水工高精混凝土施工技術創新與實踐

周厚貴

（中國能源建設集團有限公司，北京 100029）

1 前言

混凝土由于具有原材料易于獲取、外形可塑、施工簡便、成品敦實、堅固耐久等諸多優點被廣泛應用于各類水工建筑物中，已有100多年歷史。然而，在如此悠久的發展與應用歷程中，卻不曾有過規模性的“混凝土”與“高精”（高等精度）的融合，甚至迄今也依然有人會認為“混凝土”與“高精”原本就是不能合在一起說的事，將“水工混凝土”與“高精”相融合是一種“妄談”。這也難怪，混凝土自誕生以來就被人們當成一種粗制的、毛糙的、可隨意配的土工類材料。

隨著水利水電工程科學技術的迅猛發展和飛速進步，加之包括長江三峽工程在內的一批國家重大、特大型工程建設的迫切需要，水工混凝土的設計與施工理念已產生了巨大的升華。如今，水工建筑物在成功突破大壩大體積混凝土（如三峽三期大壩混凝土等）無裂縫難關之后，又勝利攻克高精混凝土重大施工技術難題，并在水工建筑物（如三峽升船機等）建設中成功地實施，打破了長期以來水工混凝土在人們心目中的傳統觀念，創造了水工混凝土發展史上的新的奇跡。為此，本文就水工高精混凝土的技術創新給出其涵義、施工技術要點以及工程實踐。

2 高精混凝土的涵義

對于水工混凝土來說，“高精”是一個全新的理念和標準。它是指以水工混凝土施工為實施載體，在混凝土生產、運輸、澆筑、護理等每一個環節，為滿足高等精度要求、應用高度精湛的技術和高度精細的工藝，制造出高檔精致的混凝土成品。由于實現上述要求和目標最關鍵的要素是人，所以實施的大前提是：必須將高精混凝土升華為理念。高精混凝土的要義，遠不是把混凝土認真地澆筑好那么簡單，它是整個混凝土施工“一條龍”系統的協同集成與整體提升，由全部環節和過程所產生的對所有結果的高精需求和要求，構成行為準則，形成了高精混凝土的理念。

高精混凝土理念的寓意是豐富而深刻的，但站在狹義和直觀的角度上，高精具有等級的要義，就好比旅游飯店行業中的“星級”。換言之，高精混凝土的理念除了包含混凝土成品本身的“星級”，還包含著建造施工的“星級”（或高精施工）以及相關聯的一切思想活動、人員行為和事物活動的集合。下面就從高等精度、高度精細（精湛）、高檔精致等方面具體加以闡述。

2.1 高等精度

與普通的水工混凝土相比，水工高精混凝土對于精度等級的要求有明顯的提高，這就從表觀或外構上形成了嚴格的控制。普通的水工混凝土建筑結構施工，精度要求通常在厘米的量級上，而高精混凝土的精度要求則提高到了毫米量級，相比之下高出了一個量級。這一精度量級已達到水工結構中普通金屬結構構件加工的精度要求，因此，從某種角度上可以說，就是把混凝土澆筑當作精加工的金屬結構構件來制作。

以三峽工程升船機的高精混凝土施工為例，結構鋼筋的安裝精度如在筒體縱導向、平衡重、齒條等二期金屬結構埋件部位，所要求的允許偏差為±5 mm，而普通水工混凝土鋼筋的允許偏差為1～2 cm。結構形體的精度要求為：混凝土垂直度的允許偏差±8mm，截面允許偏差（-5，+8）mm，軸線允許偏差±5mm，而普通水工混凝土結構形體要求截面尺寸允許偏差為2 cm。其他如測量精度、模板加工及安裝精度、金屬結構埋件安裝精度等也都相應成10倍地提高。

2.2 高度精細（精湛）

水工高精混凝土大幅度提高的精度要求必然引發施工方法和工藝的變革性改進，這就從工藝流程上形成了全過程控制的高度精細。它一方面是在工藝操作的流程節點上，為提高精細程度而增添必要的作業工序，如工件或部位交接后實施適當的再處理、將混凝土平倉和振搗工序嚴格地分開操作等；另一方面是在單項工藝操作的過程中，嚴格按照工藝操作規程，充分保障操作持續時間的“飽和度”，使該項工藝達到“飽滿成熟”的程度。

