水利工程混凝土施工技术及养护

吴 勇，刘俊新

（益阳市洞庭湖北部补水工程管理所，湖南 益阳 413000）

水利工程的施工环境比较恶劣，施工内容较为复杂，因此，对于施工技术要求极高，混凝土施工作为水利工程施工的关键性部分，对于施工技术的要求更为严苛。在实际施工过程中，包括施工前准备、混凝土材料选择、混凝土配合比以及混凝土浇筑、养护等环节都需要严格把控，这样才能充分确保混凝土施工质量，混凝土凝固后的强度和性能指标才能符合工程设计要求和相关标准，满足使用需求。

1 工程概况

某水库工程位于武威市天祝藏族自治县西北部金强河的支流石门河上，是石门河调蓄引水工程的枢纽工程，水库挡水建筑设计为混凝土重力坝，正常情况下蓄水位为2 896 m，设计洪水位为2 897 m，校核洪水位为2 898.97 m；设计坝顶宽度设计8.0 m，坝体最大高度48.50 m，坝顶高程2 899 m，坝顶轴线长122.45 m。整个坝体分为溢流坝段（如图1 所示）、中孔坝段以及挡水坝段（如图2 所示）三个部分。水库工程建成后可引水至工业园区以及水泉上滩，在保障工业园区用水需求的基础上，还可以兼顾部分村镇居民用水以及灌溉用水需求。该地区地处高海拔地区，最高海拔4 874 m，属于大陆性高原气候，气温较低，因此，工程混凝土施工难度较大。

图1 溢流坝段截面图

图2 挡水坝段截面图

2 工程施工难点以及混凝土施工作业目标

2.1 工程施工难点

由于项目所处区域为高海拔地区，气温较低，采用常规混凝土配合比凝固时间较长，并且混凝土初期强度偏低，不能满足工程设计要求。同时在混凝土试拌过程中，发现混凝土塌落度以及保塑性不符合施工要求，必须增加混凝土外加剂用量。受上述因素的影响，在工程建设初期，为确定混凝土配合比以及外加剂用量消耗了大量时间，导致后续施工工期比较紧张。

2.2 混凝土施工作业目标

考虑到项目所处区域的实际情况，既要考虑大体积混凝土施工的水化热等降温防裂措施，又要考虑混凝土低温施工的表面防冻养护措施，以确保施工质量；同时要注意养护期结束后，坝体能适应温度变化造成的影响，使混凝土在规定龄期内强度达到设计标准；在温度波动较大或者外界环境比较干燥的情况下，要注意先浇混凝土的施工缝处理，避免出现裂缝导致返工。

3 混凝土施工技术

3.1 施工前准备

考虑到项目所在区域冬季气温较低，河流会进入冰冻期，因此选择在冬季进行混凝土施工，这样有利于大体积混凝土施工温度控制，同时可以分摊夏季施工作业高峰的施工强度，优化配置劳动力资源，并且可以充分利用河流冰冻面进行施工作业，能合理控制工程施工成本。具体来讲，在施工前需要考虑以下几方面的因素：一是施工区域的气候条件、环境条件、工程条件以及项目整体结构与规模；二是确定施工现场的人力资源配置以及机械设备配置，制定科学的混凝土浇筑强度、质量控制措施和养护方案[1]；三是针对项目所处区域的气候因素制定完善的应急方案；四是检查施工现场的工作环境，为施工人员营造出安全的作业环境。

3.2 混凝土材料选择以及混凝土配合比

由于项目所处区域的气候条件特殊，对于混凝土配合比的要求比较严格，根据W/C 标准的要求，混凝土经过初期养护后抗压强度至少要达到3.5 N/mm2[2]。鉴于此，本项目混凝土施工无论在材料选择还是混凝土配合比上都需要严格把控，否则会直接影响后续混凝土浇筑施工。

1）材料选择。水泥材料选择普通硅酸盐水泥或者中热、低热硅酸盐水泥，不宜采用凝结速度相对较快的硫铝酸盐水泥或者铝酸盐水泥，同时水泥材料的选择还需要考虑到与混凝土外加剂兼容性，综合多种因素拟采用普通硅酸盐水泥。

因混凝土重力坝为大体积混凝土，骨料应采用多级配形式，细骨料除符合《水工混凝土施工规范》的相关要求外，最大粒径不超过5 mm，人工砂细度模数控制2.4～2.8，天然砂细度模数控制在2.2～3.0；细骨料在使用前需要进行碱活性试验，合格后方能使用；此外，细骨料还需要满足如下要求，如表1 所示。

表1 细骨料品质要求

粗骨料除符合《水工混凝土施工规范》的相关要求外，一般采用二至三级配最大粒径按浇筑条件确定；表面必须洁净无污染；若使用含有黄锈、钙质结核或者活性骨料的粗骨料，需要进行专门试验[3]；此外，粗骨料还需要满足如下要求，如表2 所示。

