第五节 水工混凝土工程
水工混凝土工程在水利工程施工中无论是人力物力的消耗，还是对工期的影响都占有非常重要的地位。
水工混凝土工程包括：钢筋工程、模板工程和混凝土工程三个主要工程，由于施工过程多，因此要加强施工管理、统筹安排、合理组织，以保证工程质量，加快施工进度，降低施工费用，提高经济效益。
一、钢筋施工
（一） 钢筋加工
运至工厂的钢筋应有出厂证明和试验报告单，运至工地后应根据不同等级、钢号、规格及生产厂家分批分类堆放，不得混淆，且应立牌以资识别。应按施工规范要求，使用前应作拉力和冷弯试验，需要焊接的钢筋尚应作好焊接工艺试验。
钢筋的加工包括调直、去锈、切断、弯曲和连接等工序。
1.钢筋调直去锈
钢筋就其直径而言可分为两大类。直径不大于12mm卷成盘条的叫轻筋，大于12mm呈棒状的称为重筋。调直12mm以下的钢筋，主要采用卷扬机拉直或用调直机调直，用冷拉法调直钢筋，其矫直冷拉率不得大于1%（I级钢筋不得大于2%）。钢筋在调直机上调直后，其表面伤痕不得使钢筋截面面积减少5%以上。对于直径大于30mm的钢筋，可用弯筋机进行调直。
对于不需要调直的钢筋表面的鳞锈，应用锤敲去或用钢丝刷清除，以免影响钢筋与混凝土的黏结。对于一般浮锈可以不必清除。
2.钢筋剪切
切断钢筋可用切断机进行。对于直径22～40mm的钢筋，一般采用单根切断，对于直径在22mm以下的钢筋，则可一次切断数根。如图4 30所示，工作时切口上的两个刀片互相配合切断钢筋，对于直径大于40mm的钢筋，要用氧气切割或电弧切割。
图4-30 钢筋切断机
1—切口刀片；2—偏心轴；3—电动机
3.钢筋连接
钢筋连接常用的连接方法有焊接连接、机械连接和绑扎连接。
（1）钢筋焊接。钢筋的焊接质量与钢材的可焊性、焊接工艺有关。常用的焊接方法有闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊和点焊等。
1）闪光对焊。钢筋闪光对焊具有生产效率高、操作方便、节约钢材、焊接质量高、接头受力性能好等许多优点。
图4-31 对焊机工作原理
1、2—钢筋；3—加紧装置；4—夹具；5—线路；6—变压器；7—加压杆；8—开关
钢筋闪光对焊过程如下：如图4 31所示，先将钢筋夹入对焊机的两电极中，闭合电源，然后使钢筋两端面轻微接触，这时即有电流通过，由于接触轻微，钢筋端面不平，接触面很小，故电流密度和接触电阻很大，因此接触点很快熔化，形成 “金属过梁”。过梁进一步加热，产生金属蒸气飞溅，形成闪光现象，故称闪光对焊。通过烧化钢筋端部温度升高到要求温度后，便快速将钢筋挤压（称顶锻），然后断电，即形成焊接头。
根据所用对焊机功率大小及钢筋品种、直径不同，闪光对焊又分连续闪光焊、预热闪光焊、闪光—预热闪光焊等不同工艺。钢筋直径较小时，可采用连续闪光焊；钢筋直径较大、端面较平整时，宜采用预热闪光焊；直径较大且端面不够平整时，宜采用闪光—预热闪光焊。
采用不同直径的钢筋进行闪光对焊时，直径相差以一级为宜，且不得大于4mm。采用闪光对焊时，钢筋端头如有弯曲，应予矫直或切除。
2）电弧焊。电弧焊系利用弧焊机使焊条与焊件之间产生高温电弧，使焊条和电弧燃烧范围内的焊件金属熔化，熔化的金属凝固后，便形成焊缝或焊接接头。电弧焊应用范围广，如钢筋的接长、钢筋骨架的焊接、钢筋与钢板的焊接、装配式结构接头的焊接及其他各种钢结构的焊接等。
钢筋电弧焊可分为搭接焊、帮条焊、坡口焊三种接头形式。
