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水工混凝土施工技術(shù)的進(jìn)展及問題探討

　　我國的混凝土壩起步于1950年代初，發(fā)展很快，基本上是10年一個(gè)臺(tái)階，水工混凝土施工技術(shù)也有長足進(jìn)步，如優(yōu)先使用散裝水泥車，摻用摻合料外加劑，混凝土運(yùn)輸條碼識(shí)別，水平、垂直運(yùn)輸一體化，倉面機(jī)械配套以及混凝土保養(yǎng)工程等等。盡管如此，仍存在一些問題需要探討，比如規(guī)范混凝土澆筑的倉面配套，澆筑過程控制和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。

　　1.概述

　　人們對(duì)于水工混凝土的認(rèn)識(shí)，始于20世紀(jì)初，隨著越來越多的混凝土大壩的施工興建，對(duì)混凝土的了解越來越深刻。如：發(fā)現(xiàn)混凝土的強(qiáng)度與水灰比有關(guān)，才逐步用低流態(tài)混凝土代替高流態(tài)混凝土；對(duì)混凝土配比進(jìn)行設(shè)計(jì)，才懂得選擇不同級(jí)配骨料代替以往不洗不篩；為調(diào)節(jié)和降低混凝土水化熱，才推行利用中、低熱水泥品種，摻加摻合料和外加劑等措施；為適應(yīng)大體積混凝土施工受溫度控制的制約，普遍采用柱狀分塊法澆筑、骨料預(yù)冷、加冰拌和、快速入倉、通倉薄層澆筑等綜合措施。正是上述認(rèn)識(shí)和措施；為混凝土壩向更大高度、更大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造了條件，為水工施工走一條不斷提高質(zhì)量、縮短工期、降低造價(jià)，改善結(jié)構(gòu)性能的通路找到了一條途徑。

　　我國的混凝土壩建設(shè)起步于20世紀(jì)50年代初，比工業(yè)發(fā)達(dá)國家落后數(shù)10年。由于我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，水電資源非常豐富，建壩綜合效益特別顯著，所以，盡管建國初期工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，科技相對(duì)落后，資金也很短缺，但是國家和政府把水電建設(shè)放在非常重要的位置，推動(dòng)了水電事業(yè)的快速發(fā)展，基本上是每10年就上一個(gè)臺(tái)階。

　　1950年代建設(shè)了一批壩高100m級(jí)的混凝土壩，其代表性的壩有梅山連拱壩，壩高88.24m；新安江水電站，壩高105m，三門峽水電站，壩高106m等。

　　1960年代建設(shè)了一批壩高100～150m級(jí)的混凝土壩，其代表性的壩有劉家峽重力壩，壩高147m等。

　　1970年代后期至80年代，建設(shè)了一批壩高150～200m級(jí)的混凝土壩，其代表性的壩有龍羊峽重力拱壩，壩高178m；烏江水電站，壩高165m；東江雙曲拱壩，壩高157m等。

　　1990年代初列為世界混凝土壩先進(jìn)行列的二灘水電站雙曲拱壩進(jìn)入施工，其壩高達(dá)240m；與此同時(shí)，世界最大的水利樞紐三峽工程也于1994年底正式開工，其最大壩高181m.

　　隨著壩工建設(shè)的高速進(jìn)展，水電施工技術(shù)也得到了長足進(jìn)步，特別是近20年來，水電施工技術(shù)在許多方面都獲得了較大突破，與傳統(tǒng)的施工技術(shù)相比，產(chǎn)生了許多新的變革。

　　2.施工技術(shù)主要進(jìn)展

　　2.1優(yōu)先使用散裝水泥

　　目前，我國的建筑業(yè)施工，主要使用袋裝水泥，而水工混凝土則規(guī)定優(yōu)先使用散裝水泥。在水工混凝土中使用散裝水泥可以方便施工、降低成本、改善環(huán)境、滿足大規(guī)模的批量需求，是一項(xiàng)技術(shù)成熟、可靠性高的施工新技術(shù)。

