全圓針梁鋼模臺車襯砌底部氣泡成因分析及改進措施

陳張華, 孟潤花

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概況

馬鹿塘水電站二期工程位于云南省文山州麻栗坡縣境內最大的河流盤龍河上,距麻栗坡縣城公路里程 36 km,距文山縣城 116 km,距昆明 439 km。電站引水隧洞布置于右岸山體內,隧洞前段全長 2 400 m。對隧洞內Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖地段采用鋼筋混凝土襯砌,采用圓形過水斷面,洞徑 7 m。混凝土襯砌臺車模長 9.1 m。考慮到混凝土對模板的壓縮作用,模板半徑較理論半徑大 10 mm,為 3.51 m。針梁臺車襯砌隧洞全圓斷面底、邊、頂一次性成型,立模、拆模由液壓油缸執行,定位找正由底座豎向油缸和調平油缸執行。臺車為自行式,安裝在臺車上的卷揚機使鋼模和針梁相對運動,臺車便可向前移動,主要由模板總成、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對中調整機構、卷揚牽引機構、抗浮裝置、液壓系統和電氣系統等組成。在引水隧洞針梁鋼模臺車襯砌過程中,底部60°范圍氣泡明顯且混凝土表面光潔度差。為了提高底部混凝土外觀質量,減少氣泡量,項目部對如何減少全圓針梁鋼模臺車混凝土澆筑底部氣泡改進措施進行了研討。

2 氣泡形成的原因

全圓針梁鋼模臺車模板面由底模、左右邊模、頂模 4塊模板組成,底模對應圓心角 115°。因條件限制,工地附近沒有粉煤灰供應廠家且料場供應的人工砂細度模數大、石粉含量高。經綜合分析后認為,引水隧洞襯砌混凝土底部氣泡產生的主要原因為:(1)因底模密閉、排氣不暢而形成氣泡;(2)減水劑的選擇。某些減水劑具有增加混凝土中氣泡含量的副作用;(3)混凝土振搗時間過長,造成混凝土中粗骨料下沉、漿液上泛集中,漿液中含有大量的水泡和氣泡,混凝土凝固后因收縮形成氣泡;(4)脫模劑的選擇。某些脫模劑對混凝土中的水泡具有吸附作用,水泡不易擴散;(5)液化水珠。在混凝土澆筑過程中,因產生水化熱,將混凝土中少量水分氣化成水蒸汽,水蒸汽上浮至臺車底模液化成水珠吸附在底模上,混凝土澆筑至底模處便形成水泡。

3 減少底部氣泡的技術措施

3.1 混凝土原材料的控制

用于拌制混凝土的原材料有:砂石骨料、水、水泥、減水劑。砂石骨料中的含泥量、拌和用水雜質含量在規范允許的范圍內盡可能小,泥和雜質在拌和過程中產生水泡,從而加大了混凝土中水泡的含量;選用穩定性好、水化熱較低的水泥;選用的外加劑應具有以下特點:改善混凝土的和易性、減少離析、降低泌水量、提高勻質性、改善混凝土的泵送性。

3.2 混凝土配合比的調整

結合工程建設業主、設計、監理工程師的綜合咨詢意見和其他類似工程全圓針梁臺車混凝土澆筑施工經驗,為減少混凝土的泌水性,改善混凝土的和易性,在滿足混凝土強度指標要求下進行配合比試驗,調整砂率、選擇適用的減水劑,確定底部與頂部不同部位的最優配合比。

3.3 施工工序控制

在引水隧洞鋼模臺車混凝土襯砌施工中,各施工工序的嚴格控制對減少底部氣泡起著至關重要的作用。

(1)模 板:針梁鋼模臺車模板面倉的清理,采用扁鏟和鋼絲拋光砂輪機相結合的方式。扁鏟將模板上所粘接的混凝土塊鏟除,用鋼絲拋光砂輪機將模板面上所粘結的混凝土漿、模板銹面徹底清除,直至針梁鋼模臺車模板面光潔。光潔的模板面可降低對混凝土中氣泡、水泡的吸附作用且混凝土成型面光潔,從而杜絕了麻面的出現。

(2)脫模劑:選用粘稠度小的機油,模板面清理完成并經監理工程師驗收合格后方可涂刷脫模劑。在涂刷脫模劑時應仔細操作,將其均勻涂刷于模板面并盡量減少對鋼筋和混凝土面的污染。

(3)混凝土入倉塌落度:為了減少混凝土在振搗過程中的泌水量,從而減小模板底部氣泡形成的概率,引水隧洞下半洞混凝土入倉塌落度在滿足泵送的條件下應盡可能小。引水隧洞下半洞混凝土澆筑過程中入倉塌落度確定為 13～15 cm。在下半洞混凝土澆筑過程中,采用定時與不定時結合的方式對混凝土進行塌落度檢測試驗并做好記錄;頂拱澆筑時,為了盡可能將頂拱澆筑滿,可將混凝土塌落度適當增大。