（a）搭接焊接头。搭接焊接头如图4 32所示，适用于焊接直径10～40mm的钢筋。钢筋搭接焊宜采用双面焊。不能进行双面焊时，可采用单面焊。焊接前钢筋宜预弯，以保证两钢筋的轴线在一直线上，使接头受力性能良好。
图4-32 搭接焊接头
图4-33 帮条焊接头
（b）帮条焊接头。帮条焊接头如图4 33所示，适用于焊接直径10～40mm的钢筋。钢筋帮条焊宜采用双面焊，不能进行双面焊时，也可采用单面焊。帮条宜采用与主筋同级别或同直径的钢筋制作；如帮条级别与主筋相同，帮条直径可以比主筋直径小一个规格；如帮条直径与主筋相同，帮条钢筋级别可比主筋低一个级别。
图4-34 焊缝尺寸示意
b—焊缝宽度；h—焊缝厚度
钢筋搭接焊接头或帮条焊接头的焊缝厚度h应不小于0.3倍主筋直径；焊缝宽度b不应小于0.7倍主筋直径，如图4 34所示。
（c）坡口焊接头。坡口焊接头比上两种接头节约钢材，适用于现场焊接装配现浇式构件接头中直径18～40mm的钢筋。
坡口焊按焊接位置不同可分为平焊与立焊，如图4 35所示。
图4-35 坡口焊接头
3）电渣压力焊。电渣压力焊用于现浇混凝土结构中竖向或斜向 （倾斜度在1∶5范围内）、直径14～40mm的钢筋的连接，不得用于梁、板等构件中水平钢筋的连接。电渣压力焊有自动与手工电渣压力焊，与电弧焊比较，它工效高，成本低。
电渣压力焊是利用电流通过渣池产生的电阻热将钢筋端部熔化，然后施加压力使钢筋焊接在一起，如图4 36所示。
施焊时先将钢筋端部约100mm范围内的铁锈杂质除净，将固定夹具夹牢在下部钢筋上，并将上部钢筋扶直对中夹牢于活动夹具中，再装上药盒并装满焊药，接通电源，用手柄使电弧引弧。稳定一定时间，使之形成渣池并使钢筋熔化 （稳弧），熔化量达到一定数量时断电并用力迅速顶锻，以排除夹渣和气泡，形成接头，使之饱满、均匀、无裂纹。
4）电阻点焊。钢筋骨架和钢筋网中交叉钢筋的焊接宜采用电阻点焊，所用的点焊机有单点点焊机 （用以焊接较粗的钢筋）、多头点焊机 （一次焊数点，用以焊钢筋网）和悬挂式点焊机 （可得平面尺寸大的骨架或钢筋网）。现场还可采用手提式点焊机。
图4-36 电渣压力焊
1—钢筋；2—夹钳；3—凸轮；4—焊剂；5—导电剂
点焊时，将已除锈污的钢筋交叉放入点焊机的两电极间，使钢筋通电发热至一定温度后，加压使焊点金属焊牢。
采用点焊代替绑扎，可提高工效，节约劳动力，成品刚性好，便于运输。
（2）钢筋机械连接。钢筋机械连接是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中力传递至另一根钢筋的连接方法，对于确保钢筋接头质量，改善施工环境，提高工作效率，保证工程进度具有明显优势。三峡工程永久船闸输水系统所用钢筋就是采用机械连接技术。
常用的钢筋机械连接类型有挤压连接、锥螺纹连接等。
1）带肋钢筋套筒挤压连接。带肋钢筋套筒挤压连接是将需要连接的带肋钢筋插于特制的钢套筒内，利用挤压机压缩套筒，使之产生塑性变形，靠变形后的钢套筒与带肋钢筋之间的紧密咬合来实现钢筋的连接。它适用于钢筋直径为16～40mm的带肋钢筋的连接。
钢筋挤压连接有钢筋径向挤压连接和钢筋轴向挤压连接。
（a）带肋钢筋套筒径向挤压连接。带肋钢筋套筒径向挤压连接，是采用挤压机沿径向（即与套筒轴线垂直）将钢筋筒挤压产生塑性变形，使之紧密地咬住带肋钢筋的横肋，实现两根钢筋的连接。当不同直径的带肋钢筋采用挤压接头连接时，若套筒两端外径和壁厚相同，被连接钢筋的直径相差不应大于5mm。
