中小型水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常見的質(zhì)量缺陷及避免措施探討

劉 麗 李加順

（云南省水利水電科學(xué)研究院， 云南 昆明 650228）

0 引言

水利工程作為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，為城鎮(zhèn)居民的生活和各類生產(chǎn)提供了水資源、電能等資源，還是城市預(yù)防洪澇、干旱等災(zāi)害發(fā)生的重要設(shè)施，水利工程建設(shè)水平也一定程度反映了國家的發(fā)展水平。然而即使是中小型的水利工程，其工程規(guī)模也是較大的，且具有施工時間長、修建難度大等特點，水利工程主體需要用到大量的混凝土、鋼筋等材料，混凝土結(jié)構(gòu)的體量一般較大，因此若要滿足水利工程使用所需的承載力、穩(wěn)定性等具體的性能要求，就需要保證混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、施工及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量高[1]?；炷两Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、建設(shè)便捷等優(yōu)點，水利工程需要大量應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)，但混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些弊端，如受溫度等因素影響明顯，導(dǎo)致對施工技術(shù)的要求較高，而實際水利工程中地形是十分復(fù)雜的，這對混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求提出了更大的挑戰(zhàn)，而水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)，與其他類工程的混凝土結(jié)構(gòu)相比有許多不同的特點，如跨度小、結(jié)構(gòu)龐大、配筋率低，且大體積的混凝土結(jié)構(gòu)在施工時，受外界影響很明顯，容易出現(xiàn)裂縫等問題[2]。因此，需要對常見的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題進(jìn)行較為全面地分析，找出其根源，然后從設(shè)計、施工、管理等方面進(jìn)行針對性地優(yōu)化和控制，從而全面地把控混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，提升混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、韌度、抗拉伸性能及抗重壓等能力，降低其出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形及其他質(zhì)量問題的幾率，全面提升水利工程中混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，并有利于提升后期維護(hù)的便捷性和相關(guān)主體的使用壽命[3]。

1 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)分析

水利工程具有十分強的系統(tǒng)性和綜合性，設(shè)計、施工及各項管理都涉及多個部門間的聯(lián)系。這使得水利工程的設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)，都必須進(jìn)行系統(tǒng)地分析，綜合考慮科學(xué)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、社會效益等因素[4]。雖然中小型水利工程建成后會對附近地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)建設(shè)有積極影響，但同時施工等環(huán)節(jié)會對其自然生態(tài)、景觀及氣候等造成多樣的影響，在倡導(dǎo)生態(tài)保護(hù)的時代，需要積極地減少這些負(fù)面影響。施工環(huán)境的復(fù)雜性也使得水利工程的施工面臨諸多挑戰(zhàn)，如水文、氣候等因素將影響施工的質(zhì)量[5]。就混凝土結(jié)構(gòu)而言，需要從各個環(huán)節(jié)控制其相關(guān)指標(biāo)以符合建設(shè)要求。

1.1 工作性指標(biāo)

該指標(biāo)是對混凝土流動性、和易性及凝結(jié)時間等性能的描述，水利工程對混凝土結(jié)構(gòu)這些性能的要求都頗高。影響這些性能的因素是多樣的，首先混凝土成品料的運輸、入倉等環(huán)節(jié)需要對內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格地管控，其次施工時振搗等工作應(yīng)嚴(yán)格按方案進(jìn)行，才能確?；炷涟丛O(shè)計的尺寸進(jìn)行澆筑，保證其外觀平整，無離析、冷縫、空洞等問題，混凝土配合比、添加劑的使用等因素對其性能參數(shù)的影響也是較明顯的，需要進(jìn)行嚴(yán)密地實驗以合理地把控相關(guān)參數(shù)，另外施工之后的養(yǎng)護(hù)工作也應(yīng)嚴(yán)格按養(yǎng)護(hù)規(guī)范進(jìn)行。

1.2 強度指標(biāo)

