浅谈大型封闭式薄壁结构调蓄水池混凝土施工技术

王秀红

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710024）

1 工程概况

天水曲溪城乡供水工程（水源部分）位于天水市秦州区和麦积区境内，取水口位于长江流域永宁河一级支流白家河左岸，引水线路向北穿过分水岭至麦积区甘泉镇胡家沟内，再由管线引水至调蓄水池，经水厂处理后利用管网供水至天水市秦州区、麦积区所辖乡镇，以缓解城乡供水压力。主要建筑物分为枢纽拦河坝、引水隧洞、输水管线及调速水池组成。调蓄水池总蓄水量20万m3，等分为8个2.5万m3水池，单个水池长72.0 m，宽54.0 m。

2 工程总体规划地质条件

2.1 工程总体规划

调蓄水池傍向北倾伏的土质山梁布置，调蓄水池规模较大，水池分为4 组8个2.5 万m3水池，其中4个水池呈“田”字布置于山梁北侧，场地（长×宽）211.4 m×155.4 m，4 个水池呈“一”字布置于山梁东侧，场地（长×宽）271.6 m×93.2 m，每组两个水池间连通管互通。单个调蓄水池为矩形，长72.0 m，宽54.0 m，池壁高7.0 m，池内设计水深6.5 m，池壁厚600 mm，底板厚800 mm，池体顶板厚300 mm，池内设立柱和导流墙，其中立柱间距为6 m×6 m。

池堤地基为次生黄土，挖除表部2.5 m的松软层后，对地基进行5%生石灰土翻夯，翻夯厚度3.0 m，压实度≥97%，再加1 m 厚、15%水泥土垫层。调蓄水池主体结构采用封闭式钢筋混凝土薄壁结构。根据施工进度要求，先进行“一”字形水池浇筑，浇筑次序为8#-7#-6#-5#，其中每个水池通过纵横向后浇带分为A、B、C、D四个区（图1），后浇带宽度为100 cm。高度方向分三层施工，分别为底板混凝土、侧壁混凝土（立柱和导流墙）、顶板混凝土（图2）。

图1 混凝土分块布置图

图2 混凝土分层布置图

2.2 地质条件

调蓄水池场区地质构造为第四系堆积物覆盖，下伏基岩为新近系地层（N2），厚度大断裂发育轻微，地质构造作用较微弱。水池位于胡家沟右岸Ⅲ级阶地，覆盖层厚6～17m，上部为冲洪积次生黄土，池基为次生黄土，由于调蓄水池场地总体地形西南高、东北低，调蓄水池基底高程1 260 m，地面开挖深度6～17.5 m，洪积次生黄土表层2.4 m压缩系数a1-2=0.528～0.814 MPa-1，压缩模量Es=2.173～4.852 MPa，属高压缩性土；2.5 m深度以下a1-2=0.120～0.435 MPa-1，Es=5.46～12.37 MPa，属中压缩性土。

3 施工重难点

（1）混凝土侧壁、导流墙、板等结构均为薄壁结构，其由于长细比大等结构特点，在受到约束的情况下，易发生混凝土裂缝现象。

（2）薄壁结构水池池壁相对较薄，施工难度较大。由于混凝土自身的性能，施工技术等某一方面存在问题会导致主体结构的防渗性能。

（3）水池池壁相对较薄，钢板止水片、膨胀止水条布置相对复杂，混凝土施工过程中对预埋件的保护难度大。

（4）薄壁结构混凝土因浇筑厚度薄，分层高度大等特点，浇筑普通混凝土很难浇筑密实，底部易出现蜂窝，烂根等质量通病。

4 主要施工工艺

4.1 地基处理

地基原土压缩变形系数存在差异，引起地基不均匀沉降，对地基进行3 m厚5%生石灰土翻夯及1 m厚15%水泥土垫层，压实度≥0.97，确保地基承载力和有效防止不均匀沉降。地基处理通过生产性试验确定各项参数控制指标，经试验确定石灰土及水泥土摊铺厚度为30 cm，土料含水率控制在15.2%±2%。主要摊铺施工设备选用山推160推土机进行摊铺，其中5%生石灰掺和料采用HF-8YD 撒布机和YWB250路拌机。碾压设备采用22T羊角碾碾压，主要参数为平碾一遍，羊角碾夯实碾压6遍，羊角碾行走速率≤2.0 km/h，采用错距碾压，重叠部分宽度为20～30 cm为宜。碾压结果采用环刀法检测。

