全圆针梁钢模台车衬砌底部气泡成因分析及改进措施

陈张华, 孟润花

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概况

马鹿塘水电站二期工程位于云南省文山州麻栗坡县境内最大的河流盘龙河上,距麻栗坡县城公路里程 36 km,距文山县城 116 km,距昆明 439 km。电站引水隧洞布置于右岸山体内,隧洞前段全长 2 400 m。对隧洞内Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩地段采用钢筋混凝土衬砌,采用圆形过水断面,洞径 7 m。混凝土衬砌台车模长 9.1 m。考虑到混凝土对模板的压缩作用,模板半径较理论半径大 10 mm,为 3.51 m。针梁台车衬砌隧洞全圆断面底、边、顶一次性成型,立模、拆模由液压油缸执行,定位找正由底座竖向油缸和调平油缸执行。台车为自行式,安装在台车上的卷扬机使钢模和针梁相对运动,台车便可向前移动,主要由模板总成、针梁总成、梁框总成、水平和垂直对中调整机构、卷扬牵引机构、抗浮装置、液压系统和电气系统等组成。在引水隧洞针梁钢模台车衬砌过程中,底部60°范围气泡明显且混凝土表面光洁度差。为了提高底部混凝土外观质量,减少气泡量,项目部对如何减少全圆针梁钢模台车混凝土浇筑底部气泡改进措施进行了研讨。

2 气泡形成的原因

全圆针梁钢模台车模板面由底模、左右边模、顶模 4块模板组成,底模对应圆心角 115°。因条件限制,工地附近没有粉煤灰供应厂家且料场供应的人工砂细度模数大、石粉含量高。经综合分析后认为,引水隧洞衬砌混凝土底部气泡产生的主要原因为:(1)因底模密闭、排气不畅而形成气泡;(2)减水剂的选择。某些减水剂具有增加混凝土中气泡含量的副作用;(3)混凝土振捣时间过长,造成混凝土中粗骨料下沉、浆液上泛集中,浆液中含有大量的水泡和气泡,混凝土凝固后因收缩形成气泡;(4)脱模剂的选择。某些脱模剂对混凝土中的水泡具有吸附作用,水泡不易扩散;(5)液化水珠。在混凝土浇筑过程中,因产生水化热,将混凝土中少量水分气化成水蒸汽,水蒸汽上浮至台车底模液化成水珠吸附在底模上,混凝土浇筑至底模处便形成水泡。

3 减少底部气泡的技术措施

3.1 混凝土原材料的控制

用于拌制混凝土的原材料有:砂石骨料、水、水泥、减水剂。砂石骨料中的含泥量、拌和用水杂质含量在规范允许的范围内尽可能小,泥和杂质在拌和过程中产生水泡,从而加大了混凝土中水泡的含量;选用稳定性好、水化热较低的水泥;选用的外加剂应具有以下特点:改善混凝土的和易性、减少离析、降低泌水量、提高匀质性、改善混凝土的泵送性。

3.2 混凝土配合比的调整

结合工程建设业主、设计、监理工程师的综合咨询意见和其他类似工程全圆针梁台车混凝土浇筑施工经验,为减少混凝土的泌水性,改善混凝土的和易性,在满足混凝土强度指标要求下进行配合比试验,调整砂率、选择适用的减水剂,确定底部与顶部不同部位的最优配合比。

3.3 施工工序控制

在引水隧洞钢模台车混凝土衬砌施工中,各施工工序的严格控制对减少底部气泡起着至关重要的作用。

(1)模 板:针梁钢模台车模板面仓的清理,采用扁铲和钢丝抛光砂轮机相结合的方式。扁铲将模板上所粘接的混凝土块铲除,用钢丝抛光砂轮机将模板面上所粘结的混凝土浆、模板锈面彻底清除,直至针梁钢模台车模板面光洁。光洁的模板面可降低对混凝土中气泡、水泡的吸附作用且混凝土成型面光洁,从而杜绝了麻面的出现。

(2)脱模剂:选用粘稠度小的机油,模板面清理完成并经监理工程师验收合格后方可涂刷脱模剂。在涂刷脱模剂时应仔细操作,将其均匀涂刷于模板面并尽量减少对钢筋和混凝土面的污染。

(3)混凝土入仓塌落度:为了减少混凝土在振捣过程中的泌水量,从而减小模板底部气泡形成的概率,引水隧洞下半洞混凝土入仓塌落度在满足泵送的条件下应尽可能小。引水隧洞下半洞混凝土浇筑过程中入仓塌落度确定为 13～15 cm。在下半洞混凝土浇筑过程中,采用定时与不定时结合的方式对混凝土进行塌落度检测试验并做好记录;顶拱浇筑时,为了尽可能将顶拱浇筑满,可将混凝土塌落度适当增大。

