水利工程混凝土施工技術及質量控制分析

王宜超WANG Yi-chao

（山東大禹水務建設集團有限公司，濟南 250100）

0 引言

水利工程是保障社會經濟發展和人民群眾財產安全的基礎性設施，在項目的施工階段，混凝土施工是水利工程建設最為關鍵的部分，對施工質量的要求也最為嚴苛。在施工階段，需要嚴格把控混凝土材料的質量、配合比、澆筑及養護等環節，確保混凝土固化后的強度和性能指標。基于此，本文結合工程案例，探討混凝土的施工過程，總結控制混凝土施工質量的措施方法，以供同行借鑒參考。

1 工程概況

梁山縣國那里灌區2020 年續建配套節水改造工程，主要建設內容包括：新建兩條提水區溝渠、配套建筑物57座、自流區支渠、加高培厚堤防等，工期180 天，涉及專業廣、工程量大、施工現場相互干擾。該項目建設區域屬地表水系發育，地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，孔隙承壓水，地下水埋藏較淺。由于該項目的施工工期跨越干燥寒冷的冬季，常規配合比的混凝土，初期強度偏低且凝固時間較長，所以，需要通過試驗確定最佳配合比和外加劑用量，尤其是大體積混凝土澆筑振搗完成后，制定水化熱降溫和表面防凍抗裂等防范措施，是確保混凝土齡期內強度以及項目整體質量的重點。

2 水利工程混凝土施工技術

2.1 施工前準備

項目施工前，考慮工程施工條件以及整體結構和建設規模，合理設置施工現場人力資源和機械設備的配置、各專業工序交叉銜接順序等，尤其針對大體積混凝土施工，明確混凝土的澆筑強度，制定施工過程的質量控制措施和養護方案。結合項目施工區域的氣候因素，營造安全作業環境，并制定完善的應急方案。

因項目所在區域氣候條件影響，混凝土配合比要求比較嚴格，參照W/C 標準，混凝土初期養護后的抗壓強度應≥3.5N/mm2，因此，著重控制混凝土的材料及配合比。水泥材料在綜合考慮凝結速度以及與外加劑的兼容性等多種因素后，選用普通硅酸鹽水泥；骨料采用多級配形式，粗骨料表面應潔凈無污染，最大粒徑≤5mm，含泥量≤1%，堅固性≤5%，表觀密度≥2500kg.m-3，吸水率≤2.5%，并滿足《水工混凝土施工規范》的要求。含有活性、黃銹或鈣質結核類的粗骨料，需專門試驗合格后方可使用；細骨料做堿活性試驗，人工砂細度模數2.4～2.8，含泥量≤1%，堅固性≤8%，表觀密度≥2500kg.m-3。天然砂細度模數2.2～3.0，人工含泥量≤3%，堅固性≤8%，表觀密度≥2500kg.m-3，輕物質含量≤1%；混凝土配合比，考慮抗滲與塌落度要求，由試驗最終確定，本項目的混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比

2.2 模板及鋼筋安裝

本工程結合鋼筋混凝土面板特性，模板采用預制模板和現澆模板，模板的強度和剛度應確保縱橫圍令未支撐部分的模板本體不變形、扭曲等，模板允許偏差滿足DL/T5169-2002 相關規定。模板安裝前，人工均勻涂刷礦物類防銹保護涂料。模板拼裝時，相鄰模板分縫夾橡膠或海綿條，接縫平整嚴密，分層施工時，逐層校正下層偏差，防止模板下部“錯臺”。模板拼裝后，校核模板整體安裝的垂直度，確保滿足施工規范要求。拆模時，應結合當地氣溫及砼強度情況并按設計規定進行，非承重側面模板，砼強度須≥2.5MPa，承重模板，砼強度應滿足表2 的規定。

表2 承重模板拆模砼強度標準要求

鋼筋入場前，必須查驗鋼筋的廠家、規格、合格證、材質單，檢查外觀尺寸、有無裂縫和折疊等，鋼筋利用起重機和移動設備運輸，分類存放，嚴禁在鋼筋上堆壓物品。安裝鋼筋時，劃線定位要準確、立筋架牢固、綁扎點次嚴密、點焊力度適中。受力筋的位置偏差≤10mm，分布筋的間距偏差≤20mm，箍筋間距偏差≤20mm，排距偏差≤5mm，彎筋彎起點位移偏差≤20mm。鋼筋作業完成后，設立警示牌，防止人員踩踏并保障施工場地人員安全。

