自密实混凝土在大中型泵站施工中的应用

2023-11-17侯钧宇梁骏宇周金晶

中国水利 2023年20期

侯钧宇，梁骏宇，周金晶

（1.江苏省淮安市水利工程建设管理服务中心，223005，淮安；2.江苏淮阴水利建设有限公司，223005，淮安）

自密实混凝土是一种具有优良性能的新型建筑材料，广泛应用于各类工程项目中。随着大中型泵站二期混凝土施工的不断发展，人们开始研究和探索自密实混凝土在工程中的应用效果。通过对比不同材料的使用情况，可以发现自密实混凝土与传统混凝土在施工过程中存在一些差异。本文以江苏省南通市通吕运河水利枢纽工程为例，对自密实混凝土在大中型泵站二期混凝土施工中的应用效果进行探讨。

一、工程概况

1.工程简介

南通市通吕运河水利枢纽工程位于通吕运河上游入江口门处，距长江口2.2 km，工程等别为Ⅱ等，规模为大（2）型，包括通吕闸及通吕运河引水泵站，采用闸站结合方案，泵站布置于北侧，通吕闸布置于南侧。通吕闸集引水、挡潮、排涝等功能于一身，设计引水流量480 m3/s，设计排涝流量650 m3/s，共10孔闸门，总净宽100 m；泵站采用3台套竖井贯流泵机组，单机流量33.3 m3/s，配套卧式异步交流电动机，总装机4800 kW。

2.泵站二期混凝土概况

本工程泵站二期混凝土主要包含进水流道二期混凝土、出水流道二期混凝土以及电机基座等部位，基本特点是薄壁结构体、异型结构、钢筋密集、空间狭小等，是工程施工中的重点和难点。

二、材料与方法

1.材料选取

结合施工中存在空间尺寸小、配筋密集、结构尺寸变化大等特点，施工人员不能进入仓面浇筑振捣，采用常规混凝土浇筑密实性不足，易产生蜂窝、孔洞，表面平整度差，尤其进出水流道二期混凝土环形结构易产生射线状温度裂缝、顶部易产生沉降收缩裂缝等问题。本研究将大掺量粉煤灰细石补偿收缩自密实混凝土应用于泵站二期混凝土，集中优化组合了多项过程技术，通过技术组合产生联合效应，促成集成创新，确保二期混凝土密实度、表面平整度、线型等施工质量。

2.工艺原理

通过采用自密实混凝土配制与浇筑技术，结合模板体系及钢筋安装施工技术、保证新老混凝土结合面有效黏结施工技术、保证混凝土浇筑密实性施工技术、提高混凝土拌和物均匀性和降低坍落度经时损失技术以及混凝土防裂抗裂技术等系列过程技术组合应用，提高大中型泵站二期混凝土浇筑质量。

（1）自密实混凝土配制原理

通过选用优质水泥、骨料以及在混凝土中大量掺入粉煤灰矿物掺合料、膨胀纤维抗裂防水剂、高性能减水剂、膨胀剂，配制大流动度、高黏聚性、补偿收缩的自密实高性能混凝土，使混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，既使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性黏度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。自密实混凝土设计基本参数见图1。

图1 自密实混凝土设计基本参数示意

①大掺量粉煤灰：使用Ⅰ级粉煤灰作掺合料,粉煤灰中含有大量球形玻璃体，能起到润滑作用，增加自流平混凝土的流动性；粉煤灰能降低混凝土初期的水化热，控制混凝土的温升，很好地防止温度裂缝的产生。

②高性能减水剂：混凝土中掺入复合型高性能减水剂，具有缓凝和引气作用，使得混凝土保塑时间显著增长，减少混凝土离析，实现混凝土具有良好黏聚性、大流动性、自密实性。

③高抗裂高抗渗复合材料：使用可靠的复合材料，增强混凝土补偿收缩及混凝土抗裂能力，从而保持新浇混凝土体积稳定性。

④采用细石自密实自流平混凝土，解决局部空间狭小、钢筋密集、不能振实的问题。

（2）模板体系

模板先在木工场制作，模板表面涂刷聚合物脱模剂，在拼缝部位用双面胶封闭，注意各模板拼接要保证接缝平整度。自密实混凝土的大流动性产生的侧压力，不仅要求模板体系有良好的强度保障体系，同时也对模板的密封性有严格要求。通过根植或预埋钢筋并水平联为网状形成整体，然后焊接三段式止水螺栓，通过围檩锚定模板，结合外部搭设脚手架形成牢固模板体系。模板接缝及模板与机泵管间采用软联系硬联接方式保障密封性。采用三段式止水螺杆可以避免螺杆位置渗漏问题，省掉了传统止水螺杆切割的工序，浇筑后的墙体整体更美观。