（b）带肋钢筋套筒轴向挤压连接。钢筋轴向挤压连接，是采用挤压机和压模对钢套筒及插入的两根对接钢筋，沿其轴向方向进行挤压，使套筒咬合到带肋钢筋的肋间，使其结合成一体。
2）钢筋锥螺纹连接。钢筋锥螺纹接头是把钢筋的连接端加工成锥形螺纹 （简称丝头），通过锥螺纹连接套把两根带丝头的钢筋，按规定的力矩值连接成一体的钢筋接头。适用于直径为16～40mm的钢筋的连接。
这种钢筋连接全靠机械力保证，无明火作业，施工速度快，可连接多种钢，而且对接后施工的钢筋混凝土可不需预留锚固筋，是有发展前途的一种钢筋连接方法。
4.弯曲成型
弯曲成型的方法分手工和机械两种。
手工弯筋，就是用扳手弯制直径25mm以下的钢筋。对于大弧度环形钢筋的弯制，则在方木拼成的工作台上进行。弯制时，先在台面上划出标准弧线，并在弧线内侧钉上内排扒钉，其间距较密，曲率可适当加大，应考虑钢筋弯曲后的回弹变形。然后在弧线外侧的一端钉上1～2只扒钉。再将钢筋的一端夹在内、外扒钉之间，另一端用绳索试拉，往返回弹数次，直到钢筋与标准弧线吻合，即为合格。
大量的弯筋工作，除大弧度环形钢筋外，宜采用弯筋机弯制，以提高工效和质量。常用的弯筋机，可弯制直径6～40mm的钢筋，其外观和工作原理如图4 37所示。弯筋机上的几个插孔，可根据弯筋需要进行选择，并插入插棍。
图4-37 钢筋弯曲机
1—转盘；2—板条；3—滚轴；4—插孔；5—插棍；6—心轴
钢筋加工应尽量减少偏差，并将偏差控制在表4 12允许范围内。
表4 12 加工后钢筋的允许偏差
（二） 钢筋的配料与代换
1.钢筋的配料
钢筋加工前应根据图纸按不同构件先编制配料单，然后进行备料加工。为了使工作方便和不漏配钢筋，配料应该有顺序地进行。
下料长度计算是配料计算中的关键。钢筋弯曲时，其外壁伸长，内壁缩短，而中心线长度并不改变。但是设计图中注明的尺寸是根据外包尺寸计算的，且不包括端头弯钩长度。显然外包尺寸大于中心线长度，它们之间存在一个差值，称为 “量度差值”。因此，钢筋的下料长度应为：
钢筋下料长度=外包尺寸+端头弯钩度-量度差值
箍筋下料长度=箍筋周长+箍筋调整值
当弯心的直径为2.5d（d为钢筋的直径）时，半圆弯钩的增加长度和各种弯曲角度的量度差值计算方法如下。
（1）半圆弯钩的增加长度 [图4 38（a）]。
弯钩全长
弯钩增加长度（包括量度差值）
图4-38 钢筋弯钩及弯曲计算
在实践中由于实际弯心直径与理论直径有时不一致、钢筋粗细和机具条件不同等而影响长短，所以在实际配料时，对弯钩增加长度常根据具体条件采用经验数据 （表4 13）。
表4 13 半圆弯钩增加长度参考表
（2）弯90°时的度量差值如图4 38（b）所示。
外包尺寸
中心线长度
量度差值
实际工作中为计算简便常取2d。
（3）弯45°时的度量差值如图4 38（c）所示。
外包尺寸
中心线长度
量度差值
同理可得其他常用的量度差值 （表4 14）。
表4 14 钢筋弯曲量度差值
（4）箍筋调整值。箍筋调整值为弯钩增加长度与弯曲度量差值两项的代数和，需根据箍筋外包尺寸或内包尺寸而定 （表4 15）。
表4 15 箍筋调整值
2.钢筋的代换
施工中如供应的钢筋品种和规格与设计图纸要求不符时，可以进行代换。但代换时，必须充分了解设计意图和代换钢材的性能，严格遵守规范的各项规定。在代换时应征得设计单位的同意；代换后的钢筋用量不宜大于原设计量的5%，亦不低于2%，且应满足规范的最小钢筋直径、根数、钢筋间距、锚固长度等要求。