表2 粗骨料品质要求

2）混凝土配合比。混凝土配合比如表3 所示。水灰比应综合抗渗与塌落度要求通过试验确定。

表3 混凝土配合比 kg

3.3 混凝土用量计算

拌制混凝土量计算公式为：

式中 Q混——拌制混凝土总量（t）；

K——扩大系数，K=1.25；

γ——拌制混凝土容重，γ=2.6 t/m3；

V——主体工程混凝土工程量（m3）。

经计算Q混=24.45 万t。

3.4 混凝土浇筑施工

在混凝土浇筑施工过程中需要注意以下几方面：

1）混凝土禁止直接浇筑在冻结的地基或者已浇混凝土表面上，浇筑施工时要求作业面以及模板表面温度必须高于冻结温度，否则待温度上升，因冻结的作业面或者混凝土表面冰层融化，会影响混凝土浇筑施工质量。

2）在浇筑施工前必须要将附着在模板上或者钢筋上的雪全部清理干净，建议采用蒸汽解冻[5]，否则待温度上升，冰雪融化可能会导致混凝土内部出现裂缝，同时在浇筑施工过程中要注意上述部位再次出现冻结的情况。

3）浇筑施工时要注意控制混凝土的温度，避免水化过度升温和低温环境导致的温度骤然下降，并且要注意如果作业面尚存在积水，不能直接进行整平作业。

4）混凝土浇筑施工完成后，要注意成品保护，不能使已浇筑部分长时间暴露于空气中，避免混凝土表面出现干缩裂缝和冻结破坏。

5）如果使用混凝土泵送施工，则输送管道温度过低可能会导致先进入管道的水泥浆出现部分冻结的情况，因此必须要通过保温或者用温水等对管道进行预热，不能直接泵送混凝土。

4 混凝土养护

按照建筑学会颁布的标准，混凝土初期养护必须要达到一定的强度，确保不会出现冻害，即混凝土抗压强度至少要达到353.5 N/mm2。后续视混凝土龄期要求适当延长养护期限，确保混凝土达到设计强度。

4.1 温度管控

混凝土累计温度的计算公式为：

式中 M——累计温度（℃·d）；

θ——混凝土温度（℃）；

A——常数，通常取10℃；

△t——时间（d）。

4.2 养护方法

当环境温度在0～4℃时，混凝土凝结时间约为15℃时的3 倍左右；当温度在-5～0.3℃时，混凝土开始冻结，混凝土水化反应开始停止；当环境温度在-10℃以下时，混凝土水化反应完全停止，强度不再增加。要确保混凝土不出现冻害，必须要做好养护工作，考虑到本项目的实际情况，拟采用保温养护的方法。

1）隔热养护。这种养护方式主要是在混凝土的表面覆盖隔热材料，利用混凝土水化热效应达到保温的效果，一直到混凝土强度达到设计标准。这种养护方式适用于轻微冻结，环境温度不低于-3℃，若环境温度过低，则需要使用隔热材料制作保温性能更好的模具。采用模具进行隔热保温时，可以大幅减少混凝土水化热的损失量，但移除模具之后，混凝土表面温度可能会骤然下降，尤其是本项目中这种大体积混凝土，很可能会导致混凝土表面与内部温差产生变形裂缝[7]，因此，在拆除保温模具时，要综合考量各方面因素，不宜盲目拆除。

在混凝土保温养护期间，若环境温度在0℃以下，则对于混凝土的强度会产生极大影响，因此，养护时要注意不宜将混凝土浇筑的温度设定过低，如果最低温度达到了-15℃左右，则还需考虑使用防冻剂。以薄板或者保温薄板简单地覆盖一下混凝土表面，将降温至0℃的过程控制在12 h 以上，这样才能在此之后顺利地提升强度。

2）蓄热法。所谓蓄热法就是采用保温措施，将混凝土水化热以及外界热量储蓄起来，使混凝土处于正温环境，确保混凝土强度持续增加。采用蓄热法进行养护，需要在混凝土施工环节对粗骨料、细骨料以及水进行加热，其中优先考虑加热水，水加热温度不宜高于90℃；次之考虑加热粗骨料和细骨料，注意粗骨料和细骨料加热温度不宜高于75℃。

5 结 语

综上所述，在水利枢纽工程施工中，混凝土施工以及养护是关键性内容，直接影响着水利工程整体质量，必须要结合工程所处区域环境的情况以及项目设计要求和相关标准，合理设计混凝土配合比，合理选择材料，严格执行混凝土拌制浇筑工艺要求，并做好必要的养护工作。