姜紅斌，金 俊

（中國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30 m，總長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，采用不同級配和相應(yīng)坍落度的混凝土，以滿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，入倉相對直觀，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方式、 振搗方案，同時(shí)嚴(yán)格控制分層厚度，以滿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，倉內(nèi)空間狹?。ê穸?5～50 cm），鋼筋密集，不能直觀地看到混凝土在倉內(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），作為混凝土的入倉布料口和振搗棒的插入口，能滿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）、豎向分層、對稱循環(huán)布料、連續(xù)澆筑、一次成型的澆筑工藝。

2.2 混凝土澆筑過程

U 形渡槽整個(gè)澆筑過程及分布如圖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)，開啟外模1#輔助式振搗器，將插入式振搗器自內(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)，以內(nèi)模的角模處泛漿為準(zhǔn)，并配以聽手錘敲擊聲音，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，依次開啟內(nèi)模1#輔助式振搗器，頻率150 Hz、時(shí)長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)， 開啟外模2#輔助式振搗器，將插入式振搗器自內(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，依次開啟內(nèi)模2#輔助式振搗器，頻率150Hz、時(shí)長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)， 開啟外模3#輔助式振搗器，將插入式振搗器自內(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，依次開啟內(nèi)模3#輔助式振搗器，頻率150Hz、時(shí)長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，對過流面進(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)開啟內(nèi)外模4#輔助式振搗器，幫助下料并振搗。 對該部位的卸料厚度一定要注意控制，每攪拌車（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。 對內(nèi)外模的緊固、看護(hù)，應(yīng)安排專人負(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13 m，整個(gè)圓弧段面積390 m2。 由于反弧段排氣困難，槽體過水面的混凝土表面易出現(xiàn)氣泡、水泡，可能對混凝土的耐久性造成影響。 同時(shí)，增大過水?dāng)嗝娌诼?，對工程建成后通水流量有不利影響?通過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題。

在澆筑混凝土?xí)r，多余水分、氣泡穿過模板布過濾層進(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，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，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)場進(jìn)行了大量的回彈試驗(yàn)， 每榀檢測槽設(shè)置30 個(gè)測區(qū)，每個(gè)測區(qū)檢測16 個(gè)測點(diǎn)，共對7 榀渡槽進(jìn)行了回彈檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。

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

4.3 聲波檢測

為了檢驗(yàn)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量，對第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)行無損檢測。 根據(jù)檢測結(jié)果，混凝土總體質(zhì)量較好，強(qiáng)度超過50 MPa。

4.4 取混凝土芯試驗(yàn)

在渡槽質(zhì)量檢測過程中，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 及滿槽水深7.4 m 共4 個(gè)特征水位線進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如下：

（1） 變形觀測。 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 以內(nèi)，放水后趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

各種檢測結(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期以來特大型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.