云南小灣水墊塘抗沖磨混凝土施工技術(shù)研究

胡治河 劉紅英

（中國水利水電第八工程局有限公司 云南永善 657300）

1 概述

對水工建筑物破壞情況大型調(diào)查結(jié)果表明，在已建大中型水電工程泄水建筑物中，有近70%存在沖磨空蝕破壞。如劉家峽左岸泄水道磨蝕面積達(dá)7689.6m2，檢修12次。龍羊峽底孔嚴(yán)重沖蝕，深達(dá)2.5m，面積441.6m2，混凝土量260m3。柘林岸邊陡槽式溢洪道消力池多處沖坑，多次修補(bǔ)后破壞屢有發(fā)生；柘林放空洞水力池邊墻、底板多處破壞，修復(fù)后反復(fù)發(fā)生破壞。響洪甸泄洪洞嚴(yán)重空蝕，深15cm。分析和研究表明，引起沖磨空蝕破壞的兩個決定性因素是建筑物設(shè)計體型和混凝土抗沖耐磨性能。

摻硅粉纖維混凝土強(qiáng)度較高，有較好的抗沖擊性能、耐磨性能和防水抗?jié)B性能，在水利水電工程泄洪消能建筑物過流面得到了較為廣泛的應(yīng)用。

云南小灣水電站水頭高 （設(shè)計洪水位1238.3m，水頭273.3m），泄洪流量大 （設(shè)計泄洪流量13568m3／s），流速高 （40～50m／s），對泄洪消能建筑物過流面混凝土抗沖耐磨性能要求高。水墊塘為復(fù)式梯形斷面，全斷面鋼筋混凝土襯護(hù)，底板高程EL965m，總長度約290m，最小底寬70m。它是主要泄洪消能建筑物之一，在其底板及邊墻（高程EL970m以下）表層布置了50cm厚硅粉纖維 （抗沖耐磨）混凝土。

2 施工特點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 施工特點(diǎn)

（1）體型要求嚴(yán)格，施工難度大。設(shè)計技術(shù)要求過流面不允許有垂直升坎或跌坎，不平整度控制在6mm以下，縱向坡控制在1∶20以下，橫向坡控制在1∶5以下。

（2）混凝土設(shè)計標(biāo)號較高 （C9060），水膠比小 （0.3），外摻材料多 （摻硅粉＋聚丙烯微纖維和硅粉＋聚丙烯微纖維＋鋼纖維兩種），膠凝材料用量多，導(dǎo)致混凝土拌和物比較粘稠，表面抺面處理比較困難，特別是摻鋼纖維混凝土。

（3）施工時段跨旱、雨季，氣候條件復(fù)雜。旱季氣溫較高，空氣干燥，太陽照射強(qiáng)，混凝土表面易失水干縮；雨季單點(diǎn)暴雨強(qiáng)度大，快而猛，頻次多，對表層混凝土質(zhì)量影響大。

2.2 施工重點(diǎn)和難點(diǎn)

從混凝土受磨蝕破壞的實(shí)例，分析其破壞的主要原因在于：

①混凝土強(qiáng)度不能滿足要求；

②表面不平整度控制不嚴(yán)，不能滿足要求；③混凝土表面出現(xiàn)裂縫；

④新老混凝土結(jié)合不良；

⑤施工殘渣、雜物清理不干凈等。

同時，理論研究和水工模型實(shí)驗(yàn)研究表明，表面不平整度不滿足要求是誘發(fā)空蝕破壞的主要因素。

所以，水墊塘抗沖耐磨混凝土施工重點(diǎn)在于混凝土強(qiáng)度和表面不平整度控制，施工難點(diǎn)在于混凝土表面裂縫預(yù)防，及雨季施工防雨措施的及時性和有效性。

3 施工工藝方法

針對水墊塘底板和邊墻混凝土各自不同的施工特點(diǎn)，采用不同的施工工藝方法：底板混凝土采用振平梁整平＋抺面工藝；邊墻采用翻模 （或拖模）＋抺面工藝。施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4 混凝土配合比設(shè)計

4.1 原材料性能

混凝土原材料由業(yè)主統(tǒng)供，水泥采用祥云縣建材有限公司生產(chǎn)的祥龍中熱 （PM.H）425水泥；粉煤灰為曲靖火電廠生產(chǎn)的曲靖I級粉煤灰；砂石料采用右砂加工的人工砂石料。

4.2 原則

（1）聚羧酸鹽類減水劑屬于高分子材料，具有減縮劑的作用，與傳統(tǒng)萘系高效減水劑相比，可以顯著降低混凝土自身收縮，提高其抗裂能力。硅粉混凝土自收縮性能較大，宜選用聚羧酸鹽類減水劑。

