水利工程混凝土施工技術及養護

吳 勇，劉俊新

（益陽市洞庭湖北部補水工程管理所，湖南 益陽 413000）

水利工程的施工環境比較惡劣，施工內容較為復雜，因此，對于施工技術要求極高，混凝土施工作為水利工程施工的關鍵性部分，對于施工技術的要求更為嚴苛。在實際施工過程中，包括施工前準備、混凝土材料選擇、混凝土配合比以及混凝土澆筑、養護等環節都需要嚴格把控，這樣才能充分確保混凝土施工質量，混凝土凝固后的強度和性能指標才能符合工程設計要求和相關標準，滿足使用需求。

1 工程概況

某水庫工程位于武威市天祝藏族自治縣西北部金強河的支流石門河上，是石門河調蓄引水工程的樞紐工程，水庫擋水建筑設計為混凝土重力壩，正常情況下蓄水位為2 896 m，設計洪水位為2 897 m，校核洪水位為2 898.97 m；設計壩頂寬度設計8.0 m，壩體最大高度48.50 m，壩頂高程2 899 m，壩頂軸線長122.45 m。整個壩體分為溢流壩段（如圖1 所示）、中孔壩段以及擋水壩段（如圖2 所示）三個部分。水庫工程建成后可引水至工業園區以及水泉上灘，在保障工業園區用水需求的基礎上，還可以兼顧部分村鎮居民用水以及灌溉用水需求。該地區地處高海拔地區，最高海拔4 874 m，屬于大陸性高原氣候，氣溫較低，因此，工程混凝土施工難度較大。

圖1 溢流壩段截面圖

圖2 擋水壩段截面圖

2 工程施工難點以及混凝土施工作業目標

2.1 工程施工難點

由于項目所處區域為高海拔地區，氣溫較低，采用常規混凝土配合比凝固時間較長，并且混凝土初期強度偏低，不能滿足工程設計要求。同時在混凝土試拌過程中，發現混凝土塌落度以及保塑性不符合施工要求，必須增加混凝土外加劑用量。受上述因素的影響，在工程建設初期，為確定混凝土配合比以及外加劑用量消耗了大量時間，導致后續施工工期比較緊張。

2.2 混凝土施工作業目標

考慮到項目所處區域的實際情況，既要考慮大體積混凝土施工的水化熱等降溫防裂措施，又要考慮混凝土低溫施工的表面防凍養護措施，以確保施工質量；同時要注意養護期結束后，壩體能適應溫度變化造成的影響，使混凝土在規定齡期內強度達到設計標準；在溫度波動較大或者外界環境比較干燥的情況下，要注意先澆混凝土的施工縫處理，避免出現裂縫導致返工。

3 混凝土施工技術

3.1 施工前準備

考慮到項目所在區域冬季氣溫較低，河流會進入冰凍期，因此選擇在冬季進行混凝土施工，這樣有利于大體積混凝土施工溫度控制，同時可以分攤夏季施工作業高峰的施工強度，優化配置勞動力資源，并且可以充分利用河流冰凍面進行施工作業，能合理控制工程施工成本。具體來講，在施工前需要考慮以下幾方面的因素：一是施工區域的氣候條件、環境條件、工程條件以及項目整體結構與規模；二是確定施工現場的人力資源配置以及機械設備配置，制定科學的混凝土澆筑強度、質量控制措施和養護方案[1]；三是針對項目所處區域的氣候因素制定完善的應急方案；四是檢查施工現場的工作環境，為施工人員營造出安全的作業環境。

3.2 混凝土材料選擇以及混凝土配合比

由于項目所處區域的氣候條件特殊，對于混凝土配合比的要求比較嚴格，根據W/C 標準的要求，混凝土經過初期養護后抗壓強度至少要達到3.5 N/mm2[2]。鑒于此，本項目混凝土施工無論在材料選擇還是混凝土配合比上都需要嚴格把控，否則會直接影響后續混凝土澆筑施工。

1）材料選擇。水泥材料選擇普通硅酸鹽水泥或者中熱、低熱硅酸鹽水泥，不宜采用凝結速度相對較快的硫鋁酸鹽水泥或者鋁酸鹽水泥，同時水泥材料的選擇還需要考慮到與混凝土外加劑兼容性，綜合多種因素擬采用普通硅酸鹽水泥。

因混凝土重力壩為大體積混凝土，骨料應采用多級配形式，細骨料除符合《水工混凝土施工規范》的相關要求外，最大粒徑不超過5 mm，人工砂細度模數控制2.4～2.8，天然砂細度模數控制在2.2～3.0；細骨料在使用前需要進行堿活性試驗，合格后方能使用；此外，細骨料還需要滿足如下要求，如表1 所示。

表1 細骨料品質要求

粗骨料除符合《水工混凝土施工規范》的相關要求外，一般采用二至三級配最大粒徑按澆筑條件確定；表面必須潔凈無污染；若使用含有黃銹、鈣質結核或者活性骨料的粗骨料，需要進行專門試驗[3]；此外，粗骨料還需要滿足如下要求，如表2 所示。

