吉林台一级水电站面板混凝土的质量控制

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简介： 吉林台一级水电站地处祖国西北边陲，大坝工程是按抗9o地震和满足严寒气候条件设计的，质量标准也是国内最高的。结合工程实际和混凝土抗压、抗渗和抗冻强度的影响因素，总结了面板混凝土内在和外在质量控制要点，针对各个施工环节进行全过程质量控制，确保面板混凝土工程质量达到设计要求。
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1．工程概述

　　吉林台一级水电站混凝土面板砂砾堆石坝位于新疆伊犁喀什河上，由于历史及地理位置的原因，该工程是新疆有史以来规模最大的水电站，倍受党和国家及自治区党政和人民的关注，设计的质量标准也是国内最高的。大坝是按抗9^o地震和满足严寒气候条件设计的。当地冬季历史最低气温为-39.7^OC，因此混凝土面板的抗冻指标要达到F300，而内地一般为F100~F200；面板最大斜长256.7m，分三期施工，为满足抗震要求，二期面板设计更改为双层配筋，并分别在与一期和三期面板接缝部位5m范围内向单层筋过度。混凝土面板是大坝的主体工程之一，一流的设计要有一流的施工，确保混凝土面板工程的施工质量关系到百年大计，因此对面板混凝土工程质量实施有效控制是保障大坝工程质量的关键所在。

2．面板混凝土的质量控制指标

　　根据《水工混凝土施工规范》、《混凝土结构工程施工及验收规范》和《水电工程达标投产考核办法》，评定面板混凝土质量有多项指标，抗压强度、抗渗强度、抗冻强度、面板厚度及平整度等。其中前三项是反映面板混凝土的重要指标，因其需要通过检测试验才能得到数据，我们将其列为内在质量控制指标；其余指标可以通过几何测量得到数据，比较直观，我们将其列为外在质量控制指标。

3．面板混凝土的内在质量控制

　　面板混凝土抗压强度、抗渗强度和抗冻强度是反映面板内在质量的关键指标，通过参考大量文献和一系列试验研究工作，我们认为原材料的性能与配合比、施工方法与工艺和养护措施等是影响混凝土系列强度的主要因素。因此，要达到内在质量控制指标，必须对施工全过程进行控制，也就是注重从混凝土配合比试验到原材料选择及混凝土生产、振捣、养护等全过程的质量控制，使其质量始终处于高标准的受控状态。

　　3.1精心设计混凝土配合比．

　　依据规范，混凝土配合比应根据水灰比与强度关系曲线及经验数据进行计算和试配确定，原材料在经济适用质量指标等方面综合考虑，配合比设计应按抗压强度控制，给各种原材料以量的界定。

　　3.1.1水灰比的选择．

　　水灰比是混凝土配合比设计中的一个关键参数，其值过小就会增加混凝土的单方水泥用量，提高混凝土的工程造价，过大则难以满足混凝土强度及耐久性等的技术要求；水泥用量少则混凝土的和易性差、易离析，水泥用量过高则会增加滑模施工时的输送阻力；相同水灰比的混凝土，单方用水量越大，早期自由收缩越大。本工程试验过程中，水灰比的选定除考虑混凝土的强度、抗渗、抗冻耐久性的等级外，还考虑了使用的水泥品种与标号、砂石骨料的质量、外加剂的品种及掺量等影响因素。结合以往工程施工经验，试验确定其水灰比为0.35，水泥用量为310Kg/m³。

　　3.1.2坍落度的选定．

　　由于采用溜槽输送滑模混凝土的关键是混凝土坍落度的选定是否恰当，施工应用表明，混凝土的坍落度控制在5~7cm比较合适，。这样可使混凝土更富于塑性和流动性。当坍落度>9cm时，混凝土的粘聚性降低，在施工中会增大混凝土的下滑速度，且在滑行过程中易造成混凝土的分离；当坍落度<4cm时，混凝土呈干松状态，滑模滑行阻力增大，使滑行速度减慢，影响施工进度和施工质量；而坍落度在5~7cm范围内时，石料与砂浆粘结牢固，浇筑的混凝土质量优良。

　　3.1.3砂率的选择．

　　砂率是砂子质量占骨料总质量的百分率，最佳砂率是在满足和易性条件下，用水量最小时所对应的砂率。在固定水灰比和选定的坍落度范围内条件下选择3~5个砂率进行混凝土试拌，试验确定最佳砂率为34%。

　　3.1.4集料级配比例的选择．

　　集料级配比例对混凝土的和易性、强度和耐久性等都有较大影响，合理的石子级配比例应是在相同体积条件下混合料的比表面积小、孔隙率小、水泥和砂子用量少、混合料密实度大、强度高。根据设计技术要求，面板混凝土为二级配，为了防止混凝土在溜槽中产生集料离析，减小模板在滑动过程中的阻力和避免面板混凝土表面产生蜂窝、麻面和裂纹，我们采用倒级配比例进行小石与中石的掺配试验，利用最大密度法测算出每个配合比的紧密堆积密度，以紧密堆积密度最大的石子组合（小石：中石=50：50）作为最优比例。

