水工建筑混凝土结构设计及其施工质量控制

吴继明

(新疆水利厅玛纳斯河流域管理处,新疆 石河子 832000)

水利工程是我国的基础性产业,是目前正在进行大力开发建设的重点工程,而且其中大多数工程都以钢筋混凝土结构形式为主;就通常的水工建筑结构而言(如大坝、水闸、码头等建筑构筑物等),建筑结构的荷载承重和防渗功能等均主要由混凝土结构承担,因此,混凝土结构的设计及其施工质量控制都显得尤为重要,其设计及施工质量的好坏直接关系到工程结构的运行安全、效益发挥和使用寿命等[1]。混凝土结构的质量,主要受混凝土原材料的质量,混凝土结构施工技术水平以及施工队伍素质等因素的共同影响,严格控制好混凝土结构的设计及其施工质量,对于水工建筑结构的运行安全和功能发挥具有重要的作用。文章结合笔者长期的实际管理工作经验,就混凝土水工结构的设计及其施工管理、质量控制等方面的相关内容,针对影响混凝土结构质量的主要因素进行相应的探讨。

1 水工混凝土结构设计

针对传统的混凝土结构设计以强度设计为主的特点,水工混凝土建筑结构设计不仅要注重结构强度设计,还需要更多地考虑建筑结构在长期使用过程中由于水下环境作用引起的结构材料腐蚀对结构性能与适用性的影响,应尽可能通过合理的结构设计延长结构使用寿命。

水工混凝土建筑结构的设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定[2～3]执行,充分考虑建筑结构在正常使用阶段结构构件的相关检测和维护过程,在进行水工混凝土结构设计时,应预留足够的工作面为后续工作提供可实施性。值得指出的是,水工混凝土结构在使用过程中遭受病害是不可避免的,只是应将其程度降至最低水平。因此,在设计混凝土结构构件时,在考虑材料受环境侵蚀和老化对性能产生的影响后,还仍然要确保结构和构件存有足够的安全性和整体稳定性。

2 原材料的选择及检验

混凝土结构的主要原材料包括有碎石、砂、水泥、外加剂等。在确保水工混凝土结构的施工质量,选用相应的混凝土原材料前,一定要对其进行试验检验,只有所有的技术性能指标均满足设计和规范要求才能采用;当碎石骨料中含有过量有害物质时,则会影响水泥的水化反应,降低混凝土构件的强度,减弱骨料与水泥胶体的粘结。

在混凝土搅拌施工过程中,还要求质量控制管理人员根据现场测定的结果及时对原材料的配比进行调整。如在现场采用干炒法快速确定砂子的含水率,并及时根据现场测定的含水率及时调整混凝土配合比中的实际用水量和集料配比。

3 混凝土现场配合比的确定

影响混凝土原材料配合比变化而导致混凝土结构强度变化过大的主要因素是细骨料砂子含水率、含泥量的变化和碎石含粉量的变化影响[4]。

(1)混凝土原材料施工配合比的换算。在混凝土搅拌现场,各级碎石骨料中普遍含有一定量的超粒径颗粒,而且骨料的含水量通常都会比饱和面干状态要高的多。因此,应根据现场实测骨料的粒径变化范围及砂石表面的实际含水率,将试验配合比换算为混凝土现场施工配合比。

(2)混凝土施工配合比调整。由于混凝土施工易受现场其它条件的影响,根据混凝土在试验室里确定的设计配合比配置的混凝土,其和易性难于与实际施工条件完全适合,其现场坍落度也会随之改变。为确保水工建筑结构的混凝土和易性性满足现场施工条件的要求,在保持水灰比不变的前提下,应对混凝土含水率及其用水量进行相应的调整。

4 混凝土浇筑与振捣施工

水工建筑混凝土结构施工,经常是大体积混凝土的浇筑。正式浇筑施工前,应科学地设计施工组织计划,将混凝土按一定面积、顺序和走向,分层、分段地进行浇注施工,同时应确保不会留下明显的施工缝。

(1)大体积混凝土结构 (如墩台等)应分区、分层浇筑,每层混凝土的浇筑厚度应控制在振捣深度范围内,确保在下层混凝土初凝前结束其上层混凝土的浇筑施工,一般情况下,水工建筑结构的混凝土分层浇筑厚度不超过30cm。

