衬砌底板混凝土气泡的防治技术.pdf

工程施工 东北水利水电 2 0 1 6 年第 2 期 文章编号 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 2 4 0 3 衬砌底板混凝土气泡的防治技术 袁兴泽 ( 辽宁省水利厅 ， 辽 宁 沈阳 1 1 0 0 0 3) 摘 要 根据 同类工程施工经验， 考虑混凝土在施工中振捣及排气不畅等不利因素， 文中将针 梁台车底板进行割除( 两侧各预留3 0 c m宽底板 ， 防止侧壁混凝土挤压冒出) 。 采用旋转抹面机 辅以人工抹面， 以解决混凝土底板气泡这一施工难题。 关键词】 隧道衬砌； O r 梁台车； 混凝土气泡 中图分类号 TV 6 9 8 文献标识码 B 1 工程概 况 工程位于辽宁省桓仁县 ，主体工程为隧洞工 程 ， 主洞长 1 6 5 1 0 0 1 4 m， 桩号 8 3 + 0 3 1 7 9 5 m 9 9 + 5 4 1 8 0 9 m， 纵坡 i = 0 0 2 8 ， 主洞钻爆法施工段断 面型式为圆形 ， 成洞洞径为 7 2 m； 混凝土性能指 标为 C 3 5 W1 2 F 2 0 0 ， 衬砌厚度 3 0 c m， 底板为平段， 底板宽 3 0 2 mo 混凝土表面气泡是最常见的一种外观质量缺 陷， 导致其产生的原因有很多， 尤其在引气剂的作 用下，混凝土含气量会更高。为解决这一施工难 题， 对针梁台车进行改造， 成功地解决了混凝土底 板气泡问题。 该工程隧道衬砌混凝土方量为 1 8 0 8 5 1 m3 ， 钢 筋制安 1 3 3 4 1 t ， 止水带 3 6 8 7 0 m。 2 施工工艺及效果 2 1 施工方法 混凝土浇筑采用混凝土泵送入仓，首先从底 部中间下料，每一层浇筑厚度控制不超过 5 0 c m， 采用+ s o 软轴振捣棒振捣密实，将混凝土气泡充 分引出， 当混凝土下料即将达到模板底部高程时， 关闭底模窗口， 并开启底板上部侧模工作窗口， 从 一 侧下料并加强振捣 ， 以保证混凝土密实， 由于底 部窗1：2 1 关闭， 只能从两侧窗1：3 进行振捣。 浇筑过程 中两侧均匀下料，左右两侧混凝土面高差不大于 5 O c m， 振捣分层厚度不大于 5 0 c m。 当混凝土浇筑 2 4 高度超过腰线后， 由于空间限制 ， 只能采用模板上 的附着式振捣器进行振捣，顶拱部位在顶模中心 线位置留有进料口及封孔器，顶拱混凝土由此泵 入仓 中。 2 2 施工效果 采取上述施工方法施工 ，待混凝土脱模后观 察， 混凝土表面气泡主要集中在仰拱 1 0 0 范围， 底 板平段气泡多且较大；底板反弧段气泡较多但直 径较小。 腰线以上部位基本无混凝土表面气泡， 混 凝土外观质量较好。 根据表面气泡的分布情况， 由 此可初步判定底板混凝土在施工振捣时，受底弧 模板的影响排气不畅，气泡滞留在模板表面形成 混凝土表面气泡。因此 ，为了保证混凝土外观质 量， 减少表面气泡， 需要改进施工工艺。 3产生气泡的原因分析 导致 混凝土表 面产生气 泡 的原 因有 很 多 ， 通 过对该工程的实际现状总结 ，并结合同类工程的 施工实例， 认为在该工程中， 混凝土表面产生气泡 的主要因素大致可分为： 模板的影响； 减水剂的选 择 ； 脱模剂的选择； 平仓振捣的影响、 混凝土配合 比的影响； 模板表面水珠等。 3 1 模板的影响 模板对表面气泡的影响，主要表现在模板表 面携带的水、气泡是引起混凝土表面气泡的原因 之一。如果模板表面有一定吸附性或透气性的话 2 0 1 6 年第 2 期 东北水利水电 工程施工 ( 如采用木制模板 ) ， 则混凝土表面气泡可以减少。 该工程中模板对混凝土表面气泡的影响表现 为： 模板为钢面板吸附性及透气性差， 混凝土振捣 施工时， 表面气泡不宜排出； 混凝土气泡排出形式 是自下而上的，底板平段及反弧段均阻挡在气泡 排出的路径上， 在排气过程中气泡遇到阻挡， 吸附 在模板表面。 3 2 平仓振捣的影响 由于该工程中混凝土衬砌厚度大多为 3 0 c m， 仓号作业空间较小， 振捣工无法进入仓号进行振捣 施工， 只能依靠预留作业窗口进行插棒振捣， 但由 于空间限制， 多数部位振捣不到， 振捣范围有限。 