姜紅斌，金 俊

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810000）

0 引言

沙河U 形渡槽位于河南省魯山縣境內(nèi)， 是南水北調(diào)中線規(guī)模最大、技術(shù)難度最復(fù)雜的控制性工程之一。渡槽共設(shè)47 跨，單跨長(zhǎng)30 m，總長(zhǎng)1 410 m，每跨呈雙線4 槽布置，每榀渡槽混凝土461 m3，鋼筋74.4 t，鋼絞線15.5 t， 單榀槽總重量約1200 t。 該渡槽采用C50F200W8 摻加植物纖維素的高流態(tài)混凝土預(yù)制，混凝土的澆筑質(zhì)量是整個(gè)渡槽預(yù)制的核心部分。由于渡槽為薄壁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，而且槽內(nèi)鋼筋密集，因此，在澆筑時(shí)，各部位按設(shè)計(jì)要求，采用不同級(jí)配和相應(yīng)坍落度的混凝土，以滿(mǎn)足布料和振搗的要求。此外，還要細(xì)化布料線路、強(qiáng)度和優(yōu)化振搗設(shè)備的選型，以保障不可見(jiàn)部位的混凝土澆筑質(zhì)量， 真正實(shí)現(xiàn)特大型U形預(yù)制渡槽混凝土內(nèi)實(shí)外美的效果。

1 混凝土參數(shù)分區(qū)選擇

1.1 混凝土參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)用

整個(gè)U 形渡槽由端肋、底板、反圓弧段、直墻段、頂部人行道板5 部分組成。 在端肋和反圓弧段澆筑時(shí)，由于倉(cāng)內(nèi)空間狹小(最大90 cm，最小35 cm)、鋼筋密集（平均1m3混凝土約200 kg），不易觀察，下料和振搗困難，因而要求混凝土的坍落度偏上限（220 mm），擴(kuò)展度在550～600 mm。其他幾個(gè)部位，入倉(cāng)相對(duì)直觀，而且振搗較為方便，采用混凝土的坍落度偏下限（180 mm），擴(kuò)展度在450～500 mm。 具體應(yīng)用如表1 所示。

表1 渡槽不同部位混凝土參數(shù)值Table 1 Aqueduct different parts concrete parameters

1.2 渡槽澆筑布料分層設(shè)計(jì)

在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，分層厚度的控制有利于振搗達(dá)到理想的效果。 在預(yù)制渡槽的澆筑施工中，按照不同部位選擇合理的布料入倉(cāng)方式、 振搗方案，同時(shí)嚴(yán)格控制分層厚度，以滿(mǎn)足振搗要求和各層混凝土的層間結(jié)合質(zhì)量。 其具體的分層方案為：底板分2 層（總厚度90cm）澆筑，反圓弧段第一排窗口以下分2 層澆筑， 第一排窗口關(guān)閉到第二排窗口，分3 層澆筑，第二層窗口關(guān)閉到第三層窗口，分4 層澆筑，第三層窗口關(guān)閉到頂部人行道板，分8 層澆筑。

1.3 渡槽窗口和振搗設(shè)計(jì)

1.3.1 窗口設(shè)計(jì)

沙河U 形渡槽結(jié)構(gòu)形式特殊，高度9.2 m，澆筑混凝土?xí)r，倉(cāng)內(nèi)空間狹小（厚度35～50 cm），鋼筋密集，不能直觀地看到混凝土在倉(cāng)內(nèi)的情況。為了能很好地控制下料的準(zhǔn)確性和振搗的密實(shí)性，減少下料高度帶來(lái)的混凝土離析， 在內(nèi)模板上設(shè)置120 個(gè)40 cm×40 cm 的窗口（窗口水平間距為1.3 m，垂直間距為1.0～1.5 m，呈梅花形布置），作為混凝土的入倉(cāng)布料口和振搗棒的插入口，能滿(mǎn)足布料和振搗的要求。

1.3.2 振搗

振搗是保證混凝土密實(shí)性的關(guān)鍵。 該工程為了使渡槽達(dá)到內(nèi)實(shí)外美的效果，除了應(yīng)用插入式振搗器外，在內(nèi)外模板不同的位置共布置了360 個(gè)輔助式高頻振搗器。 在施工過(guò)程中，采用以插入式為主、輔助式為輔的方式進(jìn)行振搗，達(dá)到了很好的效果。