(2)长条状的混凝土结构 (如挡土墙等)的浇筑施工,应分段、分层进行,以确保每段混凝土结构均满足浇筑要求,一般情况下,分段浇筑长度控制在10～15m为宜。

(3)无论混凝土结构是按什么形式浇筑,混凝土的浇筑施工应一次性连续完成;如果浇筑施工过程中的间断时长超过了初凝时间,则必须严格按施工缝要求处理接缝位置。

水工混凝土结构浇筑施工时,结构构件的任何部位都应当振捣充分,不得漏振,可从以下几个方面进行质量控制。

(1)如采用插入式振捣器进行振捣施工,其插入间距应不超过振捣器作用半径1.5倍的范围,不能留有死角。

(2)采用插入式振捣器振捣施工时,插入深度应控制在距模板距离保持在50～100mm左右为宜,防止模板接触振捣器并与之产生共振影响混凝土结构的质量;上下层混凝土分层浇筑后,在振捣上层混凝土时,振捣棒的插入深度也应进入下层混凝土50mm左右,以确保上下层混凝土的连续整体性。

(3)采用平板式振捣器进行施工时,应将待振捣的混凝土平面充分覆盖,每次移动时应重叠振捣100mm左右。

(4)采用附着式振捣器进行施工时,振捣位置和次序应根据结构模板的架设情况和振捣器性能来布置,并进行相应的试验进行测试和调校。

同时,还可根据相关经验判断混凝土振捣施工能否停止:①混凝土结构表面的高度基本保持不变;②混凝土的冒泡现象已基本停止 (一般情况下,气泡先由中部冒出,后由四周冒出再停止);③混凝土结构表面泛浆并发亮,表面光滑平坦。

5 混凝土结构变形控制

混凝土结构及构件产生裂缝是水工建筑中普遍的质量通病,在混凝土结构施工过程中,可在以下几个方面进行预防控制。

(1)水工建筑的混凝土结构构造应设计合理,在保证结构整体性满足要求的前提下,应合理设置相应的变形缝;在结构受力分析计算时,应进行相应的断面设计验算,正常使用阶段的应力情况,抗裂验算,超载、维修施工验算。

(2)控制原材料、半成品的质量。确保选用水泥的安定性满足要求,砂石级配良好,砂、石的含泥土、石粉比例应控制在允许范围内;混凝土配合比应通过相应的配合比试验确定,并根据现场骨料条件进行换算、调整;应结合施工现场的环境温度变化情况采用水化热适当的水泥产品。

(3)混凝土施工管理。混凝土原材料的配合比控制要准确,搅拌要充分,拌和要均匀;大体积水工混凝土浇筑施工,应按一定顺序进行分区、分段、分层进行,浇筑与振捣方法要妥当,浇筑速度要均匀,不能快也不能过慢;振捣施工要确保混凝土充分密实,保持插入式振捣器与模板的最小距离,防止模板过度变形甚至出现漏水漏浆的现象;混凝土浇筑完成后应及时合理养护,不要受冻。

(4)注意水工建筑混凝土结构的地基在施工期间发生较大变形,以及环境湿度急剧变化产生的不利影响。

6 混凝土冬季施工

在冬季进行混凝土施工时,如果环境气温不低于零度,做好混凝土的常规保温即可;如在负温下(最低温度低于-5℃)的环境条件下进行混凝土浇筑施工,应重视混凝土的早期防冻。防冻措施主要需要从以下两方面进行。

(1)采用防冻剂,可以大幅度降低混凝土拌合水的冰点,防止在塑性状态和早期混凝土结构内部的水分结冰膨胀,导致混凝土冻伤的现象,一般情况下,防冻剂对混凝土结构或构件的强度性能没有明显危害。

(2)保温处理:在冬季混凝土浇筑尽可能使用胶合板、木板等密封性能较好、具有一定保温作用的模板,再用保温材料 (如草帘或泡沫保温板等)覆盖在混凝土结构或构件的表面,使混凝土强度加速发展。在冬季进行混凝土施工,最好选用早强型的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

7 结 语

混凝土结构设计及其施工是水利工程建设过程中的一个重要环节,是整个水工建筑混凝土结构质量保证的核心环节。

混凝土结构的质量控制,其实就是将设计及施工过程中的各个环节有机联系起来,在严格检验、及时调整、重点控制、安全操作的基础上进行,做到防患于未然,使水工混凝土结构的质量获得有效保障。

[1]刘宏水.工建筑混凝土施工质量控制[J].中国新技术新产品,2010,7

[2]水工混凝土施工规范(DL/T5144-2001)[S].

[3]港口工程混凝土结构设计规范 (JTJ267-98)[S].

[4]张国强.水工建筑混凝土施工的质量控制 [J].水利水电建设,2009,5