3 3 减水剂的影响 该工程采用高效引气减水剂，混凝土含气量 为 5 O 6 O ， 比普通混凝土含气量高 4 2 ， 因 此 ， 混凝土振捣施工时 ， 将产生大量的气泡。 3 4 脱模剂的选用 脱模剂对混凝土中的气泡有吸附作用。根据 中国水利水电第六工程局有限公司在其它工程中 应用水质脱模剂和油质脱模剂的对比总结 ，在众 多油质脱模剂中认为， 轻机油更有利于减少气泡， 因此使用机油作为脱模剂。但机油在不同的环境 温度下其黏度也不相同， 气温高时黏度低， 气温低 时黏度高。因此， 如果脱模剂涂刷不均匀， 在洞内 混凝土衬砌时 ，新拌混凝土结构面层的气泡一旦 接触到黏稠的机油， 即使合理振捣， 气泡也很难沿 模板上升排出，直接导致混凝土结构表面出现气 泡 、 麻 面等质量缺 陷。 3 5 液化水珠 的影响 在混凝土浇筑过程中， 因产生水化热， 将混凝 土中水分气化成水蒸气，水蒸气与模板表面形成 小水珠吸附在模板上，混凝土浇筑至模板面时形 成气泡。 4 减少气泡的施工措施 通过对已浇混凝土表面气泡的观察及混凝土 施工过程中各工序的总结，我们在施工中采取加 强混凝土原材料质量控制、增加平板振捣器配合 软轴振捣棒加强振捣、 加强模板表面处理、 加强混 凝土浇筑工序等控制措施。 4 1 加强混凝土原材料质量控制 由于混凝土原材料中的杂质在拌合过程中容 易产生水泡，因此尽可能的减少骨料及拌合用水 杂质含量 ， 可以减少混凝土表面气泡的产生 ， 严格 控制原材料进场检验， 确保粗细骨料含泥、 泥块含 量等符合要求。 4 2 加强模板表面光洁度 在涂刷脱模剂前 ， 必须将模板内侧油污、 锈迹 清洗干净， 如发现模板表面残留混凝土 ， 应及时采 用磨光机对模板表面进行局部打磨处理，使其表 面光洁。 光洁的模板表面可降低对混凝土中的水、 气泡的吸附作用， 有利于混凝土气泡排出。 4 3脱模剂的涂刷质量 根据以往其它工程中应用水质脱模剂和油质 脱模剂的对比总结，在众多油质脱模剂中认为轻 机油更有利于减少气泡，因此选用稠度较小的轻 机油作为脱模剂。 脱模剂采用人工涂刷， 涂层要均匀适度， 不得 出现流淌现象。严禁脱模剂污染钢筋和混凝土接 槎部位， 并应尽量减少脱模剂的使用次数， 以免对 后续工作产生不 良影响 ，将脱模剂对混凝土振捣 排气 的影响降至最低 。 4 4 加强振捣、 控制摊铺厚度 腰线以下混凝土铺料厚度控制在 3 0 c m以内， 及时平仓振捣， 减少每层振捣时气泡排出的路径距 离 ， 并在原有插入式振捣器的基础上， 增设附着式 振捣器辅助振捣， 同时辅以人工采用橡皮锤进行敲 击， 以减少气泡， 从而提高混凝土浇筑质量。 4 5 加强 围岩渗水的引排 在进行模板安装前 ， 仔细观察仓号内是否存在 渗漏水。如发现渗漏水， 在混凝土浇筑前， 必须做 到妥善引排 ， 保证混凝土浇筑期间， 无渗漏水流入 仓号内， 避免模板与混凝土间存水， 以形成气泡。 S 针梁台车改造 针梁台车结构形式不利于混凝土气泡的排 出， 为了保证混凝土外观质量 ， 解决底板混凝土气 泡问题 ， 对针梁台车底板进行优化改造。 在设计厂家的技术指导下，保留台车整体支 撑结构 ， 将底部平段模板进行整体割除( 两侧各预 留 3 0 c m宽底板 ) ， 底板割除后 ， 采用型钢焊接对 台车局部加固，以确保针梁台车在行走及混凝土 浇筑过程中不变形。 对针梁台车进行改造后 ，其底部混凝土浇筑 25 工程施工 东北水利水电 2 0 1 6 年第 2 期 至设计标高后 ，采用旋转抹面机辅以人工抹面压 光， 成功解决了混凝土底板气泡难题 ， 保证了工程 质量， 达到了建设单位对混凝土外观质量的要求。 由于底部模板的拆除，浇筑底板上部混凝土 时， 底部无模板部位受两侧混凝土挤压力， 而产生 混凝土上涌现象， 因此， 在浇筑腰线至底板间混凝 土时， 需要控制浇筑速度， 在混凝土初凝前 ， 并能 够达到自持状态时， 再逐层缓慢浇筑混凝土， 平均 每个仓号的浇筑时间延长 2 h左右。 