（3）钢筋制安

异形部位（环形辐射筋）钢筋先加工制成相应形状，并逐一编号，再统一安装。

（4）新老混凝土界面接合

新老混凝土接合面规范凿毛、仔细冲洗，然后在处理后的老混凝土面涂刷水泥基界面剂，同时通过在老混凝土面预设或植筋方式设置接茬钢筋，再结合混凝土浇筑过程控制技术保证混凝土浇筑质量，从而提高新老混凝土之间黏结强度。

（5）降低沉降缝

在顶部设置多个进料口兼观测孔，在泵管周围上、中位置合理设置排气孔，利用混凝土增压技术控制混凝土浇筑速度，设置混凝土静停等待时间，控制混凝土均衡上升。

（6）提高混凝土拌和物性能

为防止混凝土运输过程中离析以及混凝土坍落度经时损失，混凝土运至现场后，二次掺入部分高效塑剂（二次掺量等于设计值），二次拌和，保证混凝土新鲜度，满足其施工性。

3.施工质量控制要点

①仓面清理：采用风镐等设备凿除老混凝土，混凝土凿除面冲洗并清除干净，模板安装后要再次清理，浇筑前要严查仓面，保证仓面清洁。

②植筋：按设计要求钻锚筋孔，采用药卷式锚固剂、微膨胀砂浆等材料锚固钢筋，锚筋深度需符合设计要求（特殊情况下不小于20 倍的植筋直径）在锚固材料未达到一定强度之前不得扰动锚筋。

③钢筋制作与安装：在钢筋加工场对钢筋进行放样并制作成相应的形状逐一编号，再在流道内安装钢筋。

④模板制作与安装：异形模板制作先确定模板分节分块方式，再加工制作；需分节分块的，可先整体制作再拆开安装，模板表面用聚合物脱模剂；安装时要充分考虑混凝土大流动度对模板密封性及强度影响，避免跑模、漏浆等情况。

⑤根据实际情况合理设置进料口、观测孔，采用直径10 cm的PVC管做浇筑导管并设置合理坡度。

⑥自密实混凝土：严格按设计配合比做好混凝土计量、坍落度和扩展度等控制，尤其是高效塑化剂二次掺合，第一次掺加的高效塑化剂要满足混凝土的生产及运输要求，运至现场后第二次掺入时计量要精准，二次拌和要充分，保障混凝土拌和物的均匀性。

⑦混凝土浇筑：浇筑时要时刻注意观测进料口、观测孔等部位混凝土上升情况，保证混凝土上升相对均衡，合理控制混凝土浇筑速度，在混凝土浇筑高度至泵管约1/3处及高出泵管50 cm时，暂停混凝土浇筑，等待1.5～2 h，目的是让混凝土充分密实稳定。

⑧混凝土养护：带模养护不少于7 d，拆模后再保湿养护14 d以上。

⑨混凝土质量检查检测：混凝土拆模后，对混凝土浇筑质量进行检查检测，包括整体外观、表面平整度、结构尺寸、混凝土实体强度、新老混凝土粘结强度、混凝土密实性等。泵站二期混凝土自密实混凝土施工布置见图2。

图2 泵站二期混凝土自密实混凝土施工布置图

三、工程应用效果分析

1.施工成本

与常规的混凝土浇筑施工方法相比，自密实混凝土的应用节省了设备和人力投入，同时完全满足强度、线型、尺寸、平整度等质量要求，且质量稳定可靠。常规混凝土施工方法总是伴随着裂缝、混凝土通病等质量问题，使得后期维修加固成本大大增加，同时给工程带来负面影响。

2.工期

采用自密实混凝土施工技术，一次立模浇筑到位，施工便利，大大节约了工期，为后续施工提供有利条件。

3.社会效益和示范意义

通过研究发现自密实混凝土为大中型泵站二期混凝土施工提供了新的施工技术和工艺，也为过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的部位应用自密实混凝土施工技术提供了实例,该方法具有较高的推广应用价值；采用二次后掺外加剂、二次拌和施工工艺，对提高混凝土拌和物的均质性、减少坍落度经时损失有重要作用，在自密实混凝土推广应用中均可采用此项技术。