航道整治工程预制扭王字块体表面缺陷及防治探讨

龚静 胡冬冬 江西省路港工程有限公司

1.工程背景

某航道工程按照Ⅲ级航道标准建设，航道设计宽度70m，水深1.7m，可通行两排两列1000t级顶推船队，航道弯曲半径≥500 m，通航保证率达96%及以上。本次航道整治主要为长度250km的河段，河段内建筑物25座，主要包括总长度500m的3座丁坝、总长度1280m的5座锁坝，总长度1145m的3座潜坝，长1150m的1座分流鱼嘴，总长11400m的13处护岸。该航道通河基本站设计水位99.8m，整治水位按照设计水位+0.8m设计，单一河段整治线宽560～600m，分汊河段适当缩窄整治线宽度。根据数模验证并结合工程实际运行效果，应适当降低部分丁坝、锁坝设计顶高程至设计水位；潜坝坝顶高程按照设计水位-0.5m确定，坝体为散抛石、面层灌注絮凝砂浆结构，护岸顶高程按照原有岸顶高程均值确定，面层为雷诺护垫，并结合棱体抛石局部灌浆，以提升结构整体性和耐久性。

本次建设标段航道整治工程部分主要内容为滩险河段整治，主要工程措施包括疏浚、陆上炸岩、水下清礁、水下清渣、坝体抛筑等工程项目。滩坝体抛筑采用抛石结构，坝根采用扭王字块护根，并在滩险左岸修建1道顺坝（L1）和3道丁坝（L2～L4）。坝体主要采用抛石结构或箱体结构，扭王字块护面及镇脚。

扭王字块由6个肢杆构成，且其肢杆不全在同一平面，属于形状不规整的混凝土结构块，几何形状复杂；按照设计要求，本次航道整治工程拟预制扭王字块18.8万件，扭王字块设计高度1.094m，单块重1.0t，砼标号C30，考虑到工程所需扭王字块数量较多，且均通过预制方式制成。大量工程实践证明，扭王字块在预制过程中很容易出现块体表面砂斑、砂线、边棱掉角、烂脚及气孔等问题，为提升预制质量，有效杜绝块体表面缺陷，本航道整治工程在施工前先进行了模拟试验，并寻找可能出现病害的主要成因，采取针对性强的改善措施予以控制，通过理论分析和生产实践的不断试验与总结，取得了较好的效果。

本次航道整治工程预制扭王字块尺寸表及立面、侧视、俯视图详见表1和图1。

图1 预制扭王字块立面、侧视、俯视图

表1 本次航道整治工程预制扭王字块尺寸表（单位：m）

2.预制扭王字块体表面缺陷

2.1 边棱掉角

造成预制扭王字块体表面边棱掉角的主要原因在于拆模强度未达到5MPa的设计强度，既会导致预制构件边棱掉角和破损，又会增大悬臂梁上中肢断肢的可能性。本航道整治工程模板设计内角较小，且模板内侧焊缝焊渣并未彻底清理，模板内侧的水泥浆层也未彻底清除，导致其内侧壁面粗糙，增大了模板和构件的摩擦力与粘附力。采用千斤顶脱模的过程中，如遇顶孔不平，必然会发生偏心受力，导致上中肢端部边角破坏。此外，脱模过程中千斤顶顶离模板的距离过小，在通过撬棍进行模板平行移动时产生较大的前倾幅度，导致上肢腋部内模角顶发生破损。

2.2 砂斑、砂线

本次航道整治工程多次现场试验结果显示，工程拟采用的PO32.5R水泥时间与泌水率关系与其余水泥不同，首次进行混凝土振捣后泌水率较小，出现假凝现象，且随着构件体积的减小，竖向泌水率较小，横向泌水率较大，且其止浆缝内采用的是密封性能较好的高密度泡沫填充板，当混凝土发生收缩，模板和混凝土之间便会出现真空负压腔，为保持压力平衡，混凝土拌合物中有较大流动性的水便会被吸出，形成砂斑、砂线。

负压是造成吸水的条件，而混凝土拌合物内游离水过多则为吸水发生提供了机会。所以，如果混凝土拌合物中游离水含量减少，则被吸水的可能就会大大减弱。同时，混凝土拌合物内所存在的空隙和气泡也容易汇集泌水，一旦出现负压条件，就必然发生吸水，而且空隙和气泡越大，集水量越多，所形成的砂斑、砂线也越严重。

