孟杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量監(jiān)理控制探析

孟杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

在水利工程設(shè)計中，水工建筑多采用混凝土結(jié)構(gòu)。水工混凝土結(jié)構(gòu)超過最大承載力將發(fā)生變形，導(dǎo)致裂縫。由于水工混凝土結(jié)構(gòu)自身特點，選用不同材料對水工混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量將產(chǎn)生不同影響。因此，有必要加強對水工混凝土結(jié)構(gòu)與材料的設(shè)計與研究，從施工監(jiān)理角度和質(zhì)量控制上提出合理的改進對策和建議。

水工建筑；混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；質(zhì)量控制

1 引言

水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量控制是保障水利工程建設(shè)安全性、穩(wěn)定性、可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于混凝土結(jié)構(gòu)是由砂、石、水泥等材料構(gòu)成，其不同材料的性能參數(shù)決定了混凝土結(jié)構(gòu)的最大承載力。水工混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，需要通過科學(xué)的檢驗、測試進行優(yōu)化。如水泥的水化反應(yīng)多與組成碎石灰中的有害物質(zhì)超標(biāo)有關(guān)，碎石灰中的有害物質(zhì)超標(biāo)影響混凝土的結(jié)構(gòu)強度，降低水泥與骨料的粘結(jié)性；在混凝土攪拌中，對于材料的配比需要進行試驗，特別是砂子的含水率要采用現(xiàn)場干炒法來測定。

2 水工混凝土結(jié)構(gòu)極限及裂縫控制

水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，水工混凝土結(jié)構(gòu)極限包括承載力和正常使用兩種狀態(tài)。

承載力極限，是指水工混凝土結(jié)構(gòu)所能承受的最大破壞強度。擋水結(jié)構(gòu)設(shè)計，要將受壓破壞極限值作為結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，來確定應(yīng)力約束極限狀態(tài)，避免裂縫產(chǎn)生。

對應(yīng)用于水工工程的混凝土結(jié)構(gòu)來說，裂縫要求除應(yīng)考慮承載力的控制外，還要對容許裂縫寬度、工程環(huán)境、荷載、水壓等參數(shù)變化進行綜合考慮。通常情況下，對于不同等級的水工建筑，其耐久性指標(biāo)存在差異性。

裂縫控制主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂性評估為依據(jù)，根據(jù)斷面的作用力變形來設(shè)定裂紋開度標(biāo)準(zhǔn)。

對于不同水工工程而言，在限裂驗算可靠性分析上，根據(jù)不同情況來進行雙重保證處理。當(dāng)彎矩不大于開裂彎矩，不需用進行限裂驗算；當(dāng)彎矩大于開裂彎矩且彎矩不大于荷載標(biāo)準(zhǔn)的開裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值時，則要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)及開裂標(biāo)準(zhǔn)值下的裂縫寬度不大于開裂標(biāo)準(zhǔn)值下的裂縫寬度；當(dāng)荷載標(biāo)準(zhǔn)的彎矩小于荷載標(biāo)準(zhǔn)的開裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值時，則需要在荷載標(biāo)準(zhǔn)及開裂標(biāo)準(zhǔn)值下的裂縫寬度小于開裂標(biāo)準(zhǔn)值下的裂縫寬度。

3 水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)變形控制

對于水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要關(guān)注其強度，還要結(jié)合水工建筑工程環(huán)境，特別是對水下環(huán)境的分析，以提升混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和穩(wěn)定性。裂縫是水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的主要問題，對混凝土結(jié)構(gòu)變形進行防范，一方面做好水工結(jié)果的構(gòu)造設(shè)計，對相應(yīng)變形縫進行科學(xué)設(shè)置，精確計算結(jié)構(gòu)受力，尤其是在特殊情況下的超載、維修等方面的斷面驗算；另一方面對原材料、半成品進行質(zhì)量控制，合理調(diào)配水泥、砂、石粉、泥土的比例，依照現(xiàn)場地質(zhì)勘測實際來進行換算和優(yōu)化；再者是對于水工工程施工進行嚴(yán)格監(jiān)理，做好施工過程中的旁站監(jiān)督，對施工的分層、分區(qū)、分段、澆筑、振搗等方法進行試驗，確保整個施工過程的科學(xué)性。如在振搗監(jiān)理中，對于混凝土的密實度進行檢測，控制振搗器與模板的間距，避免模板變形誘發(fā)漏水漏漿問題。