　　3.1.5掺合料比例的选择．

为降低混凝土的水泥水化热温升，减少混凝土单方水泥用量，增加混凝土的和易性，通过试验选用15%的粉煤灰做掺合料。

　　3.1.6外加剂掺量的选择．

　　根据《混凝土面板堆石坝设计规范》的要求，寒冷及严寒地区的混凝土应有4%~6%的含气量，在面板混凝土中掺用减水剂和引气剂，可以降低混凝土的水灰比，提高混凝土强度及抗冻等耐久性。外加剂在使用中配制成一定浓度的液体，可使外加剂得到充分溶解，保证其在混凝土中的均匀性。

　　3.1.7掺加聚丙烯纤维．

　　混凝土面板既薄又高，防裂难度较大。聚丙烯纤维具有直径小、数量多和纤维间距小等特点，能减小混凝土因温度及干缩等作用因素引起的裂缝。劈裂抗拉试件破坏试验证明，普通混凝土为脆性破坏，完全断裂；而聚丙烯纤维混凝土为延性破坏，所以聚丙烯纤维能大大提高混凝土的抗裂能力和韧性，对克服混凝土的脆性有较理想的效果。

　　3.2原材料的质量控制与检测．

　　面板混凝土原材料主要包括水泥、砂石骨料、掺合料及混凝土外加剂等，其中水泥由业主指定供货商供应，砂石骨料选用本工程砂石骨料加工厂生产的C2料场天然砂砾石集料，掺合料选用新疆独山子电厂的I级粉煤灰，根据混凝土的具体技术要求和试验结果，外加剂选用山西凯迪外加剂公司生产的KDNOF-1型高小减水剂和河北石家庄外加剂公司生产的DH-9型引气剂，同时掺加江苏丹阳合成纤维厂生产的小包装水解纸袋“丹强丝”纤维。

　　3.2.1原材料质量控制标准．

　　水泥采用伊犁南岗水泥有限责任公司生产的南岗牌P.Ⅱ42.5普通硅酸盐水泥，技术要求除符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）标准外，还要保证出厂28天强度不低于水泥标准抗压强度的1.18倍。

　　根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-1999）和工程监理部的要求，细骨料吸水率不大于3.0%，含泥量小于3.0%，细度模数在2.3~3.0范围内；粗骨料吸水率不大于2.0%，含泥量不大于1.0%。其他技术指标应符合《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001）的有关规定。

　　外加剂产品质量应符合《混凝土外加剂应用规程》（GB8076-87）和《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ119-88）的有关规定。

　　3.2.2原材料检测程序．

　　工地试验室充分发挥职能，首先联合物资部门对原材料进行进场验收，审查出厂合格证和质量检验报告，水泥运至工地应有除28天强度以外的各项试验结果，28天强度资料在水泥出厂32天内补报；然后是对原材料按照批次、品种和数量等进行抽样检测，结果报监理工程师审批，对不合格产品按照“降低级使用、不能使用和退返”的方式处理。见原材料试验检验程序框图。

原材料试验检验程序框图

　　3.3严把施工过程质量关．

　　在施工过程中，严格按照设计与施工规程规范的要求组织实施，围绕混凝土生产和浇筑两个重点环节进行质量控制。

　　3.3.1混凝土生产．

　　混凝土搅拌前现场测定砂石的含水量，并由工地试验室根据砂石的含水量和配合比以及气温情况，调整水砂石的用量。采用混凝土拌和楼进行生产，确保混合料的均匀，采用计算机控制的电子计重称严格控制混合料配合比，保证搅拌时间，在混凝土出机口和浇筑现场分别进行混凝土坍落度和含气量试验检测。

　　3.3.2混凝土浇筑．

　　浇筑现场按照板边、边角和板中的顺序进行均匀布料，层厚250mm~300mm，止水片周围辅以人工布料，布料过程中不能抛掷或耧耙，避免大骨料集中，振捣器在模板前沿振捣，插入下层混凝土的深度为50mm，止水片附近采用小振捣器仔细振捣，提高混凝土密实度，减少混凝土的干缩变形。

　　3.4深入现场，旁站监督，跟踪检查．

　　面板混凝土的施工是面板工程的关键工序，项目部组织质检及技术人员深入现场，从开工之日起直到所有工序完工为止，实行全天候跟踪旁站监督，并实行严格的交接班制度，详细记录施工过程发生的问题并提出处理措施，对每一个工序的施工工艺、测试数据进行检查和复测，看其是否满足相应的施工规程规范的要求。在施工方法和质量控制上，现场技术人员与监理、设计人员经常进行交流沟通，以达成共识，力争创造优质工程。

4．面板混凝土的外在质量控制

　　混凝土外在质量控制主要是针对相应的施工环节，并且在内在质量控制良好的基础上组织进行。

　　4.1编制面板混凝土质量控制计划．

　　混凝土质量控制计划的优劣将直接影响混凝土施工质量，它是指导施工质量控制的技术文件和现场施工的法规。编制详细可行的质量控制计划，明确工程设计中的关键部位和薄弱环节，分析质量控制要点和技术要求以及注意事项等，并对可能出现的意外情况进行预测，制定相应的处理措施，做到有备无患。