在三峽工程升船機高精混凝土施工中，僅澆筑工序就細化或增加了多道工藝操作，形成了更加周密的工藝細節并加以節點控制，如混凝土澆筑前倉面設計中的責任細化；現場倉面設計交底與崗位責任落實；氣象信息定時更新；在倉面物體甚至是每一根豎向鋼筋上標示出混凝土坯層線及收倉線；混凝土下料前將濺在模板面上的漿液用布巾擦拭干凈；對入倉的每一車混凝土進行異常情況檢查等。其他各道工序的工藝操作也都相應細化到位。

2.3 高檔精致

水工高精混凝土無論是其內在質地，還是其外在形體都具有高度的一致性；無論是在視覺、感官方面，還是在各項性能指標方面，都要遠遠高于普通的水工混凝土，這就從混凝土成品的功能目標上滿足了高精品質，最終形成了高精產品。從外在的表象上，高精混凝土平展、光滑、輪廓尺寸準確、色澤均勻，無表面瑕疵，給人以精致的表觀。從內在的特性上，高精混凝土各項物理力學指標滿足設計要求，堅固性、抗滲性、耐久性等各項性能良好，結構功能發揮優異。

3 施工技術難點

3.1 施工測量

三峽工程升船機高精混凝土結構測量精度允許誤差要求在2～10mm。放線、埋件測量、立模驗收的精度遠遠高出水工建筑物常規混凝土精度要求，測量精度控制難度很大，具體體現在a.數量級從常規混凝土的20mm變化到現有的2～10mm。b.高薄壁型塔柱結構受溫度、風力及自重影響發生變形，變形值的大小對結構尺寸的控制帶來難度，同時，受筒體結構及周邊地形影響，對測量工作的實施帶來很大的難度。主要體現在：一是靠船廂室側通視困難，確保精度的測量轉點工作大；二是高空作業部位結構埋件的測量定位難度大，需要借助輔助設施來完成，比如吊機、測量平臺等；三是為確保混凝土精度，對同一部位采用不同的測量方法及手段進行檢校工作量大。

3.2 鋼筋安裝

為滿足后續埋件施工要求，對筒體縱導向、平衡重、齒條等二期金屬結構埋件部位的鋼筋安裝精度提出較高的標準，允許偏差僅為±5mm，尤其是螺母柱部位鋼筋，需要按埋件定位精度精確定位。其精度要求遠高于常規鋼筋允許偏差的10～20mm（保護層處的鋼筋允許偏差為保護層厚度的0.25倍，一般鋼筋的保護層為50mm）。塔柱倉位含筋量最高達25.4%（常規混凝土倉位含筋量為15%左右），安裝如此大量鋼筋的同時還需確保鋼筋埋設精度要求，其難度極大，鋼筋在原材料、鋼筋加工環節達到要求的同時，還要嚴格控制安裝精度。

3.3 模板施工

升船機塔柱混凝土垂直度偏差以±8mm為限差，截面偏差以（-5，＋8）mm為限差；軸線偏差以±5mm為限差，此精度要求遠高于普通大體積混凝土軸線位置偏差1 cm、截面尺寸偏差2 cm的要求，且船廂室段塔柱建筑高度146m，如此大的高差，達到此施工精度標準的難度更大，對模板的要求也就更高。一般而言，常規的普通小鋼模采用人工架立，安裝速度慢，費工費力，外觀質量差、施工精度難以滿足設計要求。升船機塔柱要達到美觀、精確、快速施工的目的，宜采用整體大型模板施工。

3.4 混凝土澆筑

塔柱混凝土結構面成形后的垂直度偏差以±8mm為限差，截面偏差以（-5，＋8）mm為限差；軸線偏差以±5mm為限差。塔柱結構混凝土結構面要求平整光潔，曲面連續均勻光滑，混凝土表面顏色要求均勻一致，無污痕、無錯縫陡坎。混凝土結構上預留的孔洞、溝、槽等表面要求平整光潔、邊角平直。同時塔柱內樓板、梁等頂面面層澆筑時抹平，保持清潔，表面顏色均勻一致，頂面輪廓邊線分明、平直。

3.5 混凝土養護與保護

塔柱為高層薄壁結構，受外界環境溫度影響較大，混凝土溫升較快，當溫度達到高峰值后迅速回落，溫降又較快。針對此情況，必須專題研究適用于薄壁混凝土結構的溫控及養護措施。