(4)混凝土入仓顺序:引水隧洞上平段设计坡度 i=0.5%,钢模台车衬砌方向由下游端向上游端进行,在钢模台车上沿圆心角方向布置进料口,共 6排,每排 4或 3个,共 21个。每段混凝土入仓顺序由钢模台车下游端向上游端依次进行;先从底部窗口进料,底板混凝土浇筑高度与底模平齐时将底部窗口关闭,改为从下部两侧窗口对称下料。混凝土入仓顺序为:底部窗口 1下料→底部窗口 2下料→底部窗口 3下料→底部窗口 4下料→下部两侧窗口下料(下料方向由下游端向上游端依次类推)。

(5)混凝土振捣:混凝土振捣采用 6根 φ50软轴插人式振捣棒(2根备用)和钢模台车上 6台1.8 kW和 9台 2.1 kW附着式振捣器相结合的方式进行。其中 4根φ50软轴振捣棒分 2组分别布置于浇筑段左右侧,每侧每组 2根 φ50软轴振捣棒由 2名混凝土浇筑工进行振捣,每段浇筑仓内共需 4名混凝土浇筑工进行振捣,振捣顺序由底模最低处向高处逐渐延伸到两侧,沿洞轴线方向振捣顺序由下游端向上游端进行,除顶部三分之一外,人工入仓及时将入模的混凝土均匀振捣密实,不得随意加密振点和漏振,每点的振捣时间宜为 20～30 s,以混凝土不再沉落、不出现气泡、表面泛浆为度,防止过振、漏振。值得关注的是:在靠近模板面处进行二次振捣可以尽可能地将附着在模板面上的气泡逸出,另一方面可以提高混凝土的强度、抗渗及抗裂指标。模板底部 60°范围内共布置了6台 1.8 kW附着式振捣器,分为2排分别布置在模板靠近两端和中间部位,完成底部60°范围混凝土入仓,φ50软轴插入式振捣完成后,依混凝土入仓顺序开启附着式振捣器。每排振捣器开启次数为 2次,每次振捣时间为 60 s,第1次振捣与第 2次振捣间隔时间为 5 min。在混凝土振捣过程中,根据混凝土入仓情况严格控制振捣时间,杜绝漏振和过振。

4 实施效果评价

采取以上技术措施后,引水隧洞底部混凝土气泡量大幅度降低,气泡直径绝大部分缩小至 5 mm内;混凝土表面光滑,外观质量有明显提高。但底部仍有气泡存在,进一步进行原因分析后认为:形成气泡的主要原因为钢模台车底模为一块模板,无间隙、密闭性好,当混凝土与底模相接触后再振捣混凝土时,混凝土中的气泡逸至模板面无法扩散形成。这是因钢模台车自身结构给混凝土浇筑带来的不足,只能最大限度的减少,而不能完全消除。

5 针梁钢模台车结构的改进

针对钢模台车自身结构给混凝土浇筑所带来的不足,我们对钢模台车局部进行了改进。针梁钢模台车底模结构为整块模板,底模密闭,排气不畅。为加强排气采取了以下措施:(1)在底部两窗口之间开设直径为 3 cm的圆孔;(2)在底部中心左右 15°的位置每隔 80 cm开设直径为 3 cm的圆孔。

开设圆孔的优缺点分析:优点:将部分气泡和水泡集中于底模无法排出的范围尽可能缩小,从而减少底部混凝土的气泡量。缺点:混凝土浇筑完成后开孔处出现模板印迹,需采用砂轮机磨光处理。

6 混凝土缺陷的处理

采用全断面针梁钢模台车进行引水隧洞混凝土衬砌,由于模板自身的结构而造成不可避免的气泡产生。参考以往施工经验,钢模台车行走后应立即进行底部 60°范围内的混凝土气泡处理,此时混凝土面未被污染,粘接牢固。待表面充分湿润后用干净的麻布或橡胶海绵抹子在整个表面上擦抹砂浆,以填满所有的气孔。砂浆配比为水泥∶砂 =1∶2,砂的最大尺寸小于 600μm,砂浆用水量要足以使其稠度成为浓乳浆。将深度大于 5 mm的气泡凿成规则形状,用水洗刷干净后再用与混凝土同标号的干硬性水泥预缩砂浆将凿除处抹平、压实。

7 结 语

马鹿塘电站二期工程引水隧洞针梁钢模台车衬砌施工,从混凝土原材料、混凝土配合比、施工工序上进行了探索,并对针梁台车底部 60°范围的模板进行了改进,有效的减少了底部衬砌混凝土气泡,提高了混凝土外观质量。马鹿塘电站二期工程引水隧洞前段混凝土衬砌段共计 59个单元,除起始两个单元存在混凝土外观缺陷、另有两个单元与渐变段衔接出现错台外,其余单元均被评为“优良”,优良率达 93.22%。