（2）由于骨料的耐磨強(qiáng)度一般要高于水泥漿體，所以配合比設(shè)計中應(yīng)盡量降低混凝土單位用水量和膠凝材料用量，多用骨料以提高混凝土的耐磨強(qiáng)度，同時還可以減少混凝土干縮。

（3）混凝土的坍落度選擇宜適當(dāng)，太小不利于混凝土拌合均勻，在太陽強(qiáng)烈照射及大風(fēng)情況下，拌和物極易發(fā)干，施工振搗、抺面困難；太大則混凝土容易泌水，會增加硅粉混凝土早期干縮裂縫產(chǎn)生機(jī)率。

（4）初、終凝時間的選擇宜適當(dāng)，既要保證有足夠的時間進(jìn)行振搗、整平、抺面等工作，還要避免混凝土表面長時間暴露在空氣中，表面水分散發(fā)導(dǎo)致面層干裂。

（5）添加了微纖維和聚羧酸鹽減水劑這些新材料的硅粉混凝土，不必再考慮添加膨脹劑。

4.3 配合比

經(jīng)過大量的室內(nèi)配合比對比試驗(yàn)，選定的最優(yōu)配合比。

5 現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)混凝土室內(nèi)配合比的施工性能，在水墊塘底板和邊墻分別于2006年11月25日、2007年1月2日與2007年3月5日進(jìn)行了三次現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實(shí)驗(yàn)。保證表面不平整度也達(dá)到預(yù)期要求；找到早期保溫保濕有效措施，使混凝土表面不出現(xiàn)裂縫；掌握邊墻混凝土翻模拆模時間，及混凝土表面抺面時機(jī)，以達(dá)到了預(yù)期目的。

6 混凝土施工

6.1 混凝土攪拌和運(yùn)輸

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝實(shí)驗(yàn)成果，證明4×3m3自落式攪拌樓拌制抗沖耐磨混凝土攪拌時間為5min。硅粉、鋼纖維和微纖維根據(jù)拌合機(jī)的單次拌合所需用量，稱量準(zhǔn)確后裝袋待用，攪拌時人工添加。混凝土出機(jī)口溫度不超過12℃。

水平運(yùn)輸采用自卸汽車，卸入12m3集料斗，運(yùn)距約4.5km。自卸汽車裝卸混凝土的厚度不小于40cm，車廂應(yīng)平滑密閉不漏漿，并須有遮陽、防雨設(shè)施。

垂直運(yùn)輸采用長臂挖掘機(jī)入倉，布置了一臺PC220和一臺CAT320長臂挖掘機(jī)，臂長13～15m，斗容0.45m3。硅粉混凝土比較粘稠，塌落度較大時會發(fā)生粘附現(xiàn)象，自卸汽車卸料較困難，此時可用長臂挖掘機(jī)輔助卸料及面層局部地方也可用挖機(jī)輔助平倉。

6.2 混凝土澆筑

混凝土入倉后須盡快平倉、振搗，插入式振搗器宜以直徑Φ100mm以上的為主，邊角部位用直徑Φ70mm的輔助，止水片部位用Φ50mm軟軸振搗器振搗。振搗時間應(yīng)比普通混凝土適當(dāng)延長15～30s左右 （總振搗時間不少于1min），使內(nèi)部空氣完全排出，表面泛漿充分。泛漿、排氣不充分的部位須進(jìn)行復(fù)振。

底板混凝土宜采用平鋪法澆筑，也可采用臺階法。澆筑時須按一定方向、厚度，分層、有序進(jìn)行，澆筑層面應(yīng)平整，并嚴(yán)格控制坯層厚度。施工時須嚴(yán)格按條帶澆筑，條帶寬度視澆筑強(qiáng)度和氣候條件而定，一般為2.5～3.0m，便于及時進(jìn)行后續(xù)振平、抺面施工。澆筑過程中須按條帶經(jīng)常用2m直尺檢查混凝土表面不平整度，多挖少補(bǔ)，使混凝土表面不平整度滿足要求。

邊墻混凝土嚴(yán)格按高程分層平鋪均勻澆筑上升，分層高度以30cm為宜。澆筑時須安排專人詳細(xì)記錄澆筑時間、氣溫等資料，便于掌握翻模拆模時間及抺面時機(jī)。

水墊塘底板分縫處共布置了三道止水片，上面是兩道銅止水片，下面是一道復(fù)合橡膠止水帶，距面層的距離分別為30cm，90cm，130cm，必須采取嚴(yán)密措施，精心組織，精心施工，確保止水片部位混凝土振搗密實(shí)。