钢筋代换的方法有以下三种。
（1）当结构件是按强度控制时，可按强度等同原则代换，称等强代换。如设计图中所用钢筋强度为fy1，钢筋总面积为As1，代换后钢筋强度为fy2，钢筋总面积为As2，则应使
（2）当构件按最小配筋率控制时，可按钢筋面积相等的原则代换，称等面积代换，即
式中 As1——原设计钢筋的计算面积，mm2；
As2——拟代换钢筋的计算面积，mm2。
（3）当结构件按裂缝宽度或挠度控制时，钢筋的代换需进行裂缝宽度或挠度验算。代换后，还应满足构造方面的要求 （如钢筋间距、最小直径、最少根数、锚固长度、对称性等）及设计中提出的特殊要求 （如冲击韧性、抗腐蚀性等）。
（三） 钢筋的安装
钢筋的安装可采用散装和整装两种方式。散装是将加工成型的单根钢筋运到工作面，按设计图纸绑扎或电焊成型。散装对运输要求相对较低，不受设备条件限制，但工效低，高空作业安全性差，且质量不易保证。对机械化程度较高的大中型工程，已逐步为整装所代替。整装是将加工成型的钢筋，在焊接车间用点焊焊接交叉结点，用对焊接长，形成钢筋网和钢筋骨架。整装件由运输机械成批运至现场，用起重机具吊运入仓就位，按图拼合成形。整装在运、吊过程中要采取加固措施，合理布置支承点和吊点，以防过大的变形和破坏。无论整装或散装，钢筋应避免油污，安装的位置、间距、保护层及各个部位的型号、规格均应符合设计要求，安装的偏差不超过表4 16的规定。
表4 16 钢筋安装的允许偏差
二、模板施工
模板作业是钢筋混凝工程的重要辅助作业，模板工程量大，材料和劳动力消耗多，正确选择材料组成和合理组织施工，对加快施工速度和降低工程造价意义重大。模板的主要作用是对新浇塑性混凝土起成型和支承作用，同时还具有保护和改善混凝土表面质量的作用。
（一） 模板的基本要求
模板及其支撑系统必须满足下列要求：
（1）保证工程结构和构件各部分形状尺寸和相互位置的正确。
（2）具有足够的承载能力、刚度和稳定性，以保证施工安全。
（3）构造简单，装拆方便，能多次周转使用。
（4）模板的接缝不应漏浆。
（5）模板与混凝土的接触面应涂隔离剂脱模，严禁隔离剂玷污钢筋与混凝土接槎处。
（二） 模板的基本类型
按制作材料，模板可分为木模板、钢模板、混凝土和钢筋混凝土预制模板。
按模板形状可分为平面模板和曲面模板。
按受力条件可分为承重模板和侧面模板；侧面模板按其支承受力方式，又分为简支模板、悬臂模板和半悬臂模板。
按架立和工作特征，模板可分为固定式、拆移式、移动式和滑动式。固定式模板多用于起伏的基础部位或特殊的异形结构，如蜗壳或扭曲面，因大小不等、形状各异，难以重复使用；拆移式、移动式、滑动式可重复或连续在形状一致或变化不大的结构上使用，有利于实现标准化和系列化。
1.拆移式模板
它适应于浇筑块表面为平面的情况，可做成定型的标准模板，其标准尺寸，大型的为100cm×（325～525）cm，小型的为 （75～100）cm×150cm。前者适用于3～5m高的浇筑块，需小型机具吊装；后者用于薄层浇筑，可人力搬运，如图4 39所示。
平面木模板由面板、加劲肋和支架三个基本部分组成。加劲肋 （板样肋）把面板联结起来，并由支架安装在混凝土浇筑块上。
图4-39 平面标准模板 （单位：cm）
1—面板；2—肋木；3—加劲肋；4—方木；5—拉条；6—桁架木；7—支撑木