　　2.2水工混凝土中應(yīng)摻摻合料

　　水工混凝土通常由膠凝材料、骨料、砂和水等組成，隨著工程的需要，摻合料已成為水工混凝土中不可缺少的第5組分?；炷林袚饺霌胶狭虾?，可以降低水化熱，抑制堿骨料反應(yīng)，節(jié)約水泥，降低成本，綜合效益非常顯著。常見摻合料有粉煤灰（也有用作膠凝材料）、凝灰?guī)r、硅粉、氧化鎂、陶瓷、金屬或非金屬礦渣等。

　　2.3水工混凝土中必須摻外加劑

　　近10多年來，混凝土外加劑技術(shù)飛速發(fā)展，品種越來越多，性能越來越好，技術(shù)也越來越完善，為此，規(guī)定在混凝土中必須摻外加劑。目前常用的外加劑有：引氣劑、普通減水劑、緩凝減水劑、引氣減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、緩凝劑、泵送劑等。在水工混凝土中摻入外加劑后，能夠改善混凝土和易性，調(diào)整凝結(jié)時(shí)間，提高各項(xiàng)物理力學(xué)性能和耐久性，增強(qiáng)混凝土適應(yīng)環(huán)境的能力等。

　　2.4混凝土運(yùn)輸條碼識(shí)別

　　在多品種混凝土同時(shí)運(yùn)輸?shù)那樾蜗拢枰獙?duì)其正確識(shí)別，傳統(tǒng)的方法是在車輛的前部顯著位置設(shè)置標(biāo)志，然而這種方法易于出錯(cuò)。為此，三峽工程采用混凝土運(yùn)輸計(jì)算機(jī)條碼識(shí)別系統(tǒng)，成功應(yīng)用在左右岸拌和系統(tǒng)。其工作原理為：當(dāng)調(diào)度發(fā)布運(yùn)行指令后，紅燈轉(zhuǎn)為綠燈，即裝有條碼識(shí)別牌的車輛可以通行。車輛在行進(jìn)中觸發(fā)安裝在入口處的紅外開關(guān)，微機(jī)檢測到該信號(hào)后，指令安裝在識(shí)別棚上方的攝像裝置和圖像采集卡進(jìn)行采樣，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像識(shí)別處理，獲取該車需運(yùn)輸?shù)幕炷疗贩N即秤桿號(hào)信息。根據(jù)每座拌和樓的生產(chǎn)狀況，按照優(yōu)化調(diào)度的原則，在識(shí)別棚出口處前方的顯示牌指示車輛要去的樓號(hào)。同時(shí)，通知拌和樓按指定秤桿生產(chǎn)混凝土。整個(gè)處理過程大約在1秒鐘左右全部自動(dòng)完成。

　　在三峽右岸85m高程系統(tǒng)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸中，利用條碼識(shí)別近10萬車次，誤識(shí)別率小于萬分之五。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了群樓集控，提高了拌和樓群的綜合生產(chǎn)能力，避免了錯(cuò)料等質(zhì)量事故發(fā)生，取得了顯著的綜合效益。

　　2.5混凝土水平和垂直運(yùn)輸一體化

　　皮帶機(jī)以連續(xù)運(yùn)輸為特征，具有較高的生產(chǎn)效率。尤其是近年來，塔帶機(jī)（頂帶機(jī)）和胎帶機(jī)的引進(jìn)和應(yīng)用，將混凝土水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸合二為一，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土運(yùn)輸傳統(tǒng)方式的變革，從而導(dǎo)致了皮帶機(jī)運(yùn)輸混凝土的廣泛應(yīng)用。

　　以TC2400型塔帶機(jī)為例，其工作幅度100m，輸送帶寬760mm，基座為固定式，主塔直徑3.5m，分13個(gè)塔節(jié)（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長9.3m），能借助液壓千斤頂自動(dòng)爬升。塔柱抗彎力矩為33354kN·m.吊鉤以下的高度為95m，給料皮帶和送料皮帶長分別為90m和130m，帶寬760mm.工作電源為480V60Hz或380V50Hz，總功率300kW.其混凝土輸送能力為：三級(jí)料7m3/min、四級(jí)料5m3/min.