2.3 澆筑及振搗

混凝土澆筑時，要精準控制澆筑的溫度、時間，冬季施工時，應避免低溫時段澆筑，若無法避免，要做好防寒保溫措施，確保作業面和模板表面溫度高于凍結溫度，以防冰雪融化造成混凝土內部出現裂縫。本工程結合不同部位、結構和構件等，采取不同的混凝土操作方法和要求。墊層等砼澆筑。首先，采用鋼模和方木，立與墊層同厚的邊模板，再采用泵送砼入倉、人工布料，平板振搗器拉振、提漿，人工木拉子和鐵锨找平，防止局部石子集中；底板等砼澆筑。澆筑前，應確保扎筋、立模牢固，基面無污物并用清水勻灑濕透。澆筑時，澆筑面要保持水平，及時清除表面泌水，但禁止在模板上開孔趕水，以防帶走灰漿。澆筑過程應連續進行，若因故間歇超過砼初凝時間，要按施工縫處理。澆筑過程中，要防止模板、鋼筋等位置移動，否則，要及時調整；墩、墻、排架等中上部砼澆筑。澆筑前，均勻濕潤倉面，將一定量高標號的砂漿，平鋪至倉面內3～5cm。澆筑時，泵送砼且分層入倉，每層砼厚度＜30cm。對于不能分層澆筑的較長倉面可拉坡澆筑，但應緩慢拉坡，并及時處理坡腳和坡中的石子。未做特殊加固的模板，澆筑速度控制在0.5～0.6m/h。當澆筑高度接近設計高程時，改人工下料、鋪料，并處理好頂面。

每層澆筑完成后，要及時進行振搗處理，本工程為提高混凝土構件的強度，結合混凝土的初凝時間、塌落度等特性，采用二次振動振搗方法。在模板充滿混凝土后振動60～80s，排除混凝土內氣泡并保持骨料混合均勻，再振動30～40s，消除水化熱產生的氣泡及縫隙，確保密實度。振搗過程中，采用灰土擴散作業，嚴格控制振搗器與模板的距離，薄壁結構選用振搗力小的振搗棒。振搗棒應快插慢拔，不得漏振、欠或過振、早或遲振，且不可振到鋼筋上或鋼筋中。

2.4 養護及拆模

混凝土振搗完成12～18h 后，利用塑膜包裹混凝土，通常灑水養護7d，具體的時長和方式需根據實際情況具體的操作，并保持混凝土表面濕潤。在混凝土保溫養護期間，當環境溫度低于0℃時，在混凝土表面覆蓋隔熱材料，利用混凝土水化熱效應達到保溫效果，并控制降溫至0℃的過程持續大于12h。當環境溫度低于-15℃時，需使用防凍劑。

在拆除混凝土承重模板前，應確保其強度達到設計強度、結構已穩定成型。拆除模板時，對于發現的質量缺陷，要及時采措施，較小的缺陷，可清洗后用水泥砂漿抹平，較大的缺陷，應清除不合格得土層，再使用更高級的細骨料混凝土修補。

3 水利工程混凝土施工質量控制策略分析

3.1 混凝土質量控制

水泥屬于凝膠性材料，受環境影響較大，所以，在檢測并確定進場水泥的各項指標達標后，需重視對水泥的儲存。儲存水泥的倉庫應保持干燥，倉庫地面應高于室外地面約30cm，水泥堆放不可過高，通常以10 袋為最多疊放標準，以防水泥因擠壓而結塊；骨料的級配、孔隙率、彈性模量、粒徑分布、壓碎強度等，對混凝土的性能有重要影響，可按照對角線四分法則抽取10g 進行檢測，判斷骨料級別；攪拌混合料時，應添加無雜質且純凈度較高的水，外加劑要著重控制活性和細度值，同時要注意外加劑對坍落度的影響，外加劑用量越大，坍落度越高，添加過量后效果則不顯著，所以，要結合實際工況，將外加劑填加量控制在1～2%，保障混凝土的各項性能；攪拌方案通常包括設備標準、攪拌時間、放料順序等，攪拌時間過長或過短，對混凝土的材料性能都有重要影響；由于水利工程施工環境存在一定的差異性，混凝土的配置方案不具備通用性，需要結合施工現場具體的施工部位適當調整混凝土的配合比。首先，水利工程專業技術人員應通過施工現場勘查，獲取系列參考數據，綜合分析這些數據，初步判斷混凝土配合比。再通過實驗室和現場檢測，明確配料性能，當混凝土配合比與設計強度要求有較大差異時，需重新調配直到實際工況和設計強度需求。