架立模板的支架，常用围囹和桁架梁，如图4 40所示。桁架梁多用方木和钢筋制作。立模时，将桁架梁下端插入预埋在下层混凝土块内U形埋件中。当浇筑块薄时，上端用钢拉条对拉；当浇筑块大时，则采用斜拉条固定，以防模板变形。钢筋拉条直径大于8mm，间距为1～2m，斜拉角度为30°～45°。
图4-40 拆移式模板
1—钢木桁架；2—木面板；3—斜拉条；4—预埋锚筋；5—U形埋件；6—横向围楞；7—对拉条
悬臂钢模板由面板、支承柱和预埋联结件组成。面板采用定型组合钢模板拼装或直接用钢板焊制。支承模板的立柱有型钢梁和钢桁架两种，视浇筑块高度而定。预埋在下层混凝土内的联结件有螺栓式和插座式 （U形铁件）两种。
采用悬臂钢模板，由于仓内无拉条，模板整体拼装，为大体积混凝土机械化施工创造了有利条件；且模板本身的安装比较简单，重复使用次数高 （可达100多次）。但模板重量大 （每块模板重0.5～2t），需要起重机配合吊装。由于模板顶部容易变位，故适用浇筑高度受到限制，一般为1.5～2m。用钢桁架作支承柱时，高度也不宜超过3m。
此外，还有一种半悬臂模板，常用高度有3.2m和2.2m两种。半悬臂模板结构简单、装拆方便，但支承柱下端固结程度不如悬臂模板，故仓内需要设置短拉条，对仓内作业有影响。
一般标准大模板的重复利用次数即周转率为5～10次，而钢木混合模板的周转率为30～50次，木材消耗减少90%以上，由于是大块组装和拆卸，故劳力、材料、费用大为降低。
2.移动式模板
对定型的建筑物，根据建筑物外形轮廓特征，做一段定型模板，在支承钢架上装上行驶轮，沿建筑物长度方向铺设轨道分段移动，分段浇筑混凝土。移动时，只需将顶推模板的花兰螺丝或千斤顶收缩，使模板与混凝土面脱开，模板可随同钢架移动到拟浇混凝土部位，再用花兰螺丝或千斤顶调整模板至设计浇筑尺寸，如图4 41所示。移动式模板多用钢模，作为浇筑混凝土墙和隧洞混凝土衬砌使用。
图4-41 移动式模板浇筑混凝土墙
1—支承钢架；2—钢模板；3—花兰螺丝；4—行驶轮；5—轨道；6—千斤顶螺栓
3.自升悬臂模板
这种模板的面板由组合钢模板安装而成，桁架、提升柱由型钢、钢管焊接而成，如图442所示。其自升过程如图443所示，图4 43（a）是提升柱向外移动5cm；图4 43（b）是将提升柱提升到指定位置；图4 43（c）是面板锚固螺栓松开，使面板脱离混凝土面15cm；图4 43（d）是模板到位后，利用桁架上的调节丝杆调整模板位置，准备浇筑混凝土。这种模板的突出优点是自重轻，自升电动装置具有力矩限制与行程控制功能，运行安全可靠，升程准确。模板采用插挂式锚钩，简单实用，定位准，拆装快。
4.滑动式模板
滑动式模板是在混凝土浇筑过程中，随浇筑而滑移 （滑升、拉升或水平滑移）的模板，简称滑模，以竖向滑升应用最广。
滑升式模板是先在地面上按照建筑物的平面轮廓组装一套1.0～1.2m高的模板，随着浇筑层的不断上升而逐渐滑升，直至完成整个建筑物计划高度内的浇筑。滑模施工可以节约模板和支撑材料，加快施工进度，改善施工条件，保证结构的整体性，提高混凝土表面质量，降低工程造价。缺点是滑模系统一次性投资大，耗钢量大，且保温条件差，不宜于低温季节使用。
滑模施工最适于断面形状尺寸沿高度基本不变的高耸建筑物，如竖井、沉井、墩墙、烟囱、水塔、筒仓、框架结构等的现场浇筑，也可用于大坝溢流面、双曲线冷却塔及水平长条形规则结构、构件施工。
图4-42 自升悬臂模板
1—提升柱；2—提升机械；3—预定锚栓；4—模板锚固件；5—提升柱锚固件；6—柱模板连接螺栓；7—调节丝杆，8—模板
图4-43 模板自升过程
