中小型水利工程混凝土结构常见的质量缺陷及避免措施探讨

刘 丽 李加顺

（云南省水利水电科学研究院， 云南 昆明 650228）

0 引言

水利工程作为国家重要的基础设施，为城镇居民的生活和各类生产提供了水资源、电能等资源，还是城市预防洪涝、干旱等灾害发生的重要设施，水利工程建设水平也一定程度反映了国家的发展水平。然而即使是中小型的水利工程，其工程规模也是较大的，且具有施工时间长、修建难度大等特点，水利工程主体需要用到大量的混凝土、钢筋等材料，混凝土结构的体量一般较大，因此若要满足水利工程使用所需的承载力、稳定性等具体的性能要求，就需要保证混凝土结构设计合理、施工及养护质量高[1]。混凝土结构具有结构稳定、建设便捷等优点，水利工程需要大量应用到混凝土结构，但混凝土结构也存在一些弊端，如受温度等因素影响明显，导致对施工技术的要求较高，而实际水利工程中地形是十分复杂的，这对混凝土结构的稳定性要求提出了更大的挑战，而水利工程中的混凝土结构，与其他类工程的混凝土结构相比有许多不同的特点，如跨度小、结构庞大、配筋率低，且大体积的混凝土结构在施工时，受外界影响很明显，容易出现裂缝等问题[2]。因此，需要对常见的混凝土结构质量问题进行较为全面地分析，找出其根源，然后从设计、施工、管理等方面进行针对性地优化和控制，从而全面地把控混凝土结构的质量，提升混凝土结构的稳定性、韧度、抗拉伸性能及抗重压等能力，降低其出现结构变形及其他质量问题的几率，全面提升水利工程中混凝土构件的质量，并有利于提升后期维护的便捷性和相关主体的使用寿命[3]。

1 水利工程混凝土结构的性能指标分析

水利工程具有十分强的系统性和综合性，设计、施工及各项管理都涉及多个部门间的联系。这使得水利工程的设计、施工等环节，都必须进行系统地分析，综合考虑科学性、安全性、经济性、社会效益等因素[4]。虽然中小型水利工程建成后会对附近地区的经济和城镇建设有积极影响，但同时施工等环节会对其自然生态、景观及气候等造成多样的影响，在倡导生态保护的时代，需要积极地减少这些负面影响。施工环境的复杂性也使得水利工程的施工面临诸多挑战，如水文、气候等因素将影响施工的质量[5]。就混凝土结构而言，需要从各个环节控制其相关指标以符合建设要求。

1.1 工作性指标

该指标是对混凝土流动性、和易性及凝结时间等性能的描述，水利工程对混凝土结构这些性能的要求都颇高。影响这些性能的因素是多样的，首先混凝土成品料的运输、入仓等环节需要对内外环境进行严格地管控，其次施工时振捣等工作应严格按方案进行，才能确保混凝土按设计的尺寸进行浇筑，保证其外观平整，无离析、冷缝、空洞等问题，混凝土配合比、添加剂的使用等因素对其性能参数的影响也是较明显的，需要进行严密地实验以合理地把控相关参数，另外施工之后的养护工作也应严格按养护规范进行。

1.2 强度指标

混凝土结构需要足够强度以维持主体结构稳定性，需要在设计环节通过详细、准确的计算来保证强度目标值的合理性。结构浇筑过程中应按检测频率进行混凝土强度的抽样检查，制作试块进行同条件养护，并监测试块强度的成长情况，然后根据检测强度的结果，采取回弹仪法、取芯法等方法对相关混凝土结构进行核实，对不合格的结构采取反工等处理措施。

1.3 耐久度指标

水利工程中许多混凝土构件需要长期处于水泡的环境，将受到化学物离子的长期侵蚀，因此需要充分考虑其耐久度。一般根据对实际环境的调查，采取相应的措施，如掺加微硅粉等凝胶材料、高炉矿碴，或使用引气剂，来提升混凝土构件的抗侵蚀性，使其能在严酷的环境下耐久使用。在结构浇筑过程中，也可以采取制作试块等方法，来检验混凝土结构是否能满足相应的抗侵蚀指标。另外，水利工程的环境较复杂，因此对各位置混凝土结构的性能要求也不尽相同，一些处于特殊位置的主体会对混凝土颜色、密度、水化热、早期强度及凝结时间等指标提出较高的或特殊的要求。

