淺談大型封閉式薄壁結(jié)構(gòu)調(diào)蓄水池混凝土施工技術(shù)

王秀紅

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

1 工程概況

天水曲溪城鄉(xiāng)供水工程（水源部分）位于天水市秦州區(qū)和麥積區(qū)境內(nèi)，取水口位于長江流域永寧河一級(jí)支流白家河左岸，引水線路向北穿過分水嶺至麥積區(qū)甘泉鎮(zhèn)胡家溝內(nèi)，再由管線引水至調(diào)蓄水池，經(jīng)水廠處理后利用管網(wǎng)供水至天水市秦州區(qū)、麥積區(qū)所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以緩解城鄉(xiāng)供水壓力。主要建筑物分為樞紐攔河壩、引水隧洞、輸水管線及調(diào)速水池組成。調(diào)蓄水池總蓄水量20萬m3，等分為8個(gè)2.5萬m3水池，單個(gè)水池長72.0 m，寬54.0 m。

2 工程總體規(guī)劃地質(zhì)條件

2.1 工程總體規(guī)劃

調(diào)蓄水池傍向北傾伏的土質(zhì)山梁布置，調(diào)蓄水池規(guī)模較大，水池分為4 組8個(gè)2.5 萬m3水池，其中4個(gè)水池呈“田”字布置于山梁北側(cè)，場地（長×寬）211.4 m×155.4 m，4 個(gè)水池呈“一”字布置于山梁東側(cè)，場地（長×寬）271.6 m×93.2 m，每組兩個(gè)水池間連通管互通。單個(gè)調(diào)蓄水池為矩形，長72.0 m，寬54.0 m，池壁高7.0 m，池內(nèi)設(shè)計(jì)水深6.5 m，池壁厚600 mm，底板厚800 mm，池體頂板厚300 mm，池內(nèi)設(shè)立柱和導(dǎo)流墻，其中立柱間距為6 m×6 m。

池堤地基為次生黃土，挖除表部2.5 m的松軟層后，對(duì)地基進(jìn)行5%生石灰土翻夯，翻夯厚度3.0 m，壓實(shí)度≥97%，再加1 m 厚、15%水泥土墊層。調(diào)蓄水池主體結(jié)構(gòu)采用封閉式鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)。根據(jù)施工進(jìn)度要求，先進(jìn)行“一”字形水池澆筑，澆筑次序?yàn)?#-7#-6#-5#，其中每個(gè)水池通過縱橫向后澆帶分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)（圖1），后澆帶寬度為100 cm。高度方向分三層施工，分別為底板混凝土、側(cè)壁混凝土（立柱和導(dǎo)流墻）、頂板混凝土（圖2）。

圖1 混凝土分塊布置圖

圖2 混凝土分層布置圖

2.2 地質(zhì)條件

調(diào)蓄水池場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為第四系堆積物覆蓋，下伏基巖為新近系地層（N2），厚度大斷裂發(fā)育輕微，地質(zhì)構(gòu)造作用較微弱。水池位于胡家溝右岸Ⅲ級(jí)階地，覆蓋層厚6～17m，上部為沖洪積次生黃土，池基為次生黃土，由于調(diào)蓄水池場地總體地形西南高、東北低，調(diào)蓄水池基底高程1 260 m，地面開挖深度6～17.5 m，洪積次生黃土表層2.4 m壓縮系數(shù)a1-2=0.528～0.814 MPa-1，壓縮模量Es=2.173～4.852 MPa，屬高壓縮性土；2.5 m深度以下a1-2=0.120～0.435 MPa-1，Es=5.46～12.37 MPa，屬中壓縮性土。

3 施工重難點(diǎn)

（1）混凝土側(cè)壁、導(dǎo)流墻、板等結(jié)構(gòu)均為薄壁結(jié)構(gòu)，其由于長細(xì)比大等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在受到約束的情況下，易發(fā)生混凝土裂縫現(xiàn)象。

（2）薄壁結(jié)構(gòu)水池池壁相對(duì)較薄，施工難度較大。由于混凝土自身的性能，施工技術(shù)等某一方面存在問題會(huì)導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的防滲性能。

