隧洞混凝土工程施工质量控制技术措施

2023-09-02王永和

散装水泥 2023年4期

王永和

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州 730046）

混凝土是隧洞工程施工中常用的原材料，具有成本低、施工速度快等优势。混凝土由多种物料按照一定比例混合而成，物料质量、配合比、浇筑方式等都会影响混凝土工程施工质量。因此，在实际施工中，需要采取有效的技术措施，保证混凝土工程严格按照既定标准、要求及规范完成，从而创建高质量、高品质的水利隧洞工程项目。

1 工程概述

甘肃省引洮供水二期工程的主体工程有隧洞、明洞、渡槽及退水管（渠）等建筑物，设计流量1.7m3/s，加大流量2.0m3/s。八干渠隧洞采用现浇混凝土衬砌，三心圆断面型式，净断面尺寸宽×高=1.6m×1.923m，21#、22#、23#隧洞设计纵坡1/1 500，24#隧洞设计纵坡1/1 250，21#、22#隧洞设计水深h=1.04m，设计流速v=1.09m/s ，加大流量水深h=1.20m，流速v=1.12m/s，23#、24#隧洞设计水深h=0.97m，设计流速v=1.18m/s，加大流量水深h=1.11m，流速v=1.21m/s。明洞采用现浇混凝土衬砌，三心圆断面型式，净断面尺寸及设计纵坡、流量均与 21#～22#隧洞相同。1#渡槽槽身设计为U 形断面，现浇钢筋混凝土双悬臂结构，设计纵坡1∶1 000，槽身净断面尺寸宽×高=1.6m×1.5m，单跨长12m，共12 跨，下部支撑采用混凝土灌注桩+排架结构，混凝土灌注桩底端伸入基岩不小1.5m。渠尾退水渠长242m，采用预制钢筋混凝土管道退水，管道直径为800mm，管道末端设消力池及扩散段。

2 影响隧洞混凝土工程质量的因素

2.1 混凝土配制

混凝土配制是影响混凝土工程质量的主要因素，若混凝土配制质量存在问题，即便采用再先进的施工技术，依旧无法保证隧洞混凝土工程质量。案例工程混凝土浇筑总量约为32 479.38m3。为满足混凝土连续浇筑需求，每天需要生产240m3混凝土，混凝土配制量大，配制中原材料质量检验是否到位、添加顺序是否合理、搅拌时间是否充分等都会影响最终的配制质量，任何一个细节把控不当，都会影响混凝土工程施工质量。

2.2 配合比

由于混凝土是一种复合材料，由多种物料按照一定的配合比混合而成，如果配合比不合理，必然会影响最终的施工质量。例如，如果水泥掺量过多，在水化反应影响下，会导致混凝土工程出现裂缝，降低强度和抗震性；若骨料掺量过大，会影响混凝土的密实度；若骨料掺量过少，则起不到补充水泥强度的作用，会影响混凝土工程的总体质量。因此，如何选择科学合理的配合比是隧洞混凝土工程施工的重难点之一。

2.3 原材料质量

混凝土由水泥、水、粗细骨料、外加剂等按照一定的比例混合而成，若原材料存在问题，即便选择了先进的配制设备，配合比再合理也无法保证混凝土工程的质量。因此，在实际施工中，必须严格把控原材料质量。

2.4 混凝土浇筑和养护

混凝土浇筑后水化反应依然持续，如果混凝土中的热量不能有效散发，会增大混凝土内外温差，形成温度应力，极易出现温度裂缝。合理的浇筑方式和养护方式，有利于水化热散失，应将混凝土内外温差控制在一定的范围内，从而为混凝土固化成型营造良好的条件，以控制裂缝、麻面、起砂等质量问题。