4 水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制

水工建筑的混凝土施工應(yīng)從施工工藝、施工材料的質(zhì)量控制上加以改進。在檢驗方法上，要選擇目視檢測、機械檢測、手檢等；在原材料質(zhì)量檢驗上，進行實驗室檢測、抽檢、精確試驗等。

4.1 原材料質(zhì)量控制

對原材料主要是砂、石、水泥、水等材料的質(zhì)量控制。水泥強度變化影響混凝土強度；石頭粗、細(xì)骨料直徑變化也影響混凝土的級配變化，進而影響混凝土的和易性和含水量。因此，在施工監(jiān)理過程中，要對水工工程材料的質(zhì)量、配合比等進行控制。在檢測方法上，以隨時抽檢的方法進行質(zhì)檢，并從關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，就原材料標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗，提升原材料質(zhì)量，保障混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。

4.2 對水工混凝土澆筑進行質(zhì)量控制

從水工工程結(jié)構(gòu)施工實踐來看，不同原材料的配合比、混凝土澆筑施工振搗方式都會影響混凝土的強度等指標(biāo)。為此，在保證混凝土澆筑質(zhì)量上，主要從兩方面進行控制。

4.2.1 混凝土配合比控制

根據(jù)不同水工建筑工程混凝土設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及要求，在進行混凝土配合比設(shè)定中，需要根據(jù)原材料性能特點進行科學(xué)試驗，并選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。如對于骨料進行抽檢，明確其徑粒大小，并保持面干、飽和；然而，在實際施工中，很多骨料存在超遜徑問題，且含水量也超過標(biāo)準(zhǔn)。因此，在進行混凝土配合比換算時，要結(jié)合砂石、骨料的抽檢結(jié)果進行換算。依照“（該級超徑量＋該級遜徑量）-（上一級遜徑量＋次一級超徑量）＝調(diào)整量”來進行調(diào)整。另外，在對混凝土配合比進行控制時，還要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H施工環(huán)境、運輸距離、運輸方式等條件的差異性，適當(dāng)調(diào)整用水量。在水工素混凝土、少筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，坍落度控制在3～5cm，配筋率超過1%鋼筋混凝土，坍落度控制在7～9cm；對于泵送混凝土，坍落度控制在10～14cm，初凝時間不能低于4h。

4.2.2 和易性控制

混凝土的和易性，是針對混凝土拌合物的整體性狀進行描述的，當(dāng)和易性較差時，會出現(xiàn)振搗不實、離析等問題；當(dāng)和易性較好時，混凝土振搗穩(wěn)實，幾乎沒有離析現(xiàn)象，且具有較好的均質(zhì)密實性。由于水工環(huán)境的特殊性，對于混凝土和易性要求較高，在施工過程中，多選擇低坍落度、低水量來進行控制，多從振實工藝上來實現(xiàn)。另外，為提升水工工程混凝土質(zhì)量，還需要從保水性、可塑性、粘聚性等方面調(diào)整。

4.2.3 振搗控制

由于水工建筑結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑體積較大，現(xiàn)場監(jiān)理中，需要結(jié)合不同澆筑部位，設(shè)計合理的施工組織方案，特別是先后次序、施工走向、澆筑面積、分段、分層方法等，都是防范工程出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵點。通常情況下，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，多采用分層分段分區(qū)澆筑，從混凝土澆筑厚度上進行嚴(yán)格控制，而振搗工藝控制是保障混凝土初凝厚度的重中之重。一般情況下分層澆筑厚度不高于30cm。在分層澆筑施工中，要保持施工的連續(xù)性，避免中斷，特別是對于中斷時間超過初凝時間的，需要對接縫進行處理。另外，在振搗控制上，一是做好振搗器插入間距的控制，避免與模板接觸；二是在平板式振搗中，要注重全面覆蓋，且在移動中要做重疊振搗；在確定振搗位置、順序時，要結(jié)合模板結(jié)構(gòu)、振搗器性能進行調(diào)校和測試。

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孟杰（1986-），男，2012年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2016-09-16；

2016-10-19