3.2 模板的質量控制

模板施工對鋼筋混凝土的施工效果及質量有直接影響。安裝模板前，應清除表面雜物，并在正式澆筑混凝土前澆水潤濕。模板安裝過程中，在調節模板的最底層和調平層時，要確保已清除雜質和多余的土石。立模板時，要重視對模板的穩定性和安全性控制。模板的基層和底部要盡可能貼合，以免發生模板斷裂或間隙堵塞的情況。為防止模板間隙堵塞，可采用沉淀處理方法，如填補基層與模板底部中間的空隙，油氈紙、膩子等堵嚴模板縫隙，也可在模板內側覆蓋一些塑料薄膜，可防范空隙漏漿和漏水問題。選用長效的模板隔離劑，不可漏刷且要涂刷均勻。重復利用的模板，應按照施工規范的要求拆除并合理堆放，損傷、污染或變形的模板，隔離存儲并做好標記，在修正后才可再次使用。檢查安裝后的模板及支架的位置度、強度、標高、穩定性和剛度等，確保滿足施工規范要求。采用木模板拼裝時，混凝土的澆筑，要考慮溫、濕度對模板的影響，澆水潤濕但不可積水，澆筑過程中，要注意觀察木模板變形情況，及時修補缺陷接縫。

3.3 混凝土裂縫控制

原材料質量，對混凝土施工質量的影響較大，尤其是對混凝土裂縫的控制。加強對水泥和摻和材料質量的管控，可降低混凝土內外溫差，強化混凝土的抗裂能力。同時，合理搭配原材料比例，保持混凝土結構的強度和堅固；混凝土的初期養護，應確保不會出現凍害，后期視混凝土齡期要求，可適當延長養護期限。混凝土養護，目前普遍采用的是隔熱養護方法，適用于輕微的凍結，環境溫度不低于-3℃。當環境溫度過低時，需使用隔熱材料制成的模具，但在移除模具時，需綜合考慮多方面因素，防止混凝土表面溫度驟降，導致混凝土表面產生裂縫。

3.4 澆筑過程控制

當混凝土澆筑的工程量較大時，應在澆筑前，確認分層澆筑的可行性以及分層澆筑厚度。通常情況下，分層澆筑的混凝土每層厚度應≤50cm，相鄰兩層混凝土的澆筑時間間隔應≤2h；澆筑時，混凝土自由下落高度應＜2m，混凝土層均勻上升且密集，避免發生高差過大或離析現象。澆筑豎向結構的混凝土時，后層混凝土的澆筑工作應在前層混凝土初凝前完成。較高結構的水利工程，可采用導管完成混凝土澆筑，但在澆筑時，要避免底部落入大石子，以防造成混凝土局部澆筑突出、不均勻等問題，并合理控制混凝土的澆筑速度，避免混凝土凝結引發結構裂縫。在混凝土的澆筑過程中，要指派專人檢查模板、鋼筋、預埋件等是否發生變形、堵塞或位移等情況，否則，要立即停止澆筑，并在已澆混凝土初凝前做好修復。對于支座負筋，澆筑的混凝土要完全均勻，在其無明顯氣泡泛出、下沉，表面水平且可見水泥漿時為宜。受較小剪力、便于澆筑的部位，應按照標準要求預留施工縫，若需在施工縫處澆筑混凝土，要先清除周圍松動的石子和硬化層，鋪設一層水泥漿再搗實，使新舊混凝土層緊密結合，收漿時，要及時抹平，以防產生干縮裂縫。