　　塔帶機(jī)的主要技術(shù)特性如下：

　?。?）塔柱具有自升功能。初始安裝時(shí)間約需6周，以后自身加高一節(jié)塔身只需3h.

　　（2）操作方便。正常操作僅需1人，加上維護(hù)、管理人員，每臺(tái)每班只需3人。

　　（3）控制范圍大，輸送能力高。TC2400型塔帶機(jī)控制幅度100m，三級(jí)配混凝土的小時(shí)輸送能力理論上可高達(dá)420m3.

　?。?）一機(jī)二用，除用于混凝土澆筑入倉布料外，還可作為塔吊使用。塔機(jī)的工作幅度為84m，從皮帶輸送狀態(tài)轉(zhuǎn)換成吊車狀態(tài)僅需15min左右。

　　2.6陡坡與垂直運(yùn)輸設(shè)備

　?。?）負(fù)壓（真空）溜槽

　　榮地、江埡、普定等工程采用了負(fù)壓（真空）溜槽，其原理為：①當(dāng)混凝土從集料斗進(jìn)入溜槽下行時(shí)，由于溜槽具有良好的密封性，溜槽內(nèi)部的空氣從底部排出。②由于混凝土在溜槽內(nèi)并非密實(shí)，與槽壁之間存在空隙，當(dāng)混凝土下行時(shí)，在管內(nèi)產(chǎn)生真空度（即負(fù)壓），此時(shí)槽內(nèi)氣壓力小于外界氣壓，使柔性橢圓槽內(nèi)向變形，槽內(nèi)的混凝土受擠壓產(chǎn)生摩擦力，減緩了混凝土的下行速度。③混凝土在溜槽內(nèi)速度變化時(shí)的隨機(jī)過程為：速度大時(shí)，真空度越大，因此，壓緊力越大，即摩擦力越大，使速度下降；反之，速度小時(shí)，真空度越小，即擠壓產(chǎn)生的摩擦力越小，使速度加快。

　　負(fù)壓（真空）溜槽由于采用真空負(fù)壓挾裹混凝土，能自動(dòng)控制混凝土下卸速度，它不需要?jiǎng)恿ΓY(jié)構(gòu)簡單，使用方便，運(yùn)行噪音小，無污染，制造成本低，適用于坡度為1∶0.75～1∶1陡峻斜面運(yùn)輸。

　?。?）MYBOX

　　在三峽工程永久船閘豎井混凝土澆筑中，采用了具有二次攪拌功能的垂直連續(xù)式運(yùn)輸設(shè)備MYBOX.該設(shè)備為日本前田公司的專利產(chǎn)品，混凝土料在MYBOX內(nèi)自上而下自由下落，每經(jīng)過一節(jié)就會(huì)增加2倍次的混合，當(dāng)經(jīng)過n節(jié)，即增加2n倍次的混合，它不需要外部能源或動(dòng)力，能有效避免混凝土垂直運(yùn)輸中的離析，使用方便。利用MYBOX共澆筑15萬多m3，既解決了洞井施工干擾的矛盾，又保證了澆筑質(zhì)量，縮短了工期。與常規(guī)的吊罐或泵送混凝土垂直運(yùn)輸方式相比，不僅大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且節(jié)約運(yùn)輸成本40%.