混凝土結(jié)構(gòu)需要足夠強度以維持主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要在設(shè)計環(huán)節(jié)通過詳細(xì)、準(zhǔn)確的計算來保證強度目標(biāo)值的合理性。結(jié)構(gòu)澆筑過程中應(yīng)按檢測頻率進(jìn)行混凝土強度的抽樣檢查，制作試塊進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，并監(jiān)測試塊強度的成長情況，然后根據(jù)檢測強度的結(jié)果，采取回彈儀法、取芯法等方法對相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行核實，對不合格的結(jié)構(gòu)采取反工等處理措施。

1.3 耐久度指標(biāo)

水利工程中許多混凝土構(gòu)件需要長期處于水泡的環(huán)境，將受到化學(xué)物離子的長期侵蝕，因此需要充分考慮其耐久度。一般根據(jù)對實際環(huán)境的調(diào)查，采取相應(yīng)的措施，如摻加微硅粉等凝膠材料、高爐礦碴，或使用引氣劑，來提升混凝土構(gòu)件的抗侵蝕性，使其能在嚴(yán)酷的環(huán)境下耐久使用。在結(jié)構(gòu)澆筑過程中，也可以采取制作試塊等方法，來檢驗混凝土結(jié)構(gòu)是否能滿足相應(yīng)的抗侵蝕指標(biāo)。另外，水利工程的環(huán)境較復(fù)雜，因此對各位置混凝土結(jié)構(gòu)的性能要求也不盡相同，一些處于特殊位置的主體會對混凝土顏色、密度、水化熱、早期強度及凝結(jié)時間等指標(biāo)提出較高的或特殊的要求。

2 中小型水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常見的質(zhì)量缺陷分析

2.1 蜂窩

指混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)局部的酥松，表面砂漿少、石子多，而石子間存在形似蜂窩的空隙、孔洞。導(dǎo)致蜂窩的原因多樣，主要有以下幾方面：（1）混凝土的配合比設(shè)置不精確，存在數(shù)據(jù)錯誤，導(dǎo)致拌和時加水量不合理，或砂漿、石子的比例存在問題；（2）混凝土攪拌的時間不充足，導(dǎo)致未拌合均勻，或振搗不密實，導(dǎo)致整體的和易性差；（3）下料不當(dāng)或過高，如下料時未設(shè)置串桶、導(dǎo)管等輔助設(shè)施，使石子集中，容易造成砼離析；（4）澆筑時大體量混凝結(jié)構(gòu)未分段、分層施工，或振搗不實、漏振；（5）混凝土澆筑模板的縫隙未封嚴(yán)，或支設(shè)不牢固，導(dǎo)致振搗時模板出現(xiàn)移位，進(jìn)而因漏漿導(dǎo)致砂漿減少；（6）鋼筋較密，或使用的石子的粒徑過大；（7）水利建筑主體的基礎(chǔ)與墩柱、肋板、蓋梁、臺帽等存在結(jié)合處漏漿的問題。

2.2 麻面

指混凝土局部存在表面缺漿，出現(xiàn)許多小凹坑，整體看起來像是布滿了麻點，表面十分粗糙，但沒有鋼筋露出。產(chǎn)生麻面的原因有：（1）模板表面過于粗糙，或未將粘附在其內(nèi)的雜物清理干凈；（2）摸板的拼縫不嚴(yán)密，導(dǎo)致局部漏漿；（3）未在模板上均勻涂刷隔離劑，導(dǎo)致混凝土局部與模板粘結(jié)；（4）混凝士振搗存在未排出氣泡、振搗不實等現(xiàn)象；（5）選用的水泥泌水嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)頂部的混凝土存在坍落度過大，或因過振等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)上部出現(xiàn)麻面。