驗(yàn)倉前將止水片向上扳起，要求其上傾角度不小于30°。

開倉前認(rèn)真組織交底，安排專人負(fù)責(zé)止水片部位混凝土振搗施工，并安排質(zhì)檢人員旁站，實(shí)施全過程監(jiān)控。

混凝土下料時須離止水片30～50cm，避免混凝土料壓住止水片。

振搗時先用直徑Φ100mm或Φ70mm振搗器，讓混凝土料流進(jìn)止水片下部，再用Φ50mm軟軸振搗器伸入止水片下部振搗，并適當(dāng)延長振搗時間，確保混凝土振搗密實(shí)。

7 表面不平整度處理

7.1 底板混凝土表面振平

底板混凝土按條帶澆筑完成后要及時用振平梁振平，振平梁面板用8mm厚鋼板制作，骨架采用鋼桁架，其整體剛度須能滿足吊裝、運(yùn)行過程中的變形要求。

振平梁上均勻安裝4臺附著式振搗器，每臺功率2.2kW，用手動葫蘆等作為行駛動力，或采用人工搖柄方式，行進(jìn)速度以混凝土表面充分泛漿，便于抺面為宜。

振平梁振搗、行進(jìn)過程中，兩端須緊貼軌道面運(yùn)行，同時安排專人用2米直尺對混凝土表面不平整度進(jìn)行檢查，人工配合多挖少補(bǔ)，直到混凝土表面不平整度達(dá)到要求為止。

7.2 邊墻翻模施工

邊墻翻模高度100cm，由1塊P6015、1塊P3015、1塊P1015鋼模板組合而成。為了控制好體型，倉面驗(yàn)收前每一標(biāo)準(zhǔn)倉面至少須安裝、調(diào)試好兩榀樣架。翻模樣架結(jié)構(gòu)示意圖見圖7－2。

邊墻每層翻模，拆模時間受初凝時間和氣候條件等因素影響，一般在混凝土澆筑后6～8h左右，若混凝土塌落度較大，且無太陽照射氣候條件下，也可適當(dāng)延長至9～10h左右。

7.3 表面抺面處理

7.3.1 底板混凝土抺面

1）振平梁振平后及時按條帶依次開始抺面，一般抺三次，使混凝土表面平順、平整、壓光、直順，無氣孔、麻面和裂縫、空鼓現(xiàn)象等缺陷。

2）第一次抺面主要使混凝土表面平整、平順，抺面前用2m直尺進(jìn)行檢查，不平整度不符合要求的區(qū)域人工挖補(bǔ)，直到符合要求為止。

3）第一次抺面的時間須根據(jù)混凝土澆筑時間、氣候條件、及混凝土的坍落度等具體情況而定，一般在振平梁振平后0～2h為宜。若混凝土坍落度較小，氣溫較高，太陽直射條件下，應(yīng)在振平梁振平后立即進(jìn)行第一次抺面；若混凝土坍落度較大，氣溫較低，沒有太陽照射條件下，第一次抺面的時間應(yīng)適當(dāng)推遲，使混凝土表面的水分揮發(fā)掉一些后效果較好。

4）第二次抺面主要是消除混凝土表面缺陷如氣孔、麻面、細(xì)微裂紋、垂直升跌坎等，并進(jìn)行表面壓實(shí)、抺光。因?yàn)閽{面時產(chǎn)生的擠壓、提漿作用能使早期細(xì)微裂紋閉合，不讓其繼續(xù)開展，所以這一道工序非常重要，須安排專人認(rèn)真負(fù)責(zé)地對整個倉面進(jìn)行全面檢查、處理，將裂紋等缺陷消滅在萌芽狀態(tài)。

5）第三次抺面主要是進(jìn)一步壓實(shí)、抺光，在混凝土初凝前0.5～1h進(jìn)行。

7.3.2 邊墻混凝土抺面

翻模拆模后進(jìn)行抺面，以2次為宜，第1次主要是消除混凝土表面缺陷如氣孔、麻面、模板縫隙之間的痕跡等，抺面時先用木抺子提漿、壓實(shí)，再用鐵抺子抺光；第2次主要是進(jìn)一步壓實(shí)、抺光。

8 早期保溫保濕和后期養(yǎng)護(hù)

硅粉混凝土初凝前由于泌水和表面水分蒸發(fā)，易失水干縮，產(chǎn)生塑性干裂；終凝后其自身又具有一定的自收縮性能，加上溫度應(yīng)力的作用，極易產(chǎn)生裂縫。裂縫一旦產(chǎn)生，其對混凝土的危害極大，治理措施復(fù)雜，費(fèi)用高昂，所以，須采取科學(xué)、有效的預(yù)防措施。