2 混凝土澆筑

2.1 混凝土澆筑工藝

槽體混凝土采用縱向分段（兩臺(tái)布料機(jī)各控制渡槽15m 范圍內(nèi)的混凝土入倉(cāng)）、豎向分層、對(duì)稱(chēng)循環(huán)布料、連續(xù)澆筑、一次成型的澆筑工藝。

2.2 混凝土澆筑過(guò)程

U 形渡槽整個(gè)澆筑過(guò)程及分布如圖1 所示。

2.2.1 Ⅰ部位混凝土澆筑

圖1 預(yù)制渡槽澆筑過(guò)程振搗器分布意圖Fig. 1 Precast aqueduct casting process

Ⅰ部位在端頭分3 層澆筑，在標(biāo)準(zhǔn)段分2 層澆筑。 澆筑時(shí)，從過(guò)流面底部注入混凝土，用插入式振搗器進(jìn)行振搗，同時(shí)開(kāi)啟底部輔助式振搗器。 在支座板埋件部位，從端頭窗口放入插入式振搗棒加強(qiáng)振搗。 Ⅰ部位澆筑完后，人工進(jìn)行第一次混凝土面平整。 同時(shí)，按照先澆先蓋的原則，安裝好壓模，保證在反圓弧段澆筑時(shí)可以進(jìn)行密集的振搗，模板下口不翻漿。

2.2.2 Ⅱ部位混凝土澆筑

Ⅱ部位從第1 排澆筑窗口下料，分2 層進(jìn)行澆筑。 在澆筑混凝土的同時(shí)，開(kāi)啟外模1#輔助式振搗器，將插入式振搗器自?xún)?nèi)模第1 排窗口插入進(jìn)行振搗。 Ⅱ部位混凝土振搗是否密實(shí)，以?xún)?nèi)模的角模處泛漿為準(zhǔn)，并配以聽(tīng)手錘敲擊聲音，進(jìn)行檢查。 振搗合格后，清理窗口灑落的混凝土，并關(guān)閉第1 排澆筑窗口。然后，依次開(kāi)啟內(nèi)模1#輔助式振搗器，頻率150 Hz、時(shí)長(zhǎng)10 s 振一次，Ⅱ部位澆筑完成。

2.2.3 Ⅲ部位混凝土澆筑

從第2 排澆筑窗卸料，分3 層澆筑Ⅲ部位。 在澆筑混凝土的同時(shí)， 開(kāi)啟外模2#輔助式振搗器，將插入式振搗器自?xún)?nèi)模第2 排窗口插入，進(jìn)行加強(qiáng)振搗。 振搗合格后，清理灑落的混凝土，并關(guān)閉第2 排澆筑窗口。然后，依次開(kāi)啟內(nèi)模2#輔助式振搗器，頻率150Hz、時(shí)長(zhǎng)10s 振一次，Ⅲ部位澆筑完成。

2.2.4 Ⅳ部位混凝土澆筑

從第3 排澆筑窗口卸料，分3 層澆筑Ⅳ部位。 在澆筑混凝土的同時(shí)， 開(kāi)啟外模3#輔助式振搗器，將插入式振搗器自?xún)?nèi)模第3 排窗口插入，進(jìn)行加強(qiáng)振搗（需要特別注意窗口兩側(cè)盲區(qū)的振搗）。 振搗合格后，清理灑落的混凝土，并關(guān)閉第3 排澆筑窗口。 然后，依次開(kāi)啟內(nèi)模3#輔助式振搗器，頻率150Hz、時(shí)長(zhǎng)10 s 振2 次。 Ⅳ部位澆筑完成。

在Ⅳ部位第一層澆筑完成后，可以按照先蓋先拆、后蓋后拆的原則，對(duì)過(guò)流面進(jìn)行人工分段翻模和壓模拆除，并及時(shí)進(jìn)行第二次人工收面，保證弧面順暢、光潔。

2.2.5 Ⅴ部位混凝土澆筑

從頂部凹槽模板處卸料，分8 層澆筑Ⅴ部位。 將插入式振搗器從頂部插入振搗，同時(shí)開(kāi)啟內(nèi)外模4#輔助式振搗器，幫助下料并振搗。 對(duì)該部位的卸料厚度一定要注意控制，每攪拌車(chē)（6m3）布一個(gè)循環(huán)，同時(shí)特別注意在振搗棒上做標(biāo)記，以保證振搗棒的插入深度滿(mǎn)足振搗要求。 該部位澆筑全部完成后，應(yīng)做好頂板面的人工收面工作。

