使用。浇筑中技术人员随机进行混凝土塌落度抽检，塌落度控制在160-180mm。开始浇筑时先在仓内铺设2-3cm厚同标号砂浆，再进行混凝土浇筑。

6.2 预留注浆管及预埋件施工

为保证隧洞顶拱混凝土密实，需要在后期进行回填注浆，在施工中预留注浆孔道可减少后期注浆孔钻孔工序。拱顶中线位置纵向每2m设一组注浆管，顶拱100°范围内3孔/2孔间隔布置。预埋注浆管采用φ38×2mmPVC管，出浆口顶在初支喷射混凝土面上，并同时用胶粘带将管口封闭，防止浇筑混凝土时砂浆堵塞注浆管。隧道预留注浆管采取在衬砌台车模板上钻孔固定预留，保证其尺寸和位置准确。浇筑完毕后在混凝土初凝前必须将PVC管拔出。

6.3 混凝土浇筑

隧洞拱顶及侧墙采用模板台车衬砌。侧墙和顶拱混凝土从泵送软管接台车顶部进料口进行浇筑，浇筑顺序为先浇筑侧墙，后浇筑拱顶。浇筑方向从上一模伸缩缝一侧开始向台车前进方向一侧进行浇筑，根据台车设置的进料口位置分段，每一段浇筑至确保拱顶部位密实后方可封堵进料口，将输料软管移至下一个进料口进料，确保拱顶混凝土密实，拱顶预留注浆孔，对空洞进行回填灌浆，确保拱部密实。混凝土浇筑前先泵送同级砂浆，以保证施工缝处新老混凝土的粘接，防止模板缝隙漏浆造成混凝土泛砂或露骨，同时起到润湿输送泵和管路的作用。

6.4 拱顶混凝土施工工艺

（1）分层分窗浇筑：泵送混凝土入仓自下而上，从已浇筑段接头处向未浇筑方向。充分利用台架工作窗口对混凝土插入振捣棒振捣，在出料管前端加接4～5m同径橡胶软管，方便与台车进料口对接。

（2）封顶工艺：当混凝土浇筑面已接近顶部（以高于模板台车顶模为界限）进入封顶阶段。为了保证空气能够顺利排出，在堵头模板的最上端预留两个圆孔，安装排气管（采用Φ32mm焊管）。当发现混凝土表层离析水、稀浆自排气管中流出时，表明仓内混凝土浇筑密实。

浇筑过程由人工插入式振捣棒振捣为主，附着式振捣器辅助振捣，以工作窗为单位，定人、定点、分区进行。标准为混凝土不下沉，不冒气泡，表面开始泛浆。特别是倒角部位要捣固充分，避免出现气孔空洞，保证混凝土的密实。台车就位前准确安装注浆管以防止混凝土渗入，并在后期利用孔道进行压浆，使衬砌背后充填密实。

6.5 施工控制要点：

（1）泵送混凝土对塌落度要求较高，施工中要严格控制混凝土坍落度，施工人员在拌合站及入料口均应进行塌落度试验，并做好记录；严禁在现场随意加水，以确保混凝土的密实度及抗裂性。施工配合比必须进行试验，根据原材料含水率随时调整。

（2）洞内水工混凝土有抗渗防冻要求，因此对混凝土配合比，尤其是引气减水剂计量精度要求较高，应重点控制。每次开盘前由拌合站实验人员做混凝土含气量检测试验，严格控制混凝土含气量指标。

（3）引水隧洞对防渗要求严格，施工中按照设计要求做好伸缩缝处止水带及缝面防渗填筑材料质量控制。在预埋止水带过程中，尽可能将接缝设置在过水断面以外。根据方案施工缝设置在底板倒角部位，如果未设置纵向止水，必须要将该处混凝土结合面凿毛工序作为质量控制要点。施工中加强振捣，确保施工缝部位新老混凝土结合面质量，增强抗渗性。

（4）浇筑混凝土时注意不要直接接触止水带，防止浇筑过程止水带变形，并注意周围混凝土振捣，满足止水带与混凝土充分结合。

（5）要将混凝土外观作为质量控制重点，重视模板清理和脱模剂涂刷，浇筑中的振捣到位，减少浇筑间歇时间，防止冷缝和色泽不均。底板浇筑完毕后进行二次人工收面，底板顶面设计高程允许误差±10mm，表面平整度不大于8mm/2m。混凝土结构表面应密实平整、颜色均匀一致，线性顺直美观，施工缝平顺无错台，不得有蜂窝麻面、水纹云波，疏松掉块等缺陷。

7 结语

项目通过优化配合比，提高原材质量，有效保证了二衬混凝土强度、抗渗、防冻的技术要求。对于施工缝产生的质量影响，通过合理的施工工艺，严格的质量标准，降低其带来的负面影响。针对施工难点，并着重对伸缩缝橡胶止水带安设和混凝土浇筑过程中质量控制要素进行了分析总结。通过上述不断摸索与总结提高，二衬浇筑从2016年3月底正常施工后，进度有序推进，不断攀升，安全受控、质量优良，受到甲方及监理单位高度认可，并为同期施工的相邻标段提供了借鉴与参考。

【参考文献】

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[3]谭宏涛.抗冻抗渗混凝土配合比设计和力学特性试验探讨[J].科技风，2014，19.

[责任编辑：朱丽娜]