(4)混凝土入倉順序:引水隧洞上平段設計坡度 i=0.5%,鋼模臺車襯砌方向由下游端向上游端進行,在鋼模臺車上沿圓心角方向布置進料口,共 6排,每排 4或 3個,共 21個。每段混凝土入倉順序由鋼模臺車下游端向上游端依次進行;先從底部窗口進料,底板混凝土澆筑高度與底模平齊時將底部窗口關閉,改為從下部兩側窗口對稱下料。混凝土入倉順序為:底部窗口 1下料→底部窗口 2下料→底部窗口 3下料→底部窗口 4下料→下部兩側窗口下料(下料方向由下游端向上游端依次類推)。

(5)混凝土振搗:混凝土振搗采用 6根 φ50軟軸插人式振搗棒(2根備用)和鋼模臺車上 6臺1.8 kW和 9臺 2.1 kW附著式振搗器相結合的方式進行。其中 4根φ50軟軸振搗棒分 2組分別布置于澆筑段左右側,每側每組 2根 φ50軟軸振搗棒由 2名混凝土澆筑工進行振搗,每段澆筑倉內共需 4名混凝土澆筑工進行振搗,振搗順序由底模最低處向高處逐漸延伸到兩側,沿洞軸線方向振搗順序由下游端向上游端進行,除頂部三分之一外,人工入倉及時將入模的混凝土均勻振搗密實,不得隨意加密振點和漏振,每點的振搗時間宜為 20～30 s,以混凝土不再沉落、不出現氣泡、表面泛漿為度,防止過振、漏振。值得關注的是:在靠近模板面處進行二次振搗可以盡可能地將附著在模板面上的氣泡逸出,另一方面可以提高混凝土的強度、抗滲及抗裂指標。模板底部 60°范圍內共布置了6臺 1.8 kW附著式振搗器,分為2排分別布置在模板靠近兩端和中間部位,完成底部60°范圍混凝土入倉,φ50軟軸插入式振搗完成后,依混凝土入倉順序開啟附著式振搗器。每排振搗器開啟次數為 2次,每次振搗時間為 60 s,第1次振搗與第 2次振搗間隔時間為 5 min。在混凝土振搗過程中,根據混凝土入倉情況嚴格控制振搗時間,杜絕漏振和過振。

4 實施效果評價

采取以上技術措施后,引水隧洞底部混凝土氣泡量大幅度降低,氣泡直徑絕大部分縮小至 5 mm內;混凝土表面光滑,外觀質量有明顯提高。但底部仍有氣泡存在,進一步進行原因分析后認為:形成氣泡的主要原因為鋼模臺車底模為一塊模板,無間隙、密閉性好,當混凝土與底模相接觸后再振搗混凝土時,混凝土中的氣泡逸至模板面無法擴散形成。這是因鋼模臺車自身結構給混凝土澆筑帶來的不足,只能最大限度的減少,而不能完全消除。

5 針梁鋼模臺車結構的改進

針對鋼模臺車自身結構給混凝土澆筑所帶來的不足,我們對鋼模臺車局部進行了改進。針梁鋼模臺車底模結構為整塊模板,底模密閉,排氣不暢。為加強排氣采取了以下措施:(1)在底部兩窗口之間開設直徑為 3 cm的圓孔;(2)在底部中心左右 15°的位置每隔 80 cm開設直徑為 3 cm的圓孔。

開設圓孔的優缺點分析:優點:將部分氣泡和水泡集中于底模無法排出的范圍盡可能縮小,從而減少底部混凝土的氣泡量。缺點:混凝土澆筑完成后開孔處出現模板印跡,需采用砂輪機磨光處理。

6 混凝土缺陷的處理

采用全斷面針梁鋼模臺車進行引水隧洞混凝土襯砌,由于模板自身的結構而造成不可避免的氣泡產生。參考以往施工經驗,鋼模臺車行走后應立即進行底部 60°范圍內的混凝土氣泡處理,此時混凝土面未被污染,粘接牢固。待表面充分濕潤后用干凈的麻布或橡膠海綿抹子在整個表面上擦抹砂漿,以填滿所有的氣孔。砂漿配比為水泥∶砂 =1∶2,砂的最大尺寸小于 600μm,砂漿用水量要足以使其稠度成為濃乳漿。將深度大于 5 mm的氣泡鑿成規則形狀,用水洗刷干凈后再用與混凝土同標號的干硬性水泥預縮砂漿將鑿除處抹平、壓實。

7 結 語

馬鹿塘電站二期工程引水隧洞針梁鋼模臺車襯砌施工,從混凝土原材料、混凝土配合比、施工工序上進行了探索,并對針梁臺車底部 60°范圍的模板進行了改進,有效的減少了底部襯砌混凝土氣泡,提高了混凝土外觀質量。馬鹿塘電站二期工程引水隧洞前段混凝土襯砌段共計 59個單元,除起始兩個單元存在混凝土外觀缺陷、另有兩個單元與漸變段銜接出現錯臺外,其余單元均被評為“優良”,優良率達 93.22%。