（3）水池池壁相對(duì)較薄，鋼板止水片、膨脹止水條布置相對(duì)復(fù)雜，混凝土施工過程中對(duì)預(yù)埋件的保護(hù)難度大。

（4）薄壁結(jié)構(gòu)混凝土因澆筑厚度薄，分層高度大等特點(diǎn)，澆筑普通混凝土很難澆筑密實(shí)，底部易出現(xiàn)蜂窩，爛根等質(zhì)量通病。

4 主要施工工藝

4.1 地基處理

地基原土壓縮變形系數(shù)存在差異，引起地基不均勻沉降，對(duì)地基進(jìn)行3 m厚5%生石灰土翻夯及1 m厚15%水泥土墊層，壓實(shí)度≥0.97，確保地基承載力和有效防止不均勻沉降。地基處理通過生產(chǎn)性試驗(yàn)確定各項(xiàng)參數(shù)控制指標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)確定石灰土及水泥土攤鋪厚度為30 cm，土料含水率控制在15.2%±2%。主要攤鋪施工設(shè)備選用山推160推土機(jī)進(jìn)行攤鋪，其中5%生石灰摻和料采用HF-8YD 撒布機(jī)和YWB250路拌機(jī)。碾壓設(shè)備采用22T羊角碾碾壓，主要參數(shù)為平碾一遍，羊角碾夯實(shí)碾壓6遍，羊角碾行走速率≤2.0 km/h，采用錯(cuò)距碾壓，重疊部分寬度為20～30 cm為宜。碾壓結(jié)果采用環(huán)刀法檢測(cè)。

上部鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜，型號(hào)為200 g/0.5/200 g。土工膜上部鋪設(shè)50 mm厚M10水泥砂漿墊層。主要施工設(shè)備為LST800型土工膜焊接機(jī)和DSH-A型熱風(fēng)槍，土工膜焊接采用雙焊縫焊接，雙焊縫寬度為2 m×12.5 mm，搭接寬度不小于100 mm。焊接時(shí)熱熔焊機(jī)預(yù)熱到350～400 ℃，焊機(jī)行走速率控制在2～3 m/min。焊接質(zhì)量檢測(cè)一般分為外觀質(zhì)量目測(cè)檢查和氣密性試驗(yàn)，外觀質(zhì)量檢查主要檢查焊接的均勻性、平直，無漏焊、虛焊、褶皺、燙傷以及空洞等。氣密性試驗(yàn)檢驗(yàn)采用充氣檢漏儀。在每一條待檢點(diǎn)選取250～300 mm長試驗(yàn)段，兩頭采用熱熔焊機(jī)封死，插入氣針充氣至0.1～0.12 MPa，保持穩(wěn)壓30～60秒壓力表，顯示數(shù)字無明顯下降為合格。

4.2 結(jié)構(gòu)層施工準(zhǔn)備

（1）混凝土配合比試驗(yàn)

本工程主體結(jié)構(gòu)采用C30W6F150混凝土，考慮到調(diào)蓄水池功能，混凝土在保證強(qiáng)度的前提下要有良好的抗?jié)B和防凍性能。后澆帶等部位混凝土摻加適量的膨脹劑，配制出微膨脹混凝土，用于補(bǔ)償混凝土的收縮，膨脹劑的使用更大程度上降低了薄壁系統(tǒng)出現(xiàn)裂縫的比例[1]。

拌制混凝土原材料：水泥-天水中材賽馬水泥P.O 42.5；粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰；粗細(xì)骨料均為天水當(dāng)?shù)靥烊缓由澈吐咽p水劑為HT-YQ型高效聚羧酸高性能引氣減水劑。配合比見表1，混凝土塌落度控制在160～210 mm。

表1 C30W6F150混凝土配合比

（2）鋼筋工程

在薄壁結(jié)構(gòu)中，鋼筋制作和安裝質(zhì)量直接影響混凝土質(zhì)量。在鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，尤其在柱腳（帽）、梁、板以及后澆帶分倉縫位置等應(yīng)力相對(duì)集中位置設(shè)置抗裂構(gòu)造鋼筋，防止因應(yīng)力釋放導(dǎo)致開裂風(fēng)險(xiǎn)。