2.3 孔洞、露筋

指混凝土結(jié)構(gòu)有較大空隙，蜂窩尺寸特大，設(shè)置局部沒有混凝土，鋼筋裸露。產(chǎn)生孔洞、露筋的原因有：（1）在鋼筋密布的部位，澆筑不順暢，導(dǎo)致砂漿未能充滿模板；（2）混凝土離析，導(dǎo)致砂漿與石子分離，石子在局部成堆；（3）混凝土澆筑時一次下料太多，超出了振搗器的振動作用范圍，使局部存在松散孔洞；（4）砼中存在硬塊、雜物；（5）鋼筋安裝的位置存在偏移，或澆筑時混凝土轉(zhuǎn)變增強使鋼筋移位、外露，或振搗力度過大使鋼筋移位；混凝土表面被腐蝕，導(dǎo)致鋼筋外露并失去保護(hù)膜。

2.4 裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫對其穩(wěn)定性的負(fù)面影響是極大的，導(dǎo)致裂縫的原因：（1）施工時水泥水化產(chǎn)生的水化熱過大，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部溫差過大，導(dǎo)致混凝土開裂；（2）施工人員未嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范澆筑混凝土，或施工環(huán)境差，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)地基不均，或過于松軟，出現(xiàn)不均勻的沉降，致使結(jié)構(gòu)開裂；（3）終凝過程中，外部溫度過高或遭遇強風(fēng)等氣候，導(dǎo)致混凝土表面過分失水或失水過快，混凝土的體積將急劇收縮，易出現(xiàn)裂縫；（4）混凝土養(yǎng)護(hù)不及時、不到位。

3 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制要點

3.1 優(yōu)化設(shè)計，并合理選擇原料

首先，應(yīng)做好基礎(chǔ)的準(zhǔn)備，在設(shè)計前充分做好水工地質(zhì)勘查，整理出完整資料并進(jìn)行科學(xué)的分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工設(shè)計科學(xué)合理的設(shè)計提供參考依據(jù)，在真實、全面勘察數(shù)據(jù)的支持下，能有效減少計算及設(shè)計的失誤。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)用BIM 等技術(shù)建立相應(yīng)的模型，合理地設(shè)計變量，對涉及的參數(shù)進(jìn)行性能區(qū)分，觀察參數(shù)變化及影響，從而有效減少計算量，并結(jié)合相關(guān)函數(shù)找出最優(yōu)的參數(shù)設(shè)置方案，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、裂縫寬度、結(jié)構(gòu)尺寸、彈塑性等最后影響混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的約束條件進(jìn)行合理選擇，以保證水利建筑施工質(zhì)量能發(fā)揮自身應(yīng)承擔(dān)的建筑功能。設(shè)計人員應(yīng)在完成設(shè)計目標(biāo)的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合地勘資料考慮水利工程施工可能出現(xiàn)的意外因素，如施工技術(shù)、設(shè)備配置、施工設(shè)計可實現(xiàn)性、工期要求、環(huán)境氣候、現(xiàn)場交通等因素，把握這些因素然后對混凝土侵蝕等問題進(jìn)行針對性強化設(shè)計，以從設(shè)計之初避免此類問題發(fā)生。

同時，應(yīng)結(jié)合各種相關(guān)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，合理的設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行合理的施工圖設(shè)計，如為了防止因溫差引起的裂縫問題，應(yīng)在設(shè)計中合理選擇發(fā)熱量小的改性水泥，為防止干裂引起的裂縫，需要嚴(yán)格控制水灰比，選擇高強度且干縮值小的材料，適當(dāng)添加減水劑等外加劑，以充分保障結(jié)構(gòu)的使用強度。水利工程中許多主體的混凝土結(jié)構(gòu)在使用時具有特殊性，對結(jié)構(gòu)防水、耐腐蝕、抗變形等性能提出了很高要求，因而需要合理地選擇原材料，特別是要對水泥、沙石等材料的性能進(jìn)行綜合對比和技術(shù)分析，施工前還應(yīng)通過試驗測定混凝土材料實際性能及找到最佳的配比方案。另外，應(yīng)控制混凝土材料運輸過程中的質(zhì)量，對運輸車收料單位、地址等信息進(jìn)行檢查，運輸過程中按要求細(xì)致檢查混凝土材料的質(zhì)量，并采取相關(guān)的保護(hù)措施。