4 施工技術要點

4.1 高精度測量

1）采用高精度的測量儀器。為了最大限度地控制好高精混凝土的形體偏差，在結構放樣、模板驗收測量的過程中，應選擇精度匹配的高一等級的測量儀器和設備。

根據垂直升船機建筑物施工的精度要求，為了有效地控制混凝土的形體偏差，測量儀器主要采用TCA2003全站儀（標稱精度：測角0.5″，測距1mm+1 ppm，1ppm=10-6）和NET05全站儀（標稱精度，測角0.5″，測距0.8mm+1 ppm）。垂直投影采用激光天頂儀，垂直投影標稱精度1∶200 000。在測量方法上，常規混凝土倉面平面和高程基準傳遞通常是在倉內架設全站儀通過邊角交會或直接利用施工控制網點放點方法進行；而三峽升船機因內置埋件要求精度極高，加之結構混凝土薄、鋼筋密，倉面無法架設儀器，故通過反復試驗，將天頂儀投點平面基準傳遞法和光電測距高程基準傳遞法應用于混凝土及內置埋件施工測量，確保了混凝土澆筑及內置埋件施工質量。

2）設置多個施工控制網點。施工測量控制采用逐級布置、分步控制的方案。升船機布設專用和局部平面控制網。利用升船機周圍現有的地形條件，在離升船機200m范圍內（200m內放樣、驗收精度可控制在±3mm）盡可能地布設多的施工控制網點，一部分可以作為直接架設測量儀器的測站點；另一部分可以作為測站的校核基準點。三峽升船機在200m范圍內共布設了施工網點14個。

你還笑？據說工作組正在調查侯局長呢。萬不可掉以輕心啊！還有，手機不保密，說話注意。對了，你有事要和我商量？

3）采用多種測量方法進行結構測量。混凝土測量驗收的常規測量方法是通過在施工控制網點或倉內架設全站儀只采用極坐標法就能完成所有的測量工作；三峽升船機因結構埋件多且精度要求高，故將極坐標法、綜合測量法、小鋼尺量測法分別用于倉面混凝土結構線放樣測量、垂直度測量、截面尺寸測量和混凝土形體數據測量中，實現了混凝土澆筑結構精度控制。

一般混凝土套管內置埋件測量因其精度要求不高，采用的常規測量方法是直接采用全站儀測量管口上下左右4點坐標計算管子中心坐標即可；三峽升船機因單根和根與根之間的相對精度都要求高，故單根套管空間定位測量采用了直接測量、間接測量、投測傳遞法3種方法；每組套管相對空間定位運用了絕對比對法和相對比對法；實現了內置埋件精度控制。

4）模板測量驗收采用初調、精調方式。在模板、預制（埋）件安裝完成后，進行空間位置和形體輪廓的檢測，以確定結構物的立模形體精度是否滿足設計要求。在模板檢查驗收過程中，測量人員可以實時指導模板安裝人員進行精細調整，直到所有模板都符合設計要求的限差。

模板驗收測量分兩步進行，一是直接利用全站儀進行模板初調；二是利用激光天頂儀采用投測方法進行模板終調。測量精度與施工放樣精度相同，平面點位中誤差最大不超過±3mm，高程中誤差可控制在±5mm以內。常規模板驗收采用全站儀一次驗收完成，模板安裝精度控制不高。

4.2 混凝土施工

1）優選采用布料均勻、連續、可左右回轉360°的自升式布料桿澆筑混凝土。根據升船機塔柱薄壁、含筋量高、框架結構特點，改變常規水工混凝土采用垂直起吊手段掛罐澆筑的方式，首次將布料桿應用于水工建筑物混凝土澆筑。在船廂室段每側兩個電梯井內分別布置1臺38m臂長和1臺32m臂長的倉面布料桿，混凝土采用倉面布料桿配HBT60型混凝土泵和HBT80型高壓混凝土泵入倉，以滿足混凝土布料均勻、連續，較好地控制坯層厚度及坯層覆蓋時間等要求。