　　2.7倉面五小機(jī)

　　平倉機(jī)、振搗機(jī)、高壓水沖毛機(jī)、倉面吊及噴霧機(jī)被稱之為倉面“五小機(jī)”，它是隨著混凝土施工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。

　　在三峽、二灘等許多大型水電工程的大倉位混凝土澆筑中，平倉已采取專用平倉鏟、主振搗設(shè)備已采用帶有多個(gè)振搗棒頭的振搗機(jī)，這對(duì)于加快澆筑進(jìn)度，保障澆筑質(zhì)量起到了積極的保障作用。

　　高壓水沖毛技術(shù)是一項(xiàng)高效、經(jīng)濟(jì)而又能保證質(zhì)量的縫面處理技術(shù)，其沖毛壓力為20～50MPa，沖毛時(shí)機(jī)以收倉后24～36h為宜，沖毛延時(shí)以每平米0.75～1.25min效果最佳。

　　倉面吊主要用于輔助倉內(nèi)模板、鋼筋安裝等項(xiàng)工作，最大吊高9m，最大吊重5t，其體積小，自重輕，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，可適應(yīng)于全倉位作業(yè)。

　　倉面噴霧機(jī)是在澆筑倉面上空形成一道霧化屏障，以隔離倉外氣溫進(jìn)而形成倉面小氣候的溫控設(shè)施。在夏季混凝土澆筑中，采用倉面噴霧的倉位，其倉內(nèi)小氣候溫度要比倉外氣溫降低4～6℃，溫控效果十分明顯。

　　2.8混凝土保溫技術(shù)

　　混凝土的側(cè)面永久保溫，已由過去的掛草席、布簾改為具有良好保溫性能的化工產(chǎn)品。當(dāng)采用拆模后外掛（或外粘）施工方法時(shí)，多選用適當(dāng)厚度的聚乙烯卷材，為增加卷材強(qiáng)度，可在卷材兩面覆上彩條布。當(dāng)采用在立模后內(nèi)貼施工方法時(shí)，多選用聚苯乙烯板材，拆模后保溫材料就留在混凝土表面。當(dāng)采用拆模后在混凝土表面噴涂施工方法時(shí)，則選用雙組份發(fā)泡聚氨酯材料。這些新的保溫技術(shù)，均比傳統(tǒng)保溫方法工效高，效果好，無污染，現(xiàn)場文明美觀。

　　2.9其它

　　除上述各項(xiàng)之外，還在預(yù)埋冷卻水管的材料和方法、預(yù)埋件的施工工藝、大升層（3m）混凝土澆筑、施工縫面采用低一級(jí)配的混凝土或同一級(jí)配的富漿混凝土替代鋪砂漿以及混凝土溫控、養(yǎng)護(hù)等方面均取得了進(jìn)展，這里不再一一詳述。

　　3.問題討論

　　水工混凝土經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展到如今，雖然在施工技術(shù)、管理等各方面都得到了巨大的發(fā)展，已經(jīng)能夠建造起如三峽水利樞紐等這樣的世界巨型工程，然而，仍存在一些問題需要探討和解決。

　　3.1混凝土的強(qiáng)度等級(jí)

　　對(duì)于水工混凝土的強(qiáng)度等級(jí)C，目前主要存在兩派意見：一派意見認(rèn)為，水工混凝土應(yīng)與國際和建筑業(yè)混凝土接軌，即用C來表示，在此情況下，C代表的涵義是尺寸為15cm的混凝土立方體試件在28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期下，達(dá)到95%強(qiáng)度保證率的強(qiáng)度等級(jí)（MPa）；而另一派則認(rèn)為，水工混凝土應(yīng)體現(xiàn)水工混凝土充分利用后期強(qiáng)度的特色，繼續(xù)用R表示，齡期可以通過下腳標(biāo)來表示，強(qiáng)度保證率則隨著齡期的加長而相應(yīng)降低。

　　顯然，上述兩派意見各有道理。就混凝土施工角度而言。希望僅以一套指標(biāo)為控制準(zhǔn)繩，不希望有多套指標(biāo)同步控制，比如用28d齡期和90d齡期同步控制，結(jié)果往往不能兼顧；即使做到了兩者兼顧，則將導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。由此可見，用強(qiáng)度等級(jí)C要顯得合理些，關(guān)健在于應(yīng)在C和R之間找到相應(yīng)的關(guān)系。

