建國50年來,全國各地在大中型水利樞紐工程建設中取得了巨大的成績,形成了一支水利樞紐工程勘測設計施工及科學研究的隊伍,這支隊伍在實際鍛煉中取得了豐富的經驗。提高了水平,在水工建設方面,我國有可能在較短期間內趕上世界先進水平。在水利樞紐建設取得偉大成績的同時,由于同期建設的工程數量多、規模大、而且經驗不足,技術工作與管理工作不能滿足客觀的需要,因而也獲得了不少有益的經驗教訓,各種類型的質量問題的處理就是其中之一。
無論是已建或未建的工程,在發現有質量問題以后應當進行妥善的處理,因而全國普遍采取了質量問題的檢查,并且嚴肅認真地進行質量問題的補強處理,為了總結經驗,避免今后在工作中走彎路,有必要實事求是的就各工程(無論是已成的或未成的)的具體質量問題及其處理,進行具體分析,從中找到有益的經驗,并得出必要的結論。
1、大體積混凝土壩施工質量問題的成因及其后果
施工質量事故,在目前施工條件下,在一般混凝土大壩施工中雖屬很難完全避免的,但是嚴重的帶有原則性的施工質量事故,必須切實而有效地加以防止,要防止混凝土大壩施工質量事故,首要的是正確分析產生施工質量事故的原因。
1.1 混凝土大壩施工質量事故的原因,一般來講有主觀的原因和客觀的原因
在主觀方面,首先是領導骨干對保證混凝土大壩施工質量的重要意義認識不足,不能有效地貫徹“百年大計質量第—”的基本建設方針,片面地強調進度而放松了質量;其次在廣大職工群眾中缺少必要的、經常的質量問題教育,不善于運用群眾路線的工作方法來保證質量;第三,組織機構及檢查制度不健全,質量問題沒有得到各級領導應有的重視,或在工作中得不到應有的支持。在客觀方面,技術力量和機械設備不能適應施工需要,缺少正確的、符合實際情況的技術規程等等。要徹底解決質量問題,還必須對下列若干生產工藝問題、技術處理問題給予特別注意,認真加以改善。
1.2 防止質量事故應注意的問題
(1) 在混凝土生產方面混凝土生產是決定混凝土質量的首要因素,大壩混凝土質量問題很多是由于混凝土生產不合質量要求而引起的,混凝土生產包括原材料準備及生產工藝兩個方面,在這兩個方面任何—方面降低質量要求都將導致降低強度標號及其他各項力學指標,容易產生裂縫、透水性強、易剝蝕風化等嚴重缺陷,影響大壩安全。
原材料準備包括水泥、水泥摻和料、砂石骨料外加劑、拌和用水等需要的原材料,以及供冷、供熱等準備工作,其中水泥的品種尤為重要,大壩混凝土應當采用低發熱量、低含堿量、初期強度高、塑性性能好、初凝期長的特制大壩水泥,其化學成份的控制最好能作到 C2S十C3S≥80%,C3A≤5%,C4AF≤15%,水泥供應品種不宜過多過雜,水泥運進工地以后應當嚴格地進行檢驗,并進行混凝土試驗。砂石骨料的準備工作包括骨料本身質量以及開采加工的質量,粗粒徑的骨料無論是采用塊石加工或卵石,首先要保證骨料強度以及其他物理力學指標滿足混凝土的設計要求。軟弱顆粒以及針片狀顆粒不能超過規范規定,并要嚴格控制無定形二氧化硅比率,否則會降低混凝土的各項力學指標,或引起破壞混凝土結構的堿性膨脹;其次,在開采加工方面,要嚴格按照混凝土設計級配的規定分極,超徑和遜徑必須有效地加以控制,決不允許超過規范規定,超遜徑比率過大往往是降低混凝土質量的重要因素,細顆粒骨料(砂料)應當采用級配比較均勻的中粗砂,如果砂料的細度變化過大,級配組成不好,則應當進行分選采用多級配,水泥摻和料應當采用經過試驗的、符合要求的活性材料,否則摻用不合格料也會大大影響混凝土的強度和壽命,其他外加劑(加氣劑、塑化劑、減水利)、拌和用水,也應當保證質量使之符合設計要求。
在工藝方面應當嚴格控制稱量、加水量、拌和時間以及攪拌的均勻程度,特別是采用半機械化生產方法時,更應當特別注意。無論是采用自動控制稱量,或人工稱量都必須達到規定的精確度。用水量過多,水灰比過大將會造成混凝土泌水、灰漿流失、干縮等質量問題,嚴重影響混凝土的質量,攪拌混凝土時往往為了圖方便而多加水,這是最常見、最有害的質量事故。拌和時間不夠,攪拌不均勻,骨料分離也將嚴重地降低混凝土的質量。
(2) 在混凝土澆筑方面 由于混凝土澆筑工藝不良而立模形成的大壩混凝土質量問題是一種最易發生的質量問題。澆筑工藝包括運輸、澆灌、平倉、振搗等,混凝土運輸路線過長、時間過久易引起骨料分離、出現初凝現象;澆灌方法不當,相應的平倉振搗不合要求時,則易產生灰漿損耗過多、不密實、初凝冷縫等事故,國內混凝土大壩施工有不少這樣的經驗教訓,如利用自卸卡車直接運送混凝土入倉,利用不符合質量要求的皮帶機運送混凝土人倉,采用高差很大的溜管澆灌等等均易造成上述澆筑事故。在乎倉振搗方面,倉面不平正,灰漿分離;振搗不密實,特別是大面積漏震等澆筑事故,也會造成較為嚴重的大壩質量問題。在發生初凝以后,進行強迫振搗的做法對混凝土結構也是有害的。