3.5 振搗過程控制

振搗和灌漿作業是混凝土施工過程中的重點工序，混凝土振搗要分層、均勻且密實，排除氣泡，表面需粉刷的混凝土結構，應在麻面部位澆水并在充分濕潤后，再采用原混凝土配合比的混凝土砂漿，將麻面抹平壓光，表面不需要粉刷的混凝土結構，不需要處理。另外，振搗和灌漿過程中，還應做好以下幾點：①施工人員要掌握施工現場環境和施工工藝，操作工具選用恰當；②施工人員應確保振搗設備具備良好的機械性能，發揮出其最佳的施工效果；③振搗過程中，要確保上下層混凝土澆筑的間隔時間，不能超過混凝土的初凝時間；④根據現場實際情況調整振搗方案，可采用插入式振動器和平板式振動器振實。插入式振動器移動的間距應＜1.5 倍的振動器作用半徑，模板與插入式振動器的間距應為5～10cm；⑤振動時，緩慢提起振動棒，觀察混凝土表面變化，避免振動棒觸碰到模板或鋼筋。若上層未有氣泡，但出現浮漿并伴有表面下沉或塌陷趨勢時，要立即停止作業。當局部鋼筋密度較大時，應避免振幅過大，以防鋼筋結構性能變化。同時，要注意測量混凝土的澆筑溫度以及坍落度。

3.6 接縫灌漿

接縫灌漿施工目前主要采用騎縫式、盒式、重復式等灌漿方法，騎縫式灌漿施工效率較高，塊縫中可實現平均升漿，堵塞幾率小。重復式灌漿施工可實現重復灌漿，管路系統利用率高。盒式灌漿施工可實現較高的灌漿質量，不易發生阻塞，多用于縱縫灌漿。接縫灌漿作業時，應注意混凝土構件分塊變形情況，防止接縫變化，導致接縫灌漿部位出現拉裂等問題。另外，還應結合混凝土構件受力情況，合理安排灌漿順序。一般情況下，橫縫為先，當對構件側向的穩定性要求較高時，縱縫灌漿為先，橫、縱縫灌注作業必須錯開，以免相互影響。

3.7 養護階段控制

水利工程的使用周期長、運行環境惡劣且復雜，為了延長水利工程的使用壽命，養護階段的質量控制尤為重要。在此階段應著重控制以下幾點：①混凝土的養護，應在混凝土的表面和最外層各覆蓋一層塑料薄膜，中間鋪設兩層濕麻袋，控制混凝土自身的水分蒸發速度，達到良好的保溫效果。高溫季節，草席或草袋覆蓋混凝土層，可減少水分蒸發，同時，要指派專人進行定時、定期的灑水，每天灑水6～7 次，確保混凝土表面始終處于濕潤狀態。當養護周期達5d 后，揭除薄膜、草席或麻袋，并繼續進行灑水和養護作業；②對于混凝土結構出現的裂縫、開裂、孔洞、露筋等問題，應采用合理的技術處理措施，避免給水利工程的日后運行埋下安全隱患。

3.8 施工質量控制與管理

施工現場除了要對施工材料、過程、工藝進行嚴格管控外，還要做好對人員、機械、環境等方面的管理。施工人員要掌握專業技能，具備責任和安全意識，施工企業要有組織、有計劃的對施工人員進行培訓和管理，避免人為因素造成質量問題；設置專人管理施工器具，定期做好設備的養護工作，合理設置各作業環節的機具類型、進退場時間和放置位置，保證設備運行效率；嚴格把控進場各類材料的質量，詳細記錄使用部位的材料批號、數量、檢測信息等，編制關鍵工序并嚴格實施專項技術措施。

4 結語

近年來，我國水利工程混凝土施工技術高速發展，并進行了持續改進和創新。但在一些水利工程建設案例中，仍存在一些施工過程缺陷導致的質量問題。對于這些施工過程中的缺陷，需要結合實際工況，有針對性的制定科學且合理的應對方案，不斷總結施工技術經驗，完善并擬補施工過程中的不足和缺陷，確保水利工程的施工質量。同時，也可獲得顯著的經濟和社會效益，促進我國水利建設事業的進一步的發展。