2.5 其他因素

影响混凝土施工质量的因素较多，除上述因素外，还包括夏季高温、冬季低温、雨水等自然条件因素，这些因素对隧洞混凝土工程施工质量也有很大影响。

3 混凝土工程施工质量控制的技术措施

3.1 混凝土生产配制技术措施

在混凝土配制生产前，全面检查原材料质量、拌和设备性能等。按照图1 所示的流程来生产和配制混凝土。

图1 混凝土生产配制流程

就案例工程而言，混凝土浇筑总量约为32 479.38m3。为满足高峰期240m3/d 混凝土生产需要，骨料储存按5d 存量考虑，约2 400m3。级配料分区存放，成品骨料堆场按长条形布置，分为中石、小石和砂3 种，各档料之间砌挡墙隔离。水泥和外加剂主要为袋装。水泥采用卡车运输进场，经验收后存放至水泥库。外加剂采购后用卡车运输至现场，存放在外加剂库。在混凝土拌和系统中，砂石料要通过装载机输送到配料机的配料斗中，配料机的储料斗中需要设置电子自动程序配料小车，配料小车将储料斗中的各种原材料，按照配合比配料后，通过拌和机的进料槽，卸到拌和机中，由拌和机充分搅拌后，再输送到浇筑仓面，本标段22#隧洞新增斜井、22#隧洞1 号斜井、22#隧洞出口、23#隧洞进口、24#隧洞新增斜井、24#隧洞2 号斜井、24#隧洞出口各设混凝土拌和站1 座，拌和站内设1 台JS500 型强制式拌和机、1 台PL1200 型配料机、1 台ZL50 装载机及电子计量控制室等。每个拌和站的生产能力应达到25m3/h，以满足高峰期浇筑强度。

3.2 混凝土配合比设计

针对配合比对混凝土施工质量的影响，需在混凝土工程施工前，通过多次配比试验来确定最佳的配合比。混凝土配合比设计原则是在满足本标段工程设计和施工要求强度、和易性、抗渗性、抗裂性等基础要求的条件下，设计出混凝土配制中各种材料的用量。混凝土配合比设计步骤如下：

（1）按照水利隧洞混凝土工程设计要求强度、耐久性等选择合适的水灰比和碎石级配。

（2）按照所选骨料的品种、规格、外加剂种类和掺量、混凝土坍落度等，选择每立方米混凝土的用水量及水泥用量。混凝土浇筑地点的坍落度可按照表1 所示进行选择。

表1 混凝土在浇筑地点的坍落度（使用振捣器）

（3）严格按照容重法精确计算砂石用量。

（4）通过多次配合比试验，保证混凝土中总碱含量不超过2.5kg/m3，确定基准混凝土配合比。

（5）通过配合比试验，并结合水利隧洞混凝土工程设计，调整混凝土总碱含量要求，得出施工配合比。

案例工程为水利隧洞，为保证混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、耐久性等全部满足设计要求，在混凝土配合比调整中，要控制混凝土水灰比不超过0.5；充分利用水泥活性控制水化热；各种原材料的计量要准确；按照砂石、粉煤灰的实际含水量，合理调整用水量。为保证混凝土配合比试验的有效性，混凝土配合比试验的环境条件要满足表2 的要求。

表2 混凝土配合试验环境条件

按照上述步骤确定混凝土配合比后，严禁随意调整。如果在实际施工中，原材料发生变化，需要改变混凝土配合比时，要重新提出混凝土配合比试验计划及配合比，上报给现场工程监理人员，经审核同意后，方可实施。

3.3 原材料质量控制技术措施

针对原材料对混凝土工程施工质量的影响，需要采取有效的控制技术措施，以保证原材料质量符合要求。

（1）水泥：需要按照本批次拌和混凝土的设计标号选择相应的水泥标号，并提前做好试验检测，检测水泥的各项技术指标和标准性能是否满足设计要求。存放在施工现场超过3 个月的水泥，需要进行检测，检测不合格的水泥，严禁使用。

（2）砂石骨料：使用前，需要检测含泥量、含水量、硬度、有机杂质含量，保证骨料含泥量不超过3%，硫化物及硫酸盐等杂质的含水量不超过1%，强度不低于60MPa，针片状骨料含量不超过10%。