　　4.2对面板体型的控制．

　　面板体型主要是由模板来控制的，混凝土面板的模板包括侧模和无轨滑模两种。侧模为木模板，兼作滑模支撑，所以是按受力结构设计的，高度顺应面板厚度而渐变，分块长度为2m，便于在斜坡面上安装和拆卸，侧模固定于钢筋网上，两块模板接头处用螺栓拧紧，保证接头平顺无台阶，施工中派专人跟踪检查，发现问题及时纠正，当然侧模安装偏差必须在规范要求的范围内；无轨滑模要有足够的强度、刚度、自重和配重，适应面板条块宽度和滑模平整度要求，并能为浇筑振捣和收光抹面提供工作平台。

　　4.3对面板平整度的控制．

　　严格控制滑模提升速度，滑模提升速度是由混凝土入仓速度、入仓坍落度和混凝土坍落度历时损失速度决定的。在坍落度控制稳定的情况下，每次滑升距离不大于300mm，每次滑升间隔时间不超过30min，以出模混凝土无光泽，用手轻按有指印，手上不粘混凝土为标准。若出模过早，混凝土会出现波纹状表面；若出模过晚，混凝土对滑模的粘结力较大，影响收光工作。

　　混凝土出模后立即进行修整和压面，待混凝土初凝结束前完成二次压面，对接缝两侧各50cm内的混凝土表面及时整平，用2m长直尺检查，确保平整度符合设计要求。

　　4.4养护和拆模．

　　当面板混凝土完成二次压面，混凝土开始凝结（用手指按压无痕迹）时，及时喷洒养护液，并覆盖无纺土工布养生，均匀洒水，保持潮湿状态；遇到气温较低时，及时用塑料薄膜覆盖保温。混凝土洒水养护持续至少90天或至水库蓄水混凝土被水淹没。

　　4.5施工期的防护．

　　面板混凝土施工受天气影响较大，为保证面板混凝土施工质量，在混凝土浇筑前，现场必须准备必要的防雨、防晒措施。

　　（1）混凝土施工前，备好每台班混凝土施工宽度和必要长度的防雨、防晒工作棚，以保证突然下雨或炎热天气下有足够的遮盖工具。

　　（2）混凝土施工过程中，随时与气象部门保持联系，掌握天气的变化情况，避开雨天施工；如遇突降大雨，立即停止施工，对已浇筑部位用防雨棚遮盖，并及时对混凝土施工缝进行处理。

　　（3）在施工过程中，如果遇到气温太高，尽量调整施工时段，保证混凝土质量。

　　4.6施工缝的处理．

　　面板混凝土的施工缝产生主要有两种情形，一是面板分期浇筑而在连接部位产生的施工缝，二是面板浇筑过程中的意外情况造成的施工缝。施工缝属于混凝土面板的薄弱环节，处理不好将严重影响结构的强度、防渗性能及耐久性。应用人工凿毛的方法依次凿去混凝土表面乳皮和砂浆，是石子外露，在钢筋下部按水平方向，上部按面板法线方向处理，用压力水将混凝土表面冲洗干净，浇筑开始前使混凝土结合面保持湿润状态2~3h，结合面用常规配合的一级配混凝土做结合浆。每道工序开工前，都对此部位的处理情况进行严格检查，达不到要求的责令返工。

　　4.7裂缝处理．

　　面板混凝土浇筑完成3天后，仔细对其表面进行检查，记录裂缝条数、宽度、产状和是否贯通等资料，提出专门报告，分析裂缝产生的原因，然后定期对裂缝情况进行检查比对，研究发展规律，为后期面板混凝土浇筑质量控制提供参考，及早做好预防准备工作。

　　根据设计要求，需要处理的裂缝包括下面三种类型：

　　（1）贯通裂缝；

　　（2）宽度δ≥0.15mm的裂缝；

　　（3）0.10mm≤宽度δ＜0.15mm，长度ｌ＞2m的裂缝。

　　裂缝采用水溶性聚氨酯进行深度钻孔灌注处理，孔间距由缝的畅通性而定，一般在15cm~25cm，孔深不低于混凝土厚度的1/3。水溶性聚氨酯有异氰酸酯与水性聚醚等经一定加工合成而得的单组分灌浆材料，遇水先分散乳化，进而凝胶固结，与周围的混凝土有较强的粘结能力，具有止水和加固补强的双重效果。孔口用高强封堵材料-水不漏封填密实，表面恢复原状。

5．结语

　　本文将面板混凝土质量控制分解为内在质量控制和外在质量控制两个方面，并结合吉林台大坝面板工程实际情况，对施工关键工序提出了控制要求。混凝土原材料、配合比试验、生产检测、配制工艺、浇筑和养护等，任何一个环节都不能忽视，整个质量控制过程必须制度化管理。通过有效的质量控制手段和系列控制措施，吉林台大坝面板混凝土各项质量指标均达到了优良，满足设计和达标投产要求。