5.混凝土及钢筋混凝土模板
混凝土及钢筋混凝土模板既是模板，也是建筑物的护面结构，浇筑后作为建筑物的外壳，不予拆除，是浇筑空腹坝顶拱和廊道顶拱时常用的一种模板形式，既有利于施工安全，又可加快施工进度，节约材料，降低成本。
（三） 模板的设计荷载
模板及其支承结构应具有足够的强度、刚度和稳定性，必须能承受施工中可能出现的各种荷载的最不利组合，其结构变形应在允许范围以内。模板及其支架承受的荷载见相关规范。
（四） 模板的制作、安装和拆除
1.模板的制作
大中型混凝土工程模板通常由专门的加工厂制作，采用机械化流水作业，以利于提高模板的生产率和加工质量。模板制作的允许误差应符合表4 17的规定。
2.模板的安装
模板安装必须按设计图纸测量放样，对重要结构应多设控制点，以利检查校正。模板安装好后，要进行质量检查；检查合格后，才能进行下一道工序。应经常保持足够的固定设施，以防模板倾覆。对于大体积混凝土浇筑块，成型后的偏差，不应超过木模安装允许偏差的50%～100%，取值大小视结构物的重要性而定。水工建筑物混凝土木模安装的允许偏差，应根据结构物的安全、运行条件、经济和美观要求确定，一般不得超过表4 18规定的偏差值。
表4 17 模板制作的允许偏差
表4 18 大体积混凝土木模安装的允许偏差 单位：mm
3.模板的拆除
拆模的迟早，影响混凝土质量和模板使用的周转率。施工规范规定，非承重侧面模板，混凝土强度应达到2.5MPa以上，其表面和棱角不因拆模而损坏时方可拆除。一般需2～7d，夏天2～4d，冬天5～7d。混凝土表面质量要求高的部位，拆模时间宜晚一些。而钢筋混凝土结构的承重模板，要求达到下列规定值 （按混凝土设计强度等级的百分率计算）时才能拆模。
1）悬臂板、梁。跨度不大于2m，70%；跨度大于2m，100%。
2）其他梁、板、拱。跨度不大于2m，50%；跨度 2～8m，70%；跨度大于8m，100%。
拆模程序和方法。在同一浇筑仓的模板，按 “先装的后拆，后装的先拆”的原则，按次序、有步骤的进行，不能乱撬。拆模时，应尽量减少对模板的损坏，以提高模板的周转次数。要注意防止大片模板坠落；高处拆组合钢模板，应使用绳索逐块下放，模板连接件、支撑件及时清理，收检归堆。
三、混凝土施工
混凝土由90%的砂石料构成，每立方米混凝土需近1.5m3砂石骨料，大中型水利水电工程，不仅对砂石骨料的需要量相当大、质量要求高，而且往往需要施工单位自行制备。因此，正确组织砂石料生产，是一项十分重要的工作。
水利水电工程中骨料来源有三种：
（1）天然骨料。天然砂、砾石经筛分、冲洗而制成的混凝土骨料。
（2）人工骨料。开采的石料经过破碎、筛分、冲洗而制成的混凝土骨料。
（3）组合骨料。天然骨料为主，人工骨料为辅，配合使用的混凝土骨料。当确定骨料来源时，应以就地取材为原则，优先考虑采用天然骨料；只有在当地缺乏天然骨料，或天然骨料中某一级骨料的数量和质量不合要求时，或综合开采加工运输成本高于人工骨料时，才考虑采用人工骨料。
（一） 混凝土制备
混凝土制备，是按照混凝土配合比设计要求，将其各组成材料 （砂石、水泥、水、外加剂及掺合料等）拌和成均匀的混凝土料，以满足浇筑的需要。
混凝土制备的过程包括储料、供料、配料和拌和。其中配料和拌和是主要生产环节，也是质量控制的关键，要求配料准确稳定，拌和均匀充分。
1.混凝土配料
配料是按混凝土配合比要求，称准每次拌和的各种材料用量。配料的精度直接影响混凝土质量。