（3）外加剂：使用前，需要进行试验检验，以确定外加剂性质、有效含量、溶液配制方法、最佳掺量等。外加剂的名称、来源等相关资料和试验成果需要上报给现场监理人员审核，审核同意后，方可使用。尤其是溶液状的外加剂，应提前用专门的拌和设备进行搅拌，充分搅拌均匀后，再加入拌和站中和其他物料进行拌和。

（4）掺合料：使用前，需要检测分析掺合料的颗粒细度，满足要求的掺合料才能进行试配操作，以确定最佳的掺合量。拌和前，相关资料需要呈递给现场监理人员审核，审核通过后，方可使用。

（5）所有原材料全部进行质量检验，且达到设计要求后，按照检测得到的结果进行配合比设计，以确定混凝土配料单。混凝土拌和时，必须严格按照配料内容进行准确计量。同时，要坚持试验抽检，按照抽检结果及时调整混凝土配料，以保证混凝土工程施工质量不会因原材料质量波动而降低。

3.4 混凝土浇筑和养护技术措施

针对浇筑和养护对混凝土施工质量的影响，需要选择合适的浇筑技术和养护技术。由于案例工程的混凝土用量较大，为降低水化热对混凝土工程质量的影响，采用了分层、左右交替对称浇筑技术，控制每层浇筑厚度在30～40cm 之间，且两侧混凝土浇筑高度不能超过50cm，溜槽口到混凝土面的垂直距离不能超过2m，以免混凝土在浇筑中发生离析问题，整个混凝土浇筑要连续进行，防止停歇出现冷缝，影响水利隧洞施工的总体质量。若因为设备故障或者混凝土供应不足，不得已中断，要控制混凝土停歇时间不超过1h，若超过1h 需要按照施工缝标准进行处理。

混凝土浇筑后要及时采用插入式振捣棒进行充分振捣，针对钢筋布设密度大的区域，可用小直径振捣棒进行振动，并辅以人工小铲插边和小木槌敲击外模板振捣。振捣棒到侧模的距离应控制在5～10cm 之间，振动棒要插入到下层混凝土中至少5cm，将上下两层混凝土振捣成一个整体，控制振捣时间在25s 左右，当混凝土表面不再有气泡冒出时，可结束振捣。当混凝土浇筑振捣完成12～18h 内，要按照混凝土结构物的不同，开展有针对性的养护，保证混凝土表面始终处于湿润状态。本工程采用喷射养护剂的方法进行混凝土养护，当混凝土拆模后，在混凝土表面喷洒一层养护剂，在混凝土表面形成一层保护膜，隔离混凝土表面和空气，以阻止混凝土内部水分蒸发。

3.5 其他混凝土施工技术措施

夏季高温和冬季低温季节进行混凝土施工时，为降低温度变化对混凝土质量的影响，提升水利隧洞混凝土施工质量，需要采取科学有效的温度控制措施，如控制水化热，在保证混凝土强度、耐久性、和易性等满足水利隧洞混凝土工程要求的基础上，尽量选择水化热低的水泥，或者是改善混凝土骨料级配，加入优质的掺合料、外加剂等。夏季高温天气施工时，需要适当加大混凝土骨料堆放高度，保持骨料的平均温度，用干净的清水喷洒混凝土骨料，在拌和站上搭建简易凉棚，降低混凝土出料口的温度，并尽量避开高温时段浇筑，以降低混凝土表面温度。冬季低温天气施工时，可加热水拌和，水温不宜超过60℃，先加入骨料和水，搅拌后再加入水泥进行充分搅拌，避免混凝土在低温下发生假凝，并加入适量的防冻剂，以免混凝土运输和浇筑中发生水凝结，影响混凝土工程施工质量。雨季施工时，要搭设工棚，工棚要有良好的严密性，不能存在漏水问题，机电设备要加强防水、防雨、防淹措施，安装好接地装置。下雨天要及时检测砂石含水率，时刻掌握含水率变化情况，以便及时调整配合比。