2 中小型水利工程混凝土结构常见的质量缺陷分析

2.1 蜂窝

指混凝土结构表面出现局部的酥松，表面砂浆少、石子多，而石子间存在形似蜂窝的空隙、孔洞。导致蜂窝的原因多样，主要有以下几方面：（1）混凝土的配合比设置不精确，存在数据错误，导致拌和时加水量不合理，或砂浆、石子的比例存在问题；（2）混凝土搅拌的时间不充足，导致未拌合均匀，或振捣不密实，导致整体的和易性差；（3）下料不当或过高，如下料时未设置串桶、导管等辅助设施，使石子集中，容易造成砼离析；（4）浇筑时大体量混凝结构未分段、分层施工，或振捣不实、漏振；（5）混凝土浇筑模板的缝隙未封严，或支设不牢固，导致振捣时模板出现移位，进而因漏浆导致砂浆减少；（6）钢筋较密，或使用的石子的粒径过大；（7）水利建筑主体的基础与墩柱、肋板、盖梁、台帽等存在结合处漏浆的问题。

2.2 麻面

指混凝土局部存在表面缺浆，出现许多小凹坑，整体看起来像是布满了麻点，表面十分粗糙，但没有钢筋露出。产生麻面的原因有：（1）模板表面过于粗糙，或未将粘附在其内的杂物清理干净；（2）摸板的拼缝不严密，导致局部漏浆；（3）未在模板上均匀涂刷隔离剂，导致混凝土局部与模板粘结；（4）混凝士振捣存在未排出气泡、振捣不实等现象；（5）选用的水泥泌水严重，导致结构顶部的混凝土存在坍落度过大，或因过振等原因导致结构上部出现麻面。

2.3 孔洞、露筋

指混凝土结构有较大空隙，蜂窝尺寸特大，设置局部没有混凝土，钢筋裸露。产生孔洞、露筋的原因有：（1）在钢筋密布的部位，浇筑不顺畅，导致砂浆未能充满模板；（2）混凝土离析，导致砂浆与石子分离，石子在局部成堆；（3）混凝土浇筑时一次下料太多，超出了振捣器的振动作用范围，使局部存在松散孔洞；（4）砼中存在硬块、杂物；（5）钢筋安装的位置存在偏移，或浇筑时混凝土转变增强使钢筋移位、外露，或振捣力度过大使钢筋移位；混凝土表面被腐蚀，导致钢筋外露并失去保护膜。

2.4 裂缝

结构裂缝对其稳定性的负面影响是极大的，导致裂缝的原因：（1）施工时水泥水化产生的水化热过大，使结构内部与外部温差过大，导致混凝土开裂；（2）施工人员未严格按相关规范浇筑混凝土，或施工环境差，导致混凝土结构地基不均，或过于松软，出现不均匀的沉降，致使结构开裂；（3）终凝过程中，外部温度过高或遭遇强风等气候，导致混凝土表面过分失水或失水过快，混凝土的体积将急剧收缩，易出现裂缝；（4）混凝土养护不及时、不到位。

3 水利工程混凝土结构质量控制要点

3.1 优化设计，并合理选择原料

首先，应做好基础的准备，在设计前充分做好水工地质勘查，整理出完整资料并进行科学的分析，为结构设计、施工设计科学合理的设计提供参考依据，在真实、全面勘察数据的支持下，能有效减少计算及设计的失误。结构设计时，应用BIM 等技术建立相应的模型，合理地设计变量，对涉及的参数进行性能区分，观察参数变化及影响，从而有效减少计算量，并结合相关函数找出最优的参数设置方案，对结构应力、裂缝宽度、结构尺寸、弹塑性等最后影响混凝土结构可靠性的约束条件进行合理选择，以保证水利建筑施工质量能发挥自身应承担的建筑功能。设计人员应在完成设计目标的基础上，充分结合地勘资料考虑水利工程施工可能出现的意外因素，如施工技术、设备配置、施工设计可实现性、工期要求、环境气候、现场交通等因素，把握这些因素然后对混凝土侵蚀等问题进行针对性强化设计，以从设计之初避免此类问题发生。