2.3 混凝土澆筑質(zhì)量控制

在混凝土澆筑期間，兩臺(tái)布料機(jī)分別從兩端向中間方向做循環(huán)上升澆筑，兩腹板混凝土高程控制均衡上升，防止兩側(cè)混凝土高低懸殊，造成內(nèi)模偏移。 整個(gè)振搗過(guò)程不得留有死角和盲區(qū)，要嚴(yán)格控制振搗棒的有效振搗半徑和振搗時(shí)間，層間振搗要保證插入深度，不得出現(xiàn)冷縫。 對(duì)內(nèi)外模的緊固、看護(hù)，應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)。

3 新型材料、工藝的應(yīng)用

3.1 采用透氣透水模板布提高反弧段混凝土質(zhì)量

渡槽內(nèi)表面下半部分由圓弧組成，圓弧半徑4 m，弧長(zhǎng)13 m，整個(gè)圓弧段面積390 m2。 由于反弧段排氣困難，槽體過(guò)水面的混凝土表面易出現(xiàn)氣泡、水泡，可能對(duì)混凝土的耐久性造成影響。 同時(shí)，增大過(guò)水?dāng)嗝娌诼剩瑢?duì)工程建成后通水流量有不利影響。 通過(guò)深入研究和多次試驗(yàn)論證，決定選用透氣透水模板布解決問(wèn)題。

在澆筑混凝土?xí)r，多余水分、氣泡穿過(guò)模板布過(guò)濾層進(jìn)入墊料層，氣泡在墊料層中逸出，水分中的一部分涵養(yǎng)在墊料層中，其余的沿模板趁布外沿滲出。 多余的水分排出后，混凝土表層水與水泥的比值W/C 值就降低，使得混凝土表層致密、堅(jiān)實(shí)，提高了混凝土的強(qiáng)度和耐磨力。 另外，還確保了混凝土在養(yǎng)護(hù)期間保持高濕度，將發(fā)生微小裂縫的風(fēng)險(xiǎn)減小到最低。 氣泡逸出后，出現(xiàn)砂眼的幾率也會(huì)明顯減少。使用模板布后，反圓弧段的氣泡、水泡基本上得到了消除，節(jié)約了后期的缺陷處理費(fèi)用和時(shí)間。

3.2 采用纖維素纖維提高混凝土抗裂性能

纖維素纖維即植物纖維，是以特殊植物物種為原料，并以獨(dú)特工藝加工的高強(qiáng)高彈模單絲短纖維。因纖維素纖維是由植物細(xì)胞自然分裂生長(zhǎng)，非人工制作而成，其表面具有很強(qiáng)的握裹力。 在其加工中，采用了特殊的無(wú)極材料， 把纖維制成片狀單體，便于纖維的運(yùn)輸和投放。 片狀單體在水的浸泡和攪拌機(jī)摩擦力的作用下，極易分散為纖維單絲，從而產(chǎn)生抗裂效果，可有效提高混凝土的力學(xué)性能、抗凍融性及抗?jié)B性。 纖維素纖維有以下作用[3]。

3.2.1 有效阻止混凝土收縮裂縫的發(fā)生

因纖維素纖維具有的天然的親水性、握裹力，巨大的纖維比表面積，以及較高的韌性和強(qiáng)度等，加入混凝土中后，在水的浸泡和攪拌力作用下，會(huì)形成大量均勻分布的細(xì)小纖維，可有效阻止混凝土塑性收縮、干縮和溫度變化而引起裂縫的發(fā)生。

3.2.2 改善混凝土抗?jié)B性能

纖維素纖維在混凝土中的均勻分布，形成了承托體系，阻礙了表面析水和集料的沉降，降低了混凝土的泌水性，減少了混凝土的泌水通道，使混凝土中的孔隙率大大降低，故而使混凝土的抗?jié)B性能有明顯的提高。

3.2.3 提高混凝土抗凍融性

混凝土中纖維素纖維的存在，可以有效地減少多次凍融循環(huán)而引起的混凝土內(nèi)的抗拉應(yīng)力集中，阻止微裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。 另外，混凝土抗?jié)B性的提高，也有利于改善其抗凍融性。

3.2.4 提高混凝土抗沖擊性和韌性

纖維素纖維有助于吸收混凝土構(gòu)件受沖擊時(shí)的功能，并且由于纖維的阻裂效應(yīng)，在混凝土受沖擊荷載作用時(shí)，纖維可以阻止內(nèi)部裂縫的迅速擴(kuò)展，故而可以有效增強(qiáng)混凝土的抗沖擊性和韌性。