按施工规范对配料精度 （按重量百分比计）的要求是：水泥掺合料、水、外加剂溶液为±1%，砂石骨料为±2%。水及外加剂溶液可按重量折算成体积。
2.混凝土拌和
混凝土拌和由混凝土拌和机进行，按照拌和机的工作原理，可分为强制式、自落式和涡流式三种。
拌和机的装料体积，是指每拌和一次装入拌和筒内各种松散体积之和。拌和机的出料系数，是出料体积与装料体积之比，约为0.6～0.7。
每台拌和机的生产率P可按下式计算：
式中 P——单台拌和机生产率，m3/h；
V——拌和机出料容量 （拌和机装料体积×出料系数），m3；
N——拌和机每小时拌和次数；
t1——装料时间，自动化配料为10～15s，半自动化配料为15～20s；
t3——卸料时间，倾翻卸料为15s，非倾翻卸料为25～30s；
t4——必要的技术间隙时间，对双锥式为3～5s；
kt——时间利用系数，视施工条件而定。
拌和时间t2与拌和机工作容量、坍落度大小及气温有关 （表4 19）。
表4 19 拌和时间与拌和机容量、骨料最大粒径及坍落度的关系 单位：mm
在混凝土拌和过程中，应采取措施保持砂、石、骨料含水率稳定，砂石含水率应控制在6%以内。
拌和设备应经常进行下列项目的检验：拌和物的均匀性；各种条件下适宜的拌和时间；衡器的准确性；拌和机及叶片的磨损情况。
（二） 混凝土运输
混凝土运输是整个混凝土施工中的一个重要环节，它运输量大，涉及面广，对工程质量和施工进度影响大。混凝土运输包括两个运输过程：从拌和机前到浇筑仓前，主要是水平运输；从浇筑仓前到仓内，主要是垂直运输。混凝土在运输过程中应保持原有的均匀性及和易性，不发生离析现象；要尽量减少振动和转运次数，不能使混凝土料从2m以上的高度自由跌落；不漏浆、不初凝；无大的温度变化；无标号错误。
1.混凝土水平运输
小型水利工程常见的水平运输方式有：混凝土搅拌车、后卸式自卸车、汽车运立罐、无轨侧卸料罐车、拖拉机、胶轮车。
2.混凝土垂直运输
混凝土的垂直运输主要采用以下各类起重机械。
（1）履带式起重机。履带式起重机多由开挖石方的挖掘机改装而成，直接在地面上开行，无需轨道。它的提升高度不大，但机动灵活、适应工地狭窄的地形，在开工初期能及早使用，生产率高。浇筑混凝土，常与自卸汽车配合。
（2）门式起重机和塔式起重机。
门式起重机又称门机，是一种大型移动式起重设备。它的下部为一钢结构门架，门架底部装有车轮，可沿轨道移动。门架下可供运输车辆通行，这样便可使起重机和运输车辆在同一高程上行驶，具有结构简单、运行灵活、起重量大、控制范围较大、工作效率较高等优点，因此在大型水利工程中应用较普遍。这种门机的缺点是提升高度不大，工作时不能变幅，因此在高坝施工中，已逐渐被高架门机所代替。
塔式起重机又称塔机或塔吊，是在门架上装高达数十米的钢塔，用于增加起重高度。其起重臂多是水平的，起重小车 （带有吊钩）可沿起重臂水平移动，用以改变起重幅度。塔机可靠近建筑物布置，沿着轨道移动，利用起重小车变幅，所以控制范围是一个长方形的空间，但塔机的稳定性和运行灵活性不如门机，当有6级以上大风时，必须停止工作。由于塔顶旋转是由钢绳牵引，塔机只能向一个方向旋转180°或360°之后再回转，而门机却可任意转动。相邻塔机运行时的安全距离要求大，相邻中心距不小于34～85m。塔机适用于浇筑高坝，并将多台塔机安装在不同的高程上，以发挥控制范围大的优点。
（3）索道运输。主要适用于高差比较大、横跨沟河、交通不便的地区。
3.泵送混凝土运输