上部铺设两布一膜复合土工膜，型号为200 g/0.5/200 g。土工膜上部铺设50 mm厚M10水泥砂浆垫层。主要施工设备为LST800型土工膜焊接机和DSH-A型热风枪，土工膜焊接采用双焊缝焊接，双焊缝宽度为2 m×12.5 mm，搭接宽度不小于100 mm。焊接时热熔焊机预热到350～400 ℃，焊机行走速率控制在2～3 m/min。焊接质量检测一般分为外观质量目测检查和气密性试验，外观质量检查主要检查焊接的均匀性、平直，无漏焊、虚焊、褶皱、烫伤以及空洞等。气密性试验检验采用充气检漏仪。在每一条待检点选取250～300 mm长试验段，两头采用热熔焊机封死，插入气针充气至0.1～0.12 MPa，保持稳压30～60秒压力表，显示数字无明显下降为合格。

4.2 结构层施工准备

（1）混凝土配合比试验

本工程主体结构采用C30W6F150混凝土，考虑到调蓄水池功能，混凝土在保证强度的前提下要有良好的抗渗和防冻性能。后浇带等部位混凝土掺加适量的膨胀剂，配制出微膨胀混凝土，用于补偿混凝土的收缩，膨胀剂的使用更大程度上降低了薄壁系统出现裂缝的比例[1]。

拌制混凝土原材料：水泥-天水中材赛马水泥P.O 42.5；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；粗细骨料均为天水当地天然河沙和卵石。减水剂为HT-YQ型高效聚羧酸高性能引气减水剂。配合比见表1，混凝土塌落度控制在160～210 mm。

表1 C30W6F150混凝土配合比

（2）钢筋工程

在薄壁结构中，钢筋制作和安装质量直接影响混凝土质量。在钢筋结构设计方面，尤其在柱脚（帽）、梁、板以及后浇带分仓缝位置等应力相对集中位置设置抗裂构造钢筋，防止因应力释放导致开裂风险。

施工时钢筋下料接头分布尽可能避开约束区、防止应力集中产生裂缝。钢筋安装严格按照设计图纸施工，钢筋焊接、绑扎符合图纸和规范要求确保保护层厚度及钢筋间排距。采用混凝土垫块、塑料垫块、钢筋支架对混凝土保护层进行有效的控制[2]。一般情况下控制水平保护层采用台式塑料垫块，控制竖直保护层采用轮式塑料垫块。

（3）模板工程

调蓄水池施工采用的模板均为木胶板，模板安装按照混凝土结构物结构边线放样控制，重要结构部位加密控制。确保模板安装位置精准，面板光洁、接缝严密、线条平顺，模板变形控制在规范允许之内。为了减少施工缝，池壁最好一次支模，一次灌注到顶[3]。模板的锚固埋件定位要求精准牢固，侧壁等重要防水部位使用的穿墙螺栓均采用工具式连接

遇水膨胀止水条黏接采用黏结剂全长黏结，止水条黏结后尽快浇筑混凝土，避免止水条浸润后过早膨胀。选用膨胀止水条是应考虑止水条的缓涨性能，7 d的净膨胀率不应超过总膨胀率的60%，最终膨胀率不超过总膨胀率的220%。

4.3 混凝土施工

（1）垫层混凝土施工

土工膜上铺设M10砂浆垫层，主要作用是防止土工膜被硬物划伤，确保结构安全。螺栓，螺栓中间部位设施圆形止水环。混凝土拆模后对螺栓孔洞采用密封材料及环氧砂浆进行回填。

顶板承重系统模板施工，模板支撑体系严格采用专项方案进行施工，方案要求专家组评审。模板施工时应设置1%～3%的起拱值，混凝土浇筑过程中应做好沉降观测。

根据设计图纸要求确定分后浇带和仓缝位置，分缝模板采用木模板或快易收口网，模板加固采用40 mmx80 mm木方固定。

（4）预埋件施工

钢板止水结构可为超大型钢筋混凝土水池结构提供可靠的防渗性能[4]。本工程后浇带、池壁、顶板等部位分缝处均设置钢板止水带及膨胀止水条（图3），池壁及顶板分别布置有钢管连接套管和通气孔（图4）。钢板止水安装对中骑缝安装，止水接头、止水与钢管套管接头连接采用双面满焊。止水片周边混凝土浇筑，振捣器禁止直接触碰止水片，避免发生位移。水平止水底部采用人工送料方式确保混凝土浇筑密实，防止出现止水片底部混凝土架空或止水片卷曲等现象。