表2 粗骨料品質要求

2）混凝土配合比。混凝土配合比如表3 所示。水灰比應綜合抗滲與塌落度要求通過試驗確定。

表3 混凝土配合比 kg

3.3 混凝土用量計算

拌制混凝土量計算公式為：

式中 Q混——拌制混凝土總量（t）；

K——擴大系數，K=1.25；

γ——拌制混凝土容重，γ=2.6 t/m3；

V——主體工程混凝土工程量（m3）。

經計算Q混=24.45 萬t。

3.4 混凝土澆筑施工

在混凝土澆筑施工過程中需要注意以下幾方面：

1）混凝土禁止直接澆筑在凍結的地基或者已澆混凝土表面上，澆筑施工時要求作業面以及模板表面溫度必須高于凍結溫度，否則待溫度上升，因凍結的作業面或者混凝土表面冰層融化，會影響混凝土澆筑施工質量。

2）在澆筑施工前必須要將附著在模板上或者鋼筋上的雪全部清理干凈，建議采用蒸汽解凍[5]，否則待溫度上升，冰雪融化可能會導致混凝土內部出現裂縫，同時在澆筑施工過程中要注意上述部位再次出現凍結的情況。

3）澆筑施工時要注意控制混凝土的溫度，避免水化過度升溫和低溫環境導致的溫度驟然下降，并且要注意如果作業面尚存在積水，不能直接進行整平作業。

4）混凝土澆筑施工完成后，要注意成品保護，不能使已澆筑部分長時間暴露于空氣中，避免混凝土表面出現干縮裂縫和凍結破壞。

5）如果使用混凝土泵送施工，則輸送管道溫度過低可能會導致先進入管道的水泥漿出現部分凍結的情況，因此必須要通過保溫或者用溫水等對管道進行預熱，不能直接泵送混凝土。

4 混凝土養護

按照建筑學會頒布的標準，混凝土初期養護必須要達到一定的強度，確保不會出現凍害，即混凝土抗壓強度至少要達到353.5 N/mm2。后續視混凝土齡期要求適當延長養護期限，確保混凝土達到設計強度。

4.1 溫度管控

混凝土累計溫度的計算公式為：

式中 M——累計溫度（℃·d）；

θ——混凝土溫度（℃）；

A——常數，通常取10℃；

△t——時間（d）。

4.2 養護方法

當環境溫度在0～4℃時，混凝土凝結時間約為15℃時的3 倍左右；當溫度在-5～0.3℃時，混凝土開始凍結，混凝土水化反應開始停止；當環境溫度在-10℃以下時，混凝土水化反應完全停止，強度不再增加。要確保混凝土不出現凍害，必須要做好養護工作，考慮到本項目的實際情況，擬采用保溫養護的方法。

1）隔熱養護。這種養護方式主要是在混凝土的表面覆蓋隔熱材料，利用混凝土水化熱效應達到保溫的效果，一直到混凝土強度達到設計標準。這種養護方式適用于輕微凍結，環境溫度不低于-3℃，若環境溫度過低，則需要使用隔熱材料制作保溫性能更好的模具。采用模具進行隔熱保溫時，可以大幅減少混凝土水化熱的損失量，但移除模具之后，混凝土表面溫度可能會驟然下降，尤其是本項目中這種大體積混凝土，很可能會導致混凝土表面與內部溫差產生變形裂縫[7]，因此，在拆除保溫模具時，要綜合考量各方面因素，不宜盲目拆除。

在混凝土保溫養護期間，若環境溫度在0℃以下，則對于混凝土的強度會產生極大影響，因此，養護時要注意不宜將混凝土澆筑的溫度設定過低，如果最低溫度達到了-15℃左右，則還需考慮使用防凍劑。以薄板或者保溫薄板簡單地覆蓋一下混凝土表面，將降溫至0℃的過程控制在12 h 以上，這樣才能在此之后順利地提升強度。

2）蓄熱法。所謂蓄熱法就是采用保溫措施，將混凝土水化熱以及外界熱量儲蓄起來，使混凝土處于正溫環境，確保混凝土強度持續增加。采用蓄熱法進行養護，需要在混凝土施工環節對粗骨料、細骨料以及水進行加熱，其中優先考慮加熱水，水加熱溫度不宜高于90℃；次之考慮加熱粗骨料和細骨料，注意粗骨料和細骨料加熱溫度不宜高于75℃。

5 結 語

綜上所述，在水利樞紐工程施工中，混凝土施工以及養護是關鍵性內容，直接影響著水利工程整體質量，必須要結合工程所處區域環境的情況以及項目設計要求和相關標準，合理設計混凝土配合比，合理選擇材料，嚴格執行混凝土拌制澆筑工藝要求，并做好必要的養護工作。