对水库输水洞混凝土施工质量控制的探讨
摘要:在水库的规划布置中，都离不开输水隧洞。本文主要分析了水库输水隧洞混凝土产生裂缝的原因，并探讨了控制措施。
关键词:水库；隧洞;混凝土;质量控制
水工隧洞是在复杂的水环境下运行的，混凝土不但有不同程度的长期抗磨蚀要求，还要承受围岩和水压力，特别是有的工程在围岩地质条件恶劣和水压力较高时，同时还有抗渗和耐久性的要求。混凝土的抗压强度在一定范围内与其抗磨蚀、抗渗和耐久性成正比关系，因此在水工隧洞施工中混凝土质量要求高。文中将分析水工隧洞混凝土施工中的问题并探讨如何预防其质量问题。
一、水工隧洞混凝土的施工强度不稳定
水工隧洞，特别是一些中小型水利水电工程水工隧洞，由于施工环境和条件较差，混凝土用砂、石料质量波动较大，有的泵送混凝土由于设计强度不高，而当地又没有粉煤灰等掺合料，导致水灰比偏大、单位用水量偏高，易产生混凝土拌合物离析。另外，不少水工隧洞采用全模板支护浇筑，钢筋密集，不能全面有效振捣，造成混凝土强度波动较大。由于多种原因导致了水工隧洞混凝土质量的波动，过高的强度对于工程质量是一种浪费，过低的强度给工程质量带来隐患，而且对工程结构耐久性有恶劣影响。
二、水工隧洞混凝土的养护
一般水工隧洞混凝土设计龄期为28d，但有的大型工程也有90d设计龄期的。混凝土强度检验评定标准规定：“混凝土试件的成型和养护方法，应考虑其代表性。对用以合格评定混凝土强度的试件，应采用标准方法成型之后置于标准养护条件下养护，直到设计要求的龄期。”，水工混凝土施工规范对水工结构混凝土的养护要求为：塑性混凝土应在浇筑完毕后6h—18h内开始洒水养护，低塑性混凝土宜在浇筑完毕后立即喷雾养护，并及早开始洒水养护，且规定混凝土养护时间不宜少于28d。有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。
结合工程实践，有以下两个主要问题值得探讨：
⑴混凝土工程结构养护与质检取样立方体成型养护条件差异较大。标准立方体试块取样的代表性不强，试块制作后置于温度(20±3)℃，湿度95%标准养护条件下养护到设计龄期。而隧洞混凝土的施工养护、温度、湿度受外部气候和内部围岩渗水的影响，由于受场地等条件的限制，难以对混凝土表面进行不间断的覆盖保湿或洒水。
⑵隧洞混凝土普遍存在养护时间不足或忽视养护的问题。
大部分隧洞工程，都达不到《水工混凝土施工规范》养护28d的要求，一般拆模后仅养护10d左右。由于混凝土在短期内失水，混凝土胶结材料不能较充分地、有效地进行水化，导致混凝土裂缝的产生和强度达不到设计要求。按混凝土龄期强度发展系数推算，一般混凝土养护10d的强度只相当于养护28d强度的80%。
三、水工隧洞裂缝成因分析和影响
（一）温度应力作用下产生的裂缝
在隧洞混凝土衬砌施工过程中，洞内温度一般维持较低，而混凝土中水泥水化反应产生的大量热量致使混凝土内部温度过高(混凝土与岩石交触交换很慢)较大的混凝土内外温差造成混凝土内外部膨胀收缩不一致而产生裂缝。在混凝土养护过程中，由于忽视水温和养护措施不当引起混凝土的裂缝。混凝土浇筑后的3d～7d，混凝土中的水泥水化较快，水化热使得混凝土内部温升迅速提高，如果采用温度很低的水进行洒水养护，会进一步增大混凝土内外温差，促使混凝土裂缝产生。另外，因养护洒水不均匀，混凝土表面干湿不均引起混凝土表面收缩不均又进一步加剧了裂缝的产生。
（二）外部围岩应力效应产生的裂缝