6 实施效 果 1 ) 混凝土施工过程中采取有效控制措施 ， 极大 地降低了混凝土表面气泡的产生，特别是针梁台 车底部模板拆除后，采用旋转抹面机辅以人工抹 面， 成功地解决了底板混凝土气泡难题 ， 满足了混 凝土外观质量要求。混凝土密实无气泡、 蜂窝、 麻 面， 表面光滑、 平整、 美观； 2 ) 由于针梁台车底部模板割除后， 台车整体 结构易产生受力变形， 而出现跑模现象。为解决这 一 难题 ， 保证台车的刚度、 强度及稳定性 ， 在台车 原有主、 次梁基础上， 采用型钢焊接局部加固， 使 模板总成与底梁总成有效的连结成一体，以确保 台车在混凝土浇筑过程中不变形，保证了混凝土 衬砌质量。 【 收稿 日期】 2 0 1 5 -1 2 - 0 3 ( 上接第 2 1 页 ) 爆破飞石的破坏 ， 二期围堰采用了水下爆破方式。 爆破前 ， 需要预先在围堰内侧充水 ， 使爆 区充分 埋 入水下， 同时堰内水位略高于堰外水位。 从围堰爆 破过程来看， 水下爆破基本不产生明显的飞石， 对 爆破飞石的控制非常明显。 2 3 进水 口底板混凝土的防护措施 由于二期围堰底部高程 比进水 口区域底板混 凝土表面高出 1 1 m， 所以爆破时碴体会直接滑落 至底板混凝土表面， 对混凝土面造成破坏， 因此在 爆破施工前采用下部摆放水囊、 水囊上部铺沙子、 水囊与沙子中间加铺塑料篷布的方式对混凝土表 面进行 防护。 2 4 爆破水 中冲击波的防护措施 由于进水口二、 三期围堰为水下爆破， 且二期 围堰爆破方向朝向进水口闸门， 为了减小水中冲击 波对闸门的影响， 保证闸门安全， 爆破前在闸门前 加设 了一道气泡帷幕来减小水 中 中击波。 气泡帷幕 的工作原理是： 在药包与所需保护对象之间铺设一 道或多道气泡帷幕，当水中冲击波传播到达帷幕 时， 在不断上升的气泡表面产生漫反射， 同时水中 冲击波压缩气泡， 使得大部分能量消耗于气泡的压 缩过程中， 穿过气泡帷幕后的水中水中冲击波压力 大大降低，从而起到保护目标的作用5 。据相关资 料显示， 采用一道气泡帷幕 ， 就能消减水击波峰值 压力7 0 以上131 。 在该工程爆破过程中气泡帷幕的 制作方法如下：采用 7 5 m m的黑色硬质 P V C管 ， 顺着进水 口两侧和底部固定好，在底部水平段 P V C管上采用电钻钻孔径为 1 5 m m的孔 ，间距 2 6 为 1 0 c m， 单排孔 ， 孔口朝上 ， P V C管两端和空压 机相连。 爆破前打开空压机供风， 由于风压作用使 气体不断沿钻孔溢出到达水面 ，就形成 了气 泡帷 幕。但要注意的是开始应采用低风量向管道供风， 等管道内的水完全排出、空气充满管道时再以高 风压向风管供风来达到最终的防护效果。 3 结语 赞比亚卡里 巴北岸水电站扩机工程 E L 4 8 9 5 以下进水 口引渠爆破开挖 ，从 2 0 1 0 年 1 月份开 始 ，到 2 0 1 3年 1 O月份结束 ，总施 工时间为 4 6个 月 ， 总方量 9 0 0 0 0多 m3 。施工过程 中无论从爆破 减震措施还是飞石、水中 中 击波的防护措施都取 得较好效果， 确保整个开挖施工的顺利进行 ， 同时 保证 了现有发 电进水 口的正常运 行 ，为整个扩机 工程的按期发电创造了条件。 参 考 资 料 1 景通 水电站扩机工程挡水围堰拆除施工 I 陕西水利 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 6 6 - 6 7 2 郭进平， 聂兴信主编 新编工程爆破实用技术大全 M 北京： 光明日报出版社 ， 2 0 0 2 ： 1 8 4 6 3 张正宇等著 现代水利水电工程爆破 M 北京 ： 中国水 利水 电出版社 ， 2 0 0 3 ： 1 4 7 - 2 3 2 4 邵必林， 惠鸿斌 拆除爆破飞石产生的原因与防护措施 1 西安矿产学院学报， 1 9 9 8 ， 1 8 ( 3 ) ： 2 8 0 - 2 8 2 5 李泽华， 白春华等 气泡帷幕减弱水中冲击波强度的研 究 I 中国安全科学学报， 1 9 9 9 ， 9 ( 5 ) ： 6 9 - 7 3 收稿日期】 2 0 1 5 - 1 0 1 7