8.1 早期保溫保濕

研究表明，普通混凝土表面水分蒸發(fā)速度接近1kg／m2·h，容易產(chǎn)生塑性開裂，而高強(qiáng)硅粉混凝土表面水分蒸發(fā)速度接近0.5kg／m2·h時，就有可能產(chǎn)生塑性開裂。總結(jié)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，晚上或陰天進(jìn)行抺面施工時，表面水分蒸發(fā)速度慢，產(chǎn)生塑性開裂的概率小；白天太陽照射情況下水分蒸發(fā)速度快，產(chǎn)生塑性開裂的概率大。

硅粉混凝土宜盡量安排在晚上低溫時段施工，避開白天高溫時段；白天高溫時段施工時須采用遮陽蓬避免太陽直射，減少混凝土溫度回升，降低混凝土表面水分散發(fā)速度。還須根據(jù)現(xiàn)場氣溫、太陽照射和風(fēng)力大小情況，采取倉面噴霧、表面覆蓋保水材料等措施，使混凝土表面始終保持濕潤，防止混凝土表面產(chǎn)生早期干裂。

8.2 后期養(yǎng)護(hù)

底板混凝土終凝后采取蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度10～20cm，白天高溫時段須經(jīng)常換水、加水。邊墻混凝土終凝后采取不間斷流水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時間不少于60d，直到投入運(yùn)行前為止。

9 混凝土強(qiáng)度控制

除與常規(guī)混凝土一樣需作好混凝土原材料檢測及控制外，現(xiàn)場還需從以下方面作好控制工作。

坍落度波動對混凝土強(qiáng)度影響較大，抗沖耐磨混凝土水膠比小 （0.3），其強(qiáng)度對坍落度波動情況尤為敏感 （見表1）。

表1 第一次生產(chǎn)性工藝實(shí)驗(yàn)混凝土強(qiáng)度與坍落度對比關(guān)系表

所以，混凝土澆筑過程中須密切注意坍落度變化情況，若發(fā)現(xiàn)異常，須立即通知試驗(yàn)室人員進(jìn)行檢測，不符合規(guī)范要求的，經(jīng)監(jiān)理工程師鑒定后，堅決按廢料處理。雨天采取精細(xì)的防雨措施。

10 施工管理措施

對施工作業(yè)人員培訓(xùn)考核合格后持證上崗，安排工程技術(shù)人員進(jìn)行跟蹤、現(xiàn)場指導(dǎo)和培訓(xùn)；每一倉面定專人（質(zhì)控員）負(fù)責(zé)施工質(zhì)量控制；經(jīng)常召集技術(shù)人員、施工人員進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，取長補(bǔ)短，及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

11 效果評價

從2007年2月開始正式施工，到2007年12月施工完成，澆筑抗沖耐磨混凝土計14300m3，面積達(dá)25400m2。經(jīng)混凝土性能試驗(yàn)和外觀檢查，抗沖耐磨混凝土的施工質(zhì)量十分理想，效果十分好。

（1）水墊塘、二道壩抗沖磨混凝土的施工配合比既能滿足于設(shè)計指標(biāo)要求，其施工性能也能滿足現(xiàn)場施工需要；

（2）對已澆抗沖磨混凝土的表面平整度采用2m直尺進(jìn)行了檢查，分順?biāo)鞣较蚝痛怪彼鞣较蚍謩e進(jìn)行了多點(diǎn)檢查，合格率在98%以上，完全能滿足《水墊塘和二道壩混凝土施工技術(shù)要求（第A版）》第8.11.11條“過流面不允許有垂直升坎或跌坎。過流面不平整度控制在6mm以下，縱向坡度控制在1∶20以下，橫向坡度控制在1∶5以下。”規(guī)定的平整度要求。

（3）在抗沖磨混凝土施工過程中采取的一系列保溫保濕措施，如倉面噴霧、抹面后進(jìn)行濕保溫被覆蓋、遮陽防雨以及混凝土初凝后的蓄水或流水養(yǎng)護(hù)，成功地防止了抗沖磨混凝土產(chǎn)生早期塑性開裂。

12 結(jié)束語

在施工過程中從混凝土配合比入手，充分考慮硅粉混凝土本身具有的特性，仔細(xì)研究施工環(huán)境條件和施工工藝流程，吸取已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際施工中不斷改進(jìn)和完善，系統(tǒng)性地解決了從混凝土配合比設(shè)計、混凝土拌和、到過流面表面不平整度處理、早期塑性干縮預(yù)防、后期收縮裂縫、溫度裂縫預(yù)防、雨季施工防雨等問題，形成了一整套能滿足設(shè)計要求的，較成熟、較完善的施工工藝、方法。既保證了混凝土施工質(zhì)量，又保證了施工進(jìn)度，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。