　　目前在水工混凝土施工中，采取了將二者折中的辦法，即采取了用C帶下標(biāo)的做法，當(dāng)齡期加長時(shí)，仍將強(qiáng)度保證率相應(yīng)降低。如C9020即表示15cm立方體混凝土試件，標(biāo)養(yǎng)90天，達(dá)到85%強(qiáng)度保證率的強(qiáng)度等級(jí)為20MPa.但這樣處理畢竟是一個(gè)過渡的辦法，有待于進(jìn)一步完善。

　　3.2混凝土澆筑的倉面配套

　　混凝土澆筑的倉面配套在過去一直都未受到應(yīng)有的重視，更沒有過標(biāo)準(zhǔn)，然而，它卻直接關(guān)系到混凝土澆筑的質(zhì)量。三峽工程的混凝土澆筑實(shí)踐表明，澆筑倉面配套需從以下幾方面入手。

　　3.2.1倉面設(shè)計(jì)

　　倉面設(shè)計(jì)用以對(duì)澆筑倉內(nèi)的資源配置和各種混凝土來料進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，以保障各道工序正常、有序、高效運(yùn)行。

　　倉面設(shè)計(jì)的基本原則是：澆筑條帶布置要盡量簡化，混凝土品種切換次數(shù)盡可能地少，供料線路要短且易操作，資源配置要充足，來料流程要優(yōu)化。

　　倉面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：

　?。?）倉面情況，包括倉面所在壩段、壩塊、高程、面積、方量、混凝土級(jí)配種類，倉位施工特點(diǎn)等；

　　（2）倉面預(yù)計(jì)開倉時(shí)間、收倉時(shí)間、澆筑歷時(shí)、入倉強(qiáng)度、供料拌和樓；

　　（3）倉面資源配置包括機(jī)具、工具、材料、人員數(shù)量要求；

　?。?）倉面設(shè)計(jì)圖，圖上標(biāo)明混凝土分區(qū)線、混凝土種類、澆筑順序等；

　?。?）混凝土來料流程表；

　?。?）對(duì)倉面特殊部位如止水、止?jié){片周圍，鋼筋密集區(qū)，過流表面等重要部位指定專人負(fù)責(zé)混凝土質(zhì)量工作；

　?。?）對(duì)特別重要部位編制專門施工措施，并在倉面設(shè)計(jì)“注意事項(xiàng)”一欄中注明“詳見施工措施”字樣。

　?。?）倉面“澆筑情況評(píng)述”收倉后由質(zhì)檢人員和監(jiān)理工程師對(duì)該倉混凝土澆筑情況進(jìn)行簡要評(píng)述，對(duì)可能存在的質(zhì)量問題提出處理意見。

　　3.2.2倉面資源配置

　　（1）倉面設(shè)備配套

　　主要包括倉面工作機(jī)械如平倉鏟、振搗機(jī)、手持式振搗棒、倉面噴霧機(jī)等。其型號(hào)和數(shù)量都應(yīng)加以計(jì)算和規(guī)定。

　?。?）倉面人員配套

　　一般混凝土澆筑倉面需配置值班木工、鋼筋工、預(yù)埋工、電工和供水專職人員。各工序值班、帶班人員至少1名到位，并掛標(biāo)識(shí)牌。此外，還需配備一定數(shù)量的倉面骨料集中、泌水處理、保溫等輔助工。

　?。?）倉面機(jī)具配套

　　要求每個(gè)澆筑倉面桶、瓢、鍬“三帶”齊全，清理止水、埋件區(qū)的集中骨料時(shí)要使用專用耙，為吸取倉面泌水，需配備真空吸水管，收倉后養(yǎng)護(hù)需配備灑水器。