要防止澆筑過程中產生嚴重的質量問題,首先應當進行合理的混凝土施工設計,選定澆筑方案,包括分縫、分塊澆筑方法及施工設備選擇等,廣泛采用高新技術、加強自動監測和控制,全面控制總進度和工藝流程等,根據設計方案進行施工準備工作,并擬定混凝土施工規程,嚴格按照設計規定及施工規范施工,全面推行現代化的、科學的工程管理。
(3) 在溫度控制方面 為了防止大壩產生危害性較大的溫度裂縫,必須嚴格控制混凝土的溫度及溫度應力。溫度問題應當視作保證大壩混凝土質量最重要的問題之—,溫度裂縫是必須防止而且也是可能防止的。
(4) 在保養方面 新澆混凝土的保護和養護對防止產生質量問題具有非常重要的意義,寒冷季節對混凝土應當采取有效的防凍措施。在新澆筑混凝土表面進行保護,防止氣溫驟降、寒冷氣流沖擊混凝土,這是防止產生嚴重溫度裂縫的一項重要措施。夏季澆筑混凝土應當采取降溫措施,在新澆混凝土的表面,應防止烈日暴曬,予以必要的有效保護。間歇期間與拆模以后應當不間斷地進行養護,經常保持混凝土表面濕潤,防止因干縮而發生裂縫,混凝土保護問題應當視作一項專門的科學研究問題,展開長期的試驗研究工作。
2、大壩施工質量問題一般處理方法及其效果
混凝土大壩施工過程中產生質量問題以后,必須進行補強處理,根據國內外經驗,質量事故經補強處理以后可以達到安全運轉,但不能與完好混凝土一樣,有些還可能后遺一些問題,需要經常進行檢修。有人懷疑補強處理效果,甚至由于經驗不足而產生否定補強處理的主張。因此在探討補強處理時應當弄清楚混凝土大壩施工質量問題能不能處理?怎樣補強處理?補強處理應當注意那些問題?糾正不注意質量或認為質量問題無法處理好的兩種偏差。
2.1 混凝土大壩施工質量問題能否處理
混凝土大壩施工質量問題包括溫度裂縫、蜂窩狗洞冷縫等澆筑事故,一般都是可以進行補強處理的。美國的諾里斯壩、方塔那壩,蘇聯的新西伯利亞水電站以及我國的小豐滿大壩都曾發生過較嚴重的施工質量事故,有些經過補強處理,證明可以安全運轉,甚至在第二次世界大戰中遭受戰爭嚴重破壞的一些混凝土大壩,如蘇聯的德尼爾彼得羅夫斯克壩經過修復補強以后,仍然可以安全運轉。由此可見。通過認真的補強處理,質量問題是能夠得到解決的。
另外,試驗研究結果也證明了混凝土大壩施工質量事故經補強處理后會得到好的效果。例如水泥灌漿在填充裂隙、空間,增強強度、抗滲性方面均證明是有效的,灌漿工藝試驗方面,也證明了這些質量事故的可灌性是不容懷疑的,因此水泥灌漿的效果在質量事故處理中應當加以肯定,加上化學材料,灌漿快速,效果明顯,因而發展灌漿補強是完全合適的。
根據試驗,丹江口工程混凝土振搗不密實事故經灌漿處理后,各項力學指標改變的情況如下表:
凝土澆筑時發生的初凝事故會留下冷縫,一般冷縫由于張開度很小,且可能有一些影響灌漿質量的冷縫表面膜,因而不易進行灌漿處理。而冷縫最大的危害性在于漏水,使大壩抗滑穩定性遭到破壞,因此在處理冷縫事故時,應當采取措施增強壩體的防滲性。壩體混凝土溫度裂縫只要張開度≥lmm,一般可以采用水泥灌漿進行處理,在試驗室中裂縫灌漿試驗如下表:
縫寬<1mm
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試件尺寸 /cm 數量 齡期 灌漿試驗 間歇期 裂縫面 抗壓強度 抗剪強度
(垂直壓力為0.7MPa)
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50×50×50 6 2個月 灌漿前
0.18~0.26 50×50×54 30 2個月 1個月 灌漿后
0.18~0.29
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試驗成果說明灌漿措施對處理質量問題是有一定效果的,應當特別重視,改進灌漿材料和灌漿工藝措施,以便進一步提高灌漿效果。進行灌漿補強后仍然不能恢復大壩正常運轉時,還可以采取其他結構補強措施,根據研究結果,這種措施方法很多,只要采用得當,一般都是有效的。
總之,從當前國內外積累的實踐經驗以及科學研究成果來看,施工質量事故在一般情況下都是可以進行處理的,除有其他方面如規劃、設計等問題外,一般并不存在能不能處理的問題。