3.2.5 改善混凝土耐久性

由于混凝土中的纖維具有良好的抗裂性能，所以能夠有效減少裂縫的發(fā)生和發(fā)展， 降低內(nèi)部孔隙率， 使得外部環(huán)境中的水分腐蝕性和化學(xué)介質(zhì)、氯鹽等的侵蝕、滲透減緩。 由于裂縫的大量減少，對(duì)結(jié)構(gòu)主筋銹蝕的通道相應(yīng)減少，從而使混凝土的耐久性得到極大的改善和提高。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)已經(jīng)完成渡槽的大量室內(nèi)室外試驗(yàn)檢測(cè)，特大型U 形渡槽的混凝土澆筑工藝得到了進(jìn)一步肯定，主要的檢測(cè)情況如下。

4.1 成型試驗(yàn)

成型試驗(yàn)主要包括標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓、彈模、抗凍、抗?jié)B試驗(yàn)及同條件下的抗壓試驗(yàn)。 其中，抗壓試驗(yàn)完成450 組， 最大抗壓強(qiáng)度62.4 MPa，最小抗壓強(qiáng)度51.6 MPa，平均強(qiáng)度55.4 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差1.74，離散系數(shù)0.031，混凝土保證率100%；彈性模量試驗(yàn)完成216 組，最大彈性模量43 900 MPa，最小彈性模量35 500 MPa，平均彈性模量39299 MPa；抗凍試驗(yàn)完成8 組，相對(duì)動(dòng)彈性模量最大93%，最小79.1%，平均88.8%，合格率100%；質(zhì)量損失率最大2.7%，最小0.6%，平均1.2%，合格率100%；抗?jié)B試驗(yàn)完成8 組，合格率100%。

4.2 回彈試驗(yàn)

為了檢查渡槽實(shí)體混凝土的澆筑質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的回彈試驗(yàn)， 每榀檢測(cè)槽設(shè)置30 個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)檢測(cè)16 個(gè)測(cè)點(diǎn)，共對(duì)7 榀渡槽進(jìn)行了回彈檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 混凝土結(jié)構(gòu)回彈法抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果Table 2 Anti-compressive strength test results of concrete structure rebound method

4.3 聲波檢測(cè)

為了檢驗(yàn)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量，對(duì)第2 榀、第60榀、第61 榀、第67 榀渡槽采用聲波透射法、沖擊回波法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。 根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，混凝土總體質(zhì)量較好，強(qiáng)度超過(guò)50 MPa。

4.4 取混凝土芯試驗(yàn)

在渡槽質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，采取鉆孔取芯法從第67 榀渡槽實(shí)體中抽取3 個(gè)芯樣， 進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 其結(jié)果顯示，第67 榀渡槽混凝土強(qiáng)度推定值為55.9 MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.5 充水試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)成品渡槽的整體質(zhì)量，對(duì)第1 榀、第5榀、第60 榀渡槽進(jìn)行充水試驗(yàn)，分別按照充水深度3.7 m、6.05 m、6.797 m 及滿(mǎn)槽水深7.4 m 共4 個(gè)特征水位線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

（1） 變形觀測(cè)。 槽身跨中最大豎向位移為1.6 mm、2.0 mm，與設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算沉降量1.7 mm 較為接近。 （2）應(yīng)力應(yīng)變。 同斷面同部位的鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)的測(cè)值反應(yīng)的鋼筋混凝土的受力狀況基本一致，各階段的混凝土應(yīng)力、應(yīng)變的變化規(guī)律與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果基本一致。 （3）錨索測(cè)力計(jì)。 在充水期間運(yùn)行良好，充水至7.4m 時(shí)，縱向預(yù)應(yīng)力值有所減小，部分環(huán)向預(yù)應(yīng)力略有增大，但都在0.5 t 以?xún)?nèi)，放水后趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

各種檢測(cè)結(jié)果表明，南水北調(diào)沙河U 形渡槽采用的施工工藝合理、得當(dāng)，且便于掌握和操作，達(dá)到了預(yù)期的效果。 該工藝克服了諸多長(zhǎng)期以來(lái)特大型U 形渡槽混凝土澆筑施工中存在的缺陷和不足，可為類(lèi)似工程提供參考和借鑒。

[1] GB 506666－2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[2] DLT5144-2001，水工混凝土施工規(guī)范[S].

[3] Cillee.纖維素纖維[EB/OL].(2011-11-17).http://baike.baidu.com/view/270962.htm.