施工時(shí)鋼筋下料接頭分布盡可能避開約束區(qū)、防止應(yīng)力集中產(chǎn)生裂縫。鋼筋安裝嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，鋼筋焊接、綁扎符合圖紙和規(guī)范要求確保保護(hù)層厚度及鋼筋間排距。采用混凝土墊塊、塑料墊塊、鋼筋支架對(duì)混凝土保護(hù)層進(jìn)行有效的控制[2]。一般情況下控制水平保護(hù)層采用臺(tái)式塑料墊塊，控制豎直保護(hù)層采用輪式塑料墊塊。

（3）模板工程

調(diào)蓄水池施工采用的模板均為木膠板，模板安裝按照混凝土結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)邊線放樣控制，重要結(jié)構(gòu)部位加密控制。確保模板安裝位置精準(zhǔn)，面板光潔、接縫嚴(yán)密、線條平順，模板變形控制在規(guī)范允許之內(nèi)。為了減少施工縫，池壁最好一次支模，一次灌注到頂[3]。模板的錨固埋件定位要求精準(zhǔn)牢固，側(cè)壁等重要防水部位使用的穿墻螺栓均采用工具式連接

遇水膨脹止水條黏接采用黏結(jié)劑全長黏結(jié)，止水條黏結(jié)后盡快澆筑混凝土，避免止水條浸潤后過早膨脹。選用膨脹止水條是應(yīng)考慮止水條的緩漲性能，7 d的凈膨脹率不應(yīng)超過總膨脹率的60%，最終膨脹率不超過總膨脹率的220%。

4.3 混凝土施工

（1）墊層混凝土施工

土工膜上鋪設(shè)M10砂漿墊層，主要作用是防止土工膜被硬物劃傷，確保結(jié)構(gòu)安全。螺栓，螺栓中間部位設(shè)施圓形止水環(huán)。混凝土拆模后對(duì)螺栓孔洞采用密封材料及環(huán)氧砂漿進(jìn)行回填。

頂板承重系統(tǒng)模板施工，模板支撐體系嚴(yán)格采用專項(xiàng)方案進(jìn)行施工，方案要求專家組評(píng)審。模板施工時(shí)應(yīng)設(shè)置1%～3%的起拱值，混凝土澆筑過程中應(yīng)做好沉降觀測(cè)。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求確定分后澆帶和倉縫位置，分縫模板采用木模板或快易收口網(wǎng)，模板加固采用40 mmx80 mm木方固定。

（4）預(yù)埋件施工

鋼板止水結(jié)構(gòu)可為超大型鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)提供可靠的防滲性能[4]。本工程后澆帶、池壁、頂板等部位分縫處均設(shè)置鋼板止水帶及膨脹止水條（圖3），池壁及頂板分別布置有鋼管連接套管和通氣孔（圖4）。鋼板止水安裝對(duì)中騎縫安裝，止水接頭、止水與鋼管套管接頭連接采用雙面滿焊。止水片周邊混凝土澆筑，振搗器禁止直接觸碰止水片，避免發(fā)生位移。水平止水底部采用人工送料方式確?；炷翝仓軐?shí)，防止出現(xiàn)止水片底部混凝土架空或止水片卷曲等現(xiàn)象。

圖3 膨脹止水條、鋼板止水布置

圖4 預(yù)埋件布置布置

（2）池底（頂）板部位混凝土施工

底板混凝土施工采用臺(tái)階法施工，每層混凝土澆筑按照30 cm控制，臺(tái)階寬度按250～300 cm控制。頂板混凝土施工采用平鋪法施工，澆筑時(shí)先進(jìn)行側(cè)墻倒角、柱帽等部位混凝土施工，澆筑到頂板高程后再與頂板同時(shí)澆筑。在柱底座（帽）、池壁倒角、外邊線等特殊部位采用二次振搗工藝。池頂（底）板混凝土采用二次抹壓工藝；在混凝土初凝前和終凝前分別對(duì)混凝土裸露表面進(jìn)行抹面處理。抹壓處理可有效避免混凝土表面出現(xiàn)因水分散失過快而產(chǎn)生干縮裂縫，能控制混凝土表面非結(jié)構(gòu)性細(xì)小裂縫的出現(xiàn)和開展。