　　（4）其它器材設(shè)施配套

　　包括風(fēng)、水、電、通訊設(shè)施、保溫被、防雨布（防雨棚）、插筋等。

　　3.2.3倉面管理配套

　　為保證混凝土澆筑正常、順暢、高效的運(yùn)行，每一個(gè)倉都必須有一個(gè)組織嚴(yán)密、運(yùn)行高效、信息反饋及時(shí)的倉面組織系統(tǒng)。其主要管理功能和職責(zé)范圍如下：

　?。?）綜合協(xié)調(diào)系統(tǒng)

　　對(duì)混凝土一條龍施工技術(shù)、質(zhì)量、安全、機(jī)電設(shè)備提供保障，根據(jù)倉面設(shè)計(jì)安排拌和樓、澆筑手段及開倉時(shí)間，協(xié)調(diào)澆筑過程中出現(xiàn)的各種矛盾，組織處理突出事情。

　?。?）澆筑系統(tǒng)（倉面指揮）

　　倉面指揮全面負(fù)責(zé)澆筑倉面的要料、下料、平倉振搗、溫控、排水等組織指揮，確保混凝土澆筑質(zhì)量。

　　（3）操作系統(tǒng)

　　由調(diào)度室負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)，確保各操作系統(tǒng)正常運(yùn)行，拌制合格的混凝土，并使混凝土快速、準(zhǔn)確的入倉。

　　綜上可見，混凝土澆筑的倉面配套是保障混凝土澆筑質(zhì)量的重要前提條件，因此，亟待將這方面內(nèi)容進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化。

　　3.3混凝土澆筑過程控制

　　混凝土澆筑過程控制是確?；炷翝仓|(zhì)量的最后一道工序關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們知道，混凝土施工過程中澆筑過程具有其典型的特殊性，即澆筑過程是不可逆轉(zhuǎn)的，它不象模板施工，出現(xiàn)偏斜了可以校正，當(dāng)混凝土一旦澆下去后，發(fā)現(xiàn)問題如欠振、漏振等則無法挽回了，采取修補(bǔ)措施是不可能達(dá)到原生效果的，能有的最好辦法只有挖掉重澆。因此，混凝土澆筑過程控制是至關(guān)重要的。

　　然而，長久以來，對(duì)混凝土澆筑過程控制沒有一個(gè)很好的方法，如采取機(jī)口和倉面取樣試驗(yàn)的方法，顯然只能表明混凝土在澆筑之前的性狀，不能代表澆筑后的質(zhì)量；又如采取全過程記錄的方法，只能起到澆筑過程描述的作用，也起不到過程控制的作用；再如采用澆筑后鉆孔取芯檢驗(yàn)的方法，雖然能夠直接反映混凝土的某些性狀，但鉆孔取芯的相似性和代表性仍然存在一些問題，使得該方法在表征原型時(shí)要打一定的折扣。由此可見，混凝土澆筑過程控制存在著非常大的難度。

　　現(xiàn)階段混凝土施工中仍然存在延用上述控制方法，但在“如何控制好一些”方面還有待研究和開發(fā)，如實(shí)現(xiàn)澆筑過程的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化記錄，對(duì)澆筑工序質(zhì)量的計(jì)算機(jī)評(píng)定，鉆孔取芯的相似性關(guān)系及模型等。

　　為了確?；炷潦┕べ|(zhì)量，迫切需要一套完整的澆筑過程控制程序和方法，也迫切需要一套可操作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.結(jié)語

　　總而言之，我國的水工混凝土施工無論是技術(shù)、工藝、還是在設(shè)備、材料等方面，都取得了令人矚目的進(jìn)展，它不僅推動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新市場的活躍和發(fā)展，也推動(dòng)了水利水電工程建設(shè)的前進(jìn)步伐。有關(guān)值得探討研究的問題，前文中已就三個(gè)方面的主要問題作了敘述。隨著水工混凝土施工的不斷推進(jìn)，必然會(huì)給水工混凝土施工帶來新的進(jìn)展，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)更多值得研究的新課題，相信這些都將對(duì)水利水電工程建設(shè)事業(yè)起到積極的影響作用。