同时，应结合各种相关的工程建设标准及规范，合理的设计混凝土结构，并进行合理的施工图设计，如为了防止因温差引起的裂缝问题，应在设计中合理选择发热量小的改性水泥，为防止干裂引起的裂缝，需要严格控制水灰比，选择高强度且干缩值小的材料，适当添加减水剂等外加剂，以充分保障结构的使用强度。水利工程中许多主体的混凝土结构在使用时具有特殊性，对结构防水、耐腐蚀、抗变形等性能提出了很高要求，因而需要合理地选择原材料，特别是要对水泥、沙石等材料的性能进行综合对比和技术分析，施工前还应通过试验测定混凝土材料实际性能及找到最佳的配比方案。另外，应控制混凝土材料运输过程中的质量，对运输车收料单位、地址等信息进行检查，运输过程中按要求细致检查混凝土材料的质量，并采取相关的保护措施。

3.2 合理控制浇筑过程，做好振捣及养护工作

浇筑时应合理选择浇筑方式，精准控制浇筑温度、时间，如根据环境温差、结构类型及材料性能，选择最佳浇筑方式，中小型水利工程一般采用泵送混凝土分层浇筑技术，严格控制浇筑温度避免超温，根据季节、天气变化适当调整浇筑方案，应避免在冬季低温等时段进行浇筑，若无法避免应做好防寒保温等工作。

分层浇筑每层完成后均要进行振捣处理，应合理控制振捣速度、深度，保证均匀、无死角振捣，提升混凝土结构密实性。坚持浇筑、振捣并重，实行分层或分段浇筑的同时，在规定内完成分层接茬，若模板有倒坡，混凝土应铺至内侧的倒坡以下，充分振捣，振出气泡后，再浇筑倒坡，分层振捣时应始终保持浇筑与振捣的前后距离，浇铺时应四周略高、中部略低，不能使用振捣棒赶摊，防止砂浆流失，用振捣棒应做到快插慢拔，不能漏振、欠/过振、早/迟振。

浇筑完成后需根据时间变化及天气条件做好相应的养护工作，如常规天气进行洒水，以避免混凝土干缩裂缝，寒冷天气需采取覆膜等方式保温蓄热，避免混凝土水分过分流失而引发裂缝。收浆初凝后，需要在外露表面采取喷洒养护剂、覆盖保温保湿膜或土工毡等操作，侧模拆除后用土工毡等包裹，然后用塑料薄膜再次严密包裹，并确保外露部分的润湿程度，裸露在外的钢筋应进行防锈保护。

3.3 加强施工质量控制与施工管理

除了加强施工、养护技术管控，还应做好人员、机械、环境等方面的管理，如对施工人员的技术技能、安全意识、责任意识进行培训和管理，保证每个工人能胜任自身工作，避免因人为因素导致结构出现质量问题，对施工环境进行管理，有利于保证施工现场有序的进行，同时有利于避免雨雪、沙尘、温度、高边坡等因素影响混凝土结构施工的质量。对各类器械的管理也十分重要，应合理地选择机具类型，合理地设置机械进退场时间及放置的位置，并进行及时的设备养护工作，保证大型设备的工作效率，不会因机械故障、现场混乱等因素而导致影响混凝土的质量。各类材料进场时，也应进行严格的质量把控，控制混凝土材料的成分及坍落度等参数，并对材料的运输批号、数量、检测情况、使用部位等信息进行详细记录。另外，还应加强作业指导，合理、简易地指导各类人员进行有序、高质量的工作，对关键工序应编制并严格实施专项技术措施。

4 结束语

综上，为避免中小型水利工程混凝土结构常出现的质量缺陷，需要从混凝土结构设计、选材、施工技术管控、养护、施工管理等方面，采取合理的、有针对性的优化措施，有效保证水利工程混凝土结构具有良好质量，保障相关水利工程安全、耐久使用，使其充分发挥出自身的社会价值。