（3）側(cè)壁導(dǎo)流墻薄壁結(jié)構(gòu)施工

池壁、導(dǎo)流墻混凝土，先在底部均勻鋪設(shè)2～3 cm砂漿，砂漿強(qiáng)度等級(jí)比混凝土高一個(gè)等級(jí)。澆筑采用連續(xù)澆筑的方式，分層高度控制在每層500 mm。在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密實(shí)度，減少內(nèi)部微裂縫和改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。

（4）后澆帶施工

后澆帶采用C30補(bǔ)償收縮混凝土，限制膨脹率為2.5×10-4～3×10-4，限制干縮率不大于3×10-4，28 d抗壓強(qiáng)度不小于25 Mpa。補(bǔ)償收縮混凝土采用混凝土強(qiáng)度搞一個(gè)標(biāo)號(hào)，其抗?jié)B和抗壓強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于兩側(cè)混凝土。采用摻膨脹劑補(bǔ)償收縮混凝土，在水中養(yǎng)護(hù)14 d后的限制膨脹率不應(yīng)小于0.015%。在水池中設(shè)有100 mm寬的后澆縫（含頂、壁、底），后澆帶應(yīng)在兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到42 d后再用C35補(bǔ)償收縮混凝土澆筑。

后澆帶分縫位置應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，清除表面的浮漿、松動(dòng)的石子及軟弱的混凝土掉塊等雜物。在混凝土澆筑前，應(yīng)采用清水沖洗表面的污物，并應(yīng)充分濕潤，但不得有積水。澆筑過程中注意保護(hù)鋼板止水、膨脹止水條等重點(diǎn)部位。

5 混凝土薄壁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制

（1）在薄壁結(jié)構(gòu)混凝土中，鋼筋制作和安裝的質(zhì)量直接影響混凝土外觀質(zhì)量，施工中必須控制好混凝土鋼筋保護(hù)層的厚度。防止鋼筋在潮濕環(huán)境和水中受到侵蝕，使混凝土結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，降低耐久性。

（2）施工工藝方面，側(cè)壁導(dǎo)流墻等部位混凝土澆筑采用二次振搗工藝，在混凝土澆筑即將凝固前進(jìn)行二次復(fù)振，進(jìn)一步排除泌水水分和內(nèi)部空隙，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度、改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。底（頂）板部位采用二次抹面工藝，通過模壓有效避免混凝土表面出現(xiàn)因水分散失過快而產(chǎn)生的收縮裂縫。

（3）通過留置后澆帶，先行澆筑區(qū)域應(yīng)力釋放時(shí)間充足，再用高一等級(jí)混凝土標(biāo)號(hào)的補(bǔ)償收縮性混凝土進(jìn)行后澆帶施工。也有工程通過跳倉施工法，將后澆帶改為施工縫解決補(bǔ)償收縮等問題。

（4）加強(qiáng)對(duì)預(yù)埋件、鋼板止水片的保護(hù)。首先，嚴(yán)格控制鋼板止水帶接頭質(zhì)量，焊接要平整牢固；其次，止水片加固要位置準(zhǔn)確，止水片與模板加固要緊密牢靠；最后，混凝土澆筑時(shí)從混凝土入倉、澆筑、振搗等環(huán)節(jié)做好對(duì)預(yù)埋件、鋼板止水片的保護(hù)。

6 結(jié)語

天水曲溪城鄉(xiāng)供水工程調(diào)蓄水池施工，基礎(chǔ)部分通過5%生石灰及10%水泥土換填，有效提高地基承載力和防止不均勻沉降。結(jié)構(gòu)混凝土施工通過控制原材料質(zhì)量，優(yōu)化混凝土配合比等，從源頭進(jìn)行質(zhì)量控制。施工時(shí)通過加強(qiáng)混凝土澆筑過程中的二次振搗、二次抹面等工藝減少混凝土收縮裂縫，提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。并通過水池底部土工膜、側(cè)壁丙烯酸聚合物水泥防水涂料聯(lián)合作業(yè)達(dá)到防滲漏目的。