2）研制異形鋼筋加工檢測平臺，采用型鋼樣架以及測量定位技術控制鋼筋安裝精度。a.由于塔柱為薄壁鋼筋混凝土結構，內部布置了多個豎井，部位集中、結構復雜且鋼筋布置密集，各種形狀鋼筋交叉布置，且與金屬結構埋件交替施工。鋼筋加工精度不高，將造成現場鋼筋穿插、綁扎困難；為控制各種形狀鋼筋加工精度，自主研發新型鋼筋加工檢測平臺裝置。在平臺上設置各種角度標準靠樁及標準靠尺，檢驗鋼筋長度及彎折角度的精度。具體為根據鋼筋尺寸在平臺上按1∶1比例放樣，在轉角控制點部位設置100mm高?20mm圓鋼立樁或角鋼靠尺，立樁、靠尺與平臺點焊，將加工成形的鋼筋放在平臺上，以立樁、靠尺來檢驗鋼筋相應控制點的加工精度。可準確、快速地檢測各種形狀的鋼筋加工精度，一種型號的鋼筋檢測完后，可將立樁、靠尺撤掉，按照需要檢測的鋼筋尺寸重新定位點焊，可重復使用。這一方法顯著提升了檢測精度。b.升船機塔柱金屬結構一期埋件多，精度要求高，需與鋼筋穿插施工，因此需確保鋼筋安裝精度。常規鋼筋安裝時采用鋼筋作為樣架筋，在樣架筋上畫點確定鋼筋綁扎位置控制鋼筋間排距，采用常規的定位方法，存在鋼筋定位不準、垂直度偏差大、鋼筋間排距和保護層控制精度低等問題。為確保鋼筋定位精確，研發了在墻體內設置鋼筋精確定位（樣架）裝置，其方法是采用型鋼作為鋼筋樣架，在倉內按照合適間距先埋設豎向定位型鋼，然后采用縱向型鋼將豎向型鋼兩兩連接，按照鋼筋定位樣架提供的準確位置進行鋼筋安裝施工。

4）針對升船機高層建筑物及人工骨料特點，研發高性能、高泵送混凝土技術。a.塔柱混凝土均為高強度等級混凝土，骨料為人工骨料，泵送高度達112m，為確保混凝土和易性，滿足泵機可泵性要求，隨著泵送高度的增加，經多次研究和試驗，對混凝土級配進行適時調整。先后研制使用了小石∶中石=70∶30二級配混凝土、中石粒徑為20～30mm的二級配混凝土、一級配混凝土澆筑塔柱暗柱暗梁鋼筋密集部位，確保人工骨料混凝土能夠連續泵送112m高度，解決了人工骨料混凝土泵送困難問題。b.針對薄壁混凝土鋼筋密集、混凝土澆筑易污染鋼筋問題，經過多次試驗，確定了壓力風槍處理鋼筋污染方式。在混凝土下料過后及時跟進采用壓力風槍對鋼筋污染進行清理，消除了常規混凝土澆筑完后采用人工處理難度大、處理質量低的問題。

5）研究并實施薄壁混凝土施工綜合溫控技術。a.冷卻水管間排距精細布置，高溫季節將冷卻水管層間距布置由原來的1 000mm改為750mm布置，3m升層的澆筑倉位，第一層直接鋪設在倉面上；第二層布置在澆筑層中間高程；第三層布置在距收倉面300mm左右位置。通水回路根據墻體厚度獨立設置，根據不同位置的溫度變化情況，調整通水流量，進行個性化通水。避免了常規冷卻水管布置間距大、混凝土內部溫度易超標的問題。b.根據不同時段、不同部位采用了保水保濕、流水、養護劑養護多種措施，其中收倉面覆蓋棉氈保水保濕養護，側立面掛花管流水養護，對于受其他作業干擾不能采用流水養護的側立面，則采用涂刷養護劑養護。解決了常規養護措施單一、養護不到位的問題。

4.3 實施效果

1）形體檢測。三峽工程升船機塔筒高精混凝土形體跟蹤檢測的成果統計見表1。

從表1可以看出，塔筒混凝土形體偏差平均合格率均在99.5%以上，表明結構形體精度控制優良，筒體各項變形均處于高度受控狀態。

表1 塔筒混凝土形體檢測結果統計表Table1 Physical test results for tower concrete

2）混凝土密實性檢查。為評判升船機塔柱結構混凝土澆筑質量，對升船機結構受力的關鍵部位，包括齒條、螺母柱、縱導向導軌、平衡重導軌和縱向聯系梁等部位的混凝土澆筑質量進行超聲波檢測，檢測方法為超聲波斜對穿CT（Computed Tomography）。共進行超聲波檢測307個部位，結果顯示，合格率100%，優良率達95.3%。

5 結語

水工高精混凝土已隨著重大工程建設的需要和科學技術的進步與發展應運而生，三峽工程升船機高精混凝土施工的實踐證明，水工混凝土完全能夠將土工材料的諸多優點帶入高精領域，去建造美觀、實用、耐久、精致的水工建筑物，為人類造福。

高精混凝土施工的精要在于高精理念指導下的精湛技術和精細工藝的展寬、細化與足量，而精要中的關鍵又在于精細工藝每一個細枝末節的不折不扣與足額到位，如果抓不住這個關鍵，再精妙的設想也只是一句空話，甚至還會帶來相背的結果。由此可見，高精混凝土給水工混凝土施工領域帶來的將是一場巨大而深刻的變革。