2.3 气泡

在扭王字块中下肢顶面的斜面较为平缓的区域会出现明显的气泡，造成这种缺陷的主要原因在于分层太厚、混凝土混合料粘稠度过高、振捣不充分，使气泡无法正常排出。

2.4 烂脚

若底层混凝土拌合物厚度过大，既会延长振捣时间，又会不断顶起模板并使模板上浮后离开底模，引发缝隙漏浆，此时如果操作人员误认为是振捣不够，又会加强振捣，便会造成混凝土拌合物离析，砂浆由缝隙流出，剩余的粗骨料露出后形成烂脚。

3.预制扭王字块体表面缺陷的防治

3.1 边棱掉角缺陷的防治

考虑到混凝土终凝5h后早期强度便会以0.3～0.5MPa/h的速度快速增长，本工程应当充分利用这一特征，在25℃的施工环境温度下养护20h后拆模，若环境温度降低，应适当延长养护拆模时间。按照设计配合比施工时还应尽量提升混凝土强度，混杂拌合站后仓上料砂与不同粒径粗骨料，如遇较小的砂细度模数，应通过调整砂率控制混凝土塌落度、水灰比等性能参数，采用早期外加剂并延长养护拆模时间。

脱模过程中应尽量使千斤顶将模板顶离构件，控制打撬棍的幅度，避免模板和构件发生触碰，模板起吊时应派专人扶持，防止其触碰构件。

3.2 砂斑、砂线的防治

调整原材料配合比后进行反复试验的结果表明，由于负压吸水的原因仍然存在，所以扭王字块体表面的砂斑、砂线并未彻底消除。在模板开孔后，不断流出的泌水冲掉水泥浆后堵塞孔洞，无法达到模板内外压力的平衡状态。借鉴类似工程经验并通过反复的局部试验得出，构件上的螺丝经松动调整后能有效抑制砂斑、砂线的出现，但是必须加强螺丝松动时间和程度的控制，既要保证空气通过，又不能使水泥浆液流出。

在混凝土配合比中应按设计要求掺加减水剂，在便于施工的情况下尽量降低塌落度，保证振捣充分和密实，并在完成扭王字块浇筑后，必须及时排除混凝土顶面的泌水，不得出现积水。

3.3 气泡的防治

混凝土拌合物塌落度不能过小，如果过小会增大混凝土粘稠度，阻碍气泡逸出。本次航道整治工程所使用的粒径16～31.5mm的石粉含量偏大，导致拌合物粘稠度增大，为此，应调整砂细度模量，并控制石粉含量，将砂率混凝土拌合物塌落度严格控制在3.0～5.0cm。结合扭王字块构件设计高度和形状，应分4～5层进行浇筑，将各浇筑层厚度控制在50cm以内，尤其对于中下肢斜面位置，如果浇筑层厚度过大，则斜面内所聚集的气泡很难逸出。此外，本工程预制扭王字块过程中应换用φ75振捣棒进行二次振捣；应使用经过稀释的油性脱模剂，并减小脱模剂的涂抹厚度。

3.4 烂脚的防治

造成扭王字预制块烂脚的主要原因是拌合物振捣过程中所施加的力度超出模板自重及其与混凝土的摩擦力时所引起的模板上浮，若首层混凝土分层厚度低于斜面起点，则应充分振捣，防止出现蜂窝、麻面及气泡。混凝土材料具有很强的触变性，所以对于已经振捣密实的砼结构应尽量不再触碰，使其与模板形成整体性结构。此时，进行上层浇筑时就不容易出现模板上浮，即使有，也不会触动到底层砼结构，更不会使水泥浆流失，避免烂脚缺陷的出现。

4.结论

本文分析结果表明，预制扭王字块构件因形状复杂，预制数量较多，而经常出现边棱掉角，砂斑、砂线，气泡及烂脚等缺陷，造成资源浪费，甚至影响航道整治工程施工的顺利进行。为预防和避免上述缺陷的出现，必须通过反复试验和试制，寻找引发各种缺陷的原因和病害发生规律，采取优化混凝土配合比、改进振捣工艺、加强泌水排出、强化施工过程管理等有效措施提升预制扭王字块混凝土构件的内在和表观质量。