图3 膨胀止水条、钢板止水布置

图4 预埋件布置布置

（2）池底（顶）板部位混凝土施工

底板混凝土施工采用台阶法施工，每层混凝土浇筑按照30 cm控制，台阶宽度按250～300 cm控制。顶板混凝土施工采用平铺法施工，浇筑时先进行侧墙倒角、柱帽等部位混凝土施工，浇筑到顶板高程后再与顶板同时浇筑。在柱底座（帽）、池壁倒角、外边线等特殊部位采用二次振捣工艺。池顶（底）板混凝土采用二次抹压工艺；在混凝土初凝前和终凝前分别对混凝土裸露表面进行抹面处理。抹压处理可有效避免混凝土表面出现因水分散失过快而产生干缩裂缝，能控制混凝土表面非结构性细小裂缝的出现和开展。

（3）侧壁导流墙薄壁结构施工

池壁、导流墙混凝土，先在底部均匀铺设2～3 cm砂浆，砂浆强度等级比混凝土高一个等级。浇筑采用连续浇筑的方式，分层高度控制在每层500 mm。在混凝土浇筑后即将凝固前，在适当的时间和位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝和改善混凝土强度，提高抗裂性。

（4）后浇带施工

后浇带采用C30补偿收缩混凝土，限制膨胀率为2.5×10-4～3×10-4，限制干缩率不大于3×10-4，28 d抗压强度不小于25 Mpa。补偿收缩混凝土采用混凝土强度搞一个标号，其抗渗和抗压强度等级不应低于两侧混凝土。采用掺膨胀剂补偿收缩混凝土，在水中养护14 d后的限制膨胀率不应小于0.015%。在水池中设有100 mm宽的后浇缝（含顶、壁、底），后浇带应在两侧混凝土龄期达到42 d后再用C35补偿收缩混凝土浇筑。

后浇带分缝位置应进行凿毛处理，清除表面的浮浆、松动的石子及软弱的混凝土掉块等杂物。在混凝土浇筑前，应采用清水冲洗表面的污物，并应充分湿润，但不得有积水。浇筑过程中注意保护钢板止水、膨胀止水条等重点部位。

5 混凝土薄壁结构的质量控制

（1）在薄壁结构混凝土中，钢筋制作和安装的质量直接影响混凝土外观质量，施工中必须控制好混凝土钢筋保护层的厚度。防止钢筋在潮湿环境和水中受到侵蚀，使混凝土结构遭到不同程度的破坏，降低耐久性。

（2）施工工艺方面，侧壁导流墙等部位混凝土浇筑采用二次振捣工艺，在混凝土浇筑即将凝固前进行二次复振，进一步排除泌水水分和内部空隙，增强混凝土的密实度、改善混凝土强度，提高抗裂性。底（顶）板部位采用二次抹面工艺，通过模压有效避免混凝土表面出现因水分散失过快而产生的收缩裂缝。

（3）通过留置后浇带，先行浇筑区域应力释放时间充足，再用高一等级混凝土标号的补偿收缩性混凝土进行后浇带施工。也有工程通过跳仓施工法，将后浇带改为施工缝解决补偿收缩等问题。

（4）加强对预埋件、钢板止水片的保护。首先，严格控制钢板止水带接头质量，焊接要平整牢固；其次，止水片加固要位置准确，止水片与模板加固要紧密牢靠；最后，混凝土浇筑时从混凝土入仓、浇筑、振捣等环节做好对预埋件、钢板止水片的保护。

6 结语

天水曲溪城乡供水工程调蓄水池施工，基础部分通过5%生石灰及10%水泥土换填，有效提高地基承载力和防止不均匀沉降。结构混凝土施工通过控制原材料质量，优化混凝土配合比等，从源头进行质量控制。施工时通过加强混凝土浇筑过程中的二次振捣、二次抹面等工艺减少混凝土收缩裂缝，提高混凝土的密实度和抗拉强度。并通过水池底部土工膜、侧壁丙烯酸聚合物水泥防水涂料联合作业达到防渗漏目的。