水工隧洞施工一般安排的工期较紧，受开挖成洞条件差的影响，被迫对衬砌混凝土进行施工，混凝土质量难以得到保证；受作业内容的限制，加之养护工作质量差，混凝土很难达到设计的龄期强度。在这种隧洞施工中，由于开挖支护作业皆为短距离循环进行，在围岩类别判断不准的情况下，若采取不当的锚固支护，容易导致围岩应力的多次重分布和毛洞形状变形恶化，衬砌的混凝土在一定时期内承担了部分或全部支护作用，不可避免地出现了因外部应力作用而产生的隧洞衬砌混凝土裂缝。此类裂缝发育规模往往较明显，对隧洞破坏的影响较为严重。
（三）地质水文条件变化产生的结构变形裂缝
随着水电行业的迅速发展，水工隧洞的地质、水文、地形状况越趋复杂，其变化也较难以准确把握；尤其是建设资金对前期工作投入不够，地质、水文、地形等基础资料不具体；设计人员仅依据已提供的地质资料进行设计作业，对施工现场地质等状况的变化则难以掌握；部分监理人员专业能力受限制；施工单位抢工期，致使“按图施工”发生在变化了的地质条件下，采用不适用结构，因隧洞混凝土衬砌结构的相对不合理而产生裂缝。此类裂缝产生的机理较为直观，能尽快采取完善措施，破坏的影响可以得到控制。
四、裂缝控制措施
（一）信息反馈控制措施
水工隧洞混凝土施工现场状况的变化比较大，在工程建设中强化信息管理和反馈，建立相关工程建设的信息运作系统，参建人员易于做出符合客观规律的决策判断。通过信息控制和交流，收集和积累相应的工程经验，进行多方沟通和促进工程的建设，预防和控制裂缝问题。
（二）施工现场的控制措施
1、在施工过程中根据地质条件的变化及时调整和确定有效的施工方案。
2、设计人员依据变化的地质、水文条件做出施工设计的变更调整，明确隧洞开挖的支护方法和合理的混凝土浇筑成型方案；优化混凝土的配筋和配合比等构成混凝土质量的技术指标。
3、建筑材料的选用应严格把关，控制混凝土骨料的各项指标要求，选用能降低混凝土水化热的规范水泥，分析选用水泥添加剂对混凝土温度裂缝的影响。
4、监理人员及时掌握施工现场的具体隋况，控制施工中的各个工序环节，使质量问题尽快解决，监理的信息管理工作得以完善。
5、施工过程的控制：
①隧洞开挖施工避免对围岩的过多破坏；对有塌方的地方采取补救措施予以必要的回填加固；控制开挖过程对岩体的振动，防止产生对已成型隧洞混凝土的扰动破坏；强化开挖作业时隧洞内的通风和排水工作，改善施工环境条件。②灌浆和喷锚严格按设计要求施工。由于开挖面的层次不齐，一些部位喷混凝土厚度不够，可能形成灌浆和喷混凝土因挂钢筋网面与岩面结合的不密实；塌方部位的充填封堵、灌浆未到位，封闭结合不完全，影响支护体、衬砌混凝土和岩石面之间的联合作用。③区别加固支护和稳定支护作用，注重洞身侧面横向锚筋与挂网喷混凝土的效能，消除围岩二次或三次应力重分布产生的作用，降低围岩应力对衬砌混凝土的影响破坏。④混凝土入仓浇筑振捣均匀、密实，防止施工中出现的漏振和形成水泥砂浆层；规范施工缝的结合处理；检查混凝土浇筑的厚度，确定混凝土的钢筋配置。
⑤注重养护及保温工作，隧洞衬砌混凝土养护时，考虑既要避免洒水养护造成混凝土内外温差过大，又要保证混凝土表面温润，混凝土中的水分不散失，且不使洞内积水，避免供电线路长期受潮损坏，发生安全事故。采用混凝土浇筑钢模台车撤离前移后，立即涂刷养护剂，在混凝土表面形成一层保护膜封闭混凝土表面，以达到水分不散失的目的。在低温季节时，对洞口实施封闭保温，减少洞内温度随外界气温变化，有效保证混凝土强度的稳定增长。
五、结语
水工隧洞混凝土的质量控制和保证贯穿于全过程，施工前对于隧洞混凝土原材料的选择、配合比的试验与优化也很重要，施工控制更起着关键的作用。即使有优秀的设计，合适的原材料，安全、合理、优化的混凝土配合比设计，如果在施工中得不到认真、有效地贯彻实施，混凝土工程质量就得不到保证，也不可能有好的工程质量。