3.2 合理控制澆筑過程，做好振搗及養(yǎng)護(hù)工作

澆筑時應(yīng)合理選擇澆筑方式，精準(zhǔn)控制澆筑溫度、時間，如根據(jù)環(huán)境溫差、結(jié)構(gòu)類型及材料性能，選擇最佳澆筑方式，中小型水利工程一般采用泵送混凝土分層澆筑技術(shù)，嚴(yán)格控制澆筑溫度避免超溫，根據(jù)季節(jié)、天氣變化適當(dāng)調(diào)整澆筑方案，應(yīng)避免在冬季低溫等時段進(jìn)行澆筑，若無法避免應(yīng)做好防寒保溫等工作。

分層澆筑每層完成后均要進(jìn)行振搗處理，應(yīng)合理控制振搗速度、深度，保證均勻、無死角振搗，提升混凝土結(jié)構(gòu)密實性。堅持澆筑、振搗并重，實行分層或分段澆筑的同時，在規(guī)定內(nèi)完成分層接茬，若模板有倒坡，混凝土應(yīng)鋪至內(nèi)側(cè)的倒坡以下，充分振搗，振出氣泡后，再澆筑倒坡，分層振搗時應(yīng)始終保持澆筑與振搗的前后距離，澆鋪時應(yīng)四周略高、中部略低，不能使用振搗棒趕攤，防止砂漿流失，用振搗棒應(yīng)做到快插慢拔，不能漏振、欠/過振、早/遲振。

澆筑完成后需根據(jù)時間變化及天氣條件做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作，如常規(guī)天氣進(jìn)行灑水，以避免混凝土干縮裂縫，寒冷天氣需采取覆膜等方式保溫蓄熱，避免混凝土水分過分流失而引發(fā)裂縫。收漿初凝后，需要在外露表面采取噴灑養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋保溫保濕膜或土工氈等操作，側(cè)模拆除后用土工氈等包裹，然后用塑料薄膜再次嚴(yán)密包裹，并確保外露部分的潤濕程度，裸露在外的鋼筋應(yīng)進(jìn)行防銹保護(hù)。

3.3 加強施工質(zhì)量控制與施工管理

除了加強施工、養(yǎng)護(hù)技術(shù)管控，還應(yīng)做好人員、機(jī)械、環(huán)境等方面的管理，如對施工人員的技術(shù)技能、安全意識、責(zé)任意識進(jìn)行培訓(xùn)和管理，保證每個工人能勝任自身工作，避免因人為因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題，對施工環(huán)境進(jìn)行管理，有利于保證施工現(xiàn)場有序的進(jìn)行，同時有利于避免雨雪、沙塵、溫度、高邊坡等因素影響混凝土結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量。對各類器械的管理也十分重要，應(yīng)合理地選擇機(jī)具類型，合理地設(shè)置機(jī)械進(jìn)退場時間及放置的位置，并進(jìn)行及時的設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作，保證大型設(shè)備的工作效率，不會因機(jī)械故障、現(xiàn)場混亂等因素而導(dǎo)致影響混凝土的質(zhì)量。各類材料進(jìn)場時，也應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把控，控制混凝土材料的成分及坍落度等參數(shù)，并對材料的運輸批號、數(shù)量、檢測情況、使用部位等信息進(jìn)行詳細(xì)記錄。另外，還應(yīng)加強作業(yè)指導(dǎo)，合理、簡易地指導(dǎo)各類人員進(jìn)行有序、高質(zhì)量的工作，對關(guān)鍵工序應(yīng)編制并嚴(yán)格實施專項技術(shù)措施。

4 結(jié)束語

綜上，為避免中小型水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，需要從混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材、施工技術(shù)管控、養(yǎng)護(hù)、施工管理等方面，采取合理的、有針對性的優(yōu)化措施，有效保證水利工程混凝土結(jié)構(gòu)具有良好質(zhì)量，保障相關(guān)水利工程安全、耐久使用，使其充分發(fā)揮出自身的社會價值。