在工作面狭窄的地方施工，如隧洞衬砌、导流底孔封堵等，常采用混凝土泵及其导管输送混凝土。
常用混凝土泵的类型有电动活塞式和风动输送式两种。
活塞式混凝土泵其工作原理为在活塞缸内作往返运动的柱塞，将承料斗中的混凝土吸入并压出，经管道送至浇筑仓内。
活塞式混凝土泵的输送能力有15m3/h、20m3/h、40m3/h等几种。其最大水平运距可达300m，或垂直升高40m，导管径150～200mm，输送混凝土骨料最大料径为50～70mm。
目前在使用活塞式混凝土泵的过程中，要注意防止导管堵塞和泵送混凝土料的特殊要求。一般在泵开始工作时，应先压送适量的水泥砂浆以润滑管壁；当工作中断时，应每隔5min将泵转动2～3圈；如停工0.5～1h以上，应即时清除泵和导管内的混凝土，并用水清洗。
泵送混凝土最大骨料粒径不大于导管内径的1/3，不允许有超径骨料，坍落度以8～14cm为宜，含砂率应控制在40%左右，每立方米混凝土的水泥用量不少于250～300kg。
4.运输混凝土的辅助设备
运输混凝土的辅助设备有吊罐、集料斗、溜槽、溜管等，用于混凝土装料、卸料和转运入仓，对于保证混凝土质量和运输工作顺利进行起着相当大的作用。
（1）溜槽与振动溜槽。
溜槽 （泻槽）为一铁皮槽子，用于高度不大的情况下滑送混凝土，可以将皮带机、自卸汽车、吊罐等将来料转运入仓。其坡度由试验确定，一般为45°左右。
振动溜槽是在溜槽上附有振动器，每节长4～6m，拼装总长达30m，坡度15°～20°。
采用溜槽时，应在溜槽末端加设1～2节溜管，以防止混凝土料在下滑过程中分离。利用溜槽转运入仓，是大型机械设备难以控制部位的有效入仓手段。
（2）溜管与振动溜管。
溜管由多节铁皮管串挂而成。每节长0.8～1m，上大下小，相邻管节铰挂在一起，可以拖动。采用溜管卸料可起到缓冲消能作用，以防止混凝土料分离和破碎；还可以避免吊罐直接入仓，碰坏钢筋和模板。溜管卸料时，其出口离浇筑面的高差应不大于1.5m，并利用拉索拖动均匀卸料，但应使溜管出口段 （约2m长）与浇筑面保持垂直，以避免混凝土料分离。随着混凝土浇筑面的上升，可逐节拆卸溜管下端的管节。溜管卸料多用于断面小、钢筋密的浇筑部位。其卸料半径为1～1.5m，卸料高度不大于10m。
振动溜管与普通溜管相似，但每隔4～8m的距离装有一个振动器，以防止混凝土料中途堵塞。其卸料高度可达10～20m。
（三） 混凝土的浇筑
混凝土浇筑的施工过程，包括浇筑前的准备作业入仓铺料、平仓振捣和浇筑后的养护。
1.浇筑前的准备工作
浇筑前的准备作业包括基础面的处理，施工缝处理、立模、钢筋及预埋件的安设等。
（1）基础面处理。
对于岩基，一般要求清除到质地坚硬的新鲜岩面，然后进行整修。人工清除表面松软岩石、棱角和反坡，并用高压水冲洗，压缩空气吹扫。若岩面上有油污、灰浆及其黏结的杂物，还应采用钢丝刷反复刷洗，直至岩面清洁为止。最后，再用风吹至岩面无积水，经检验合格，才能开仓浇筑。
对于土基，应先将开挖基础时预留下来的保护层挖除，并清除杂物。然后用碎石垫底，盖上湿砂进行压实，再浇混凝土。
对于砂砾地基，应清除杂物，整平基础面，并浇筑10～20cm厚的低标号混凝土垫层，以防止漏浆。
清洗后的岩基，在混凝土浇筑前应保持洁净和湿润。
（2）施工缝处理。施工缝是指浇筑块之间临时的水平和垂直结合缝，也就是新老混凝土之间的结合面。为了保证建筑物的整体性，在新混凝土浇筑前，必须将老混凝土表面的水泥膜 （乳皮）消除干净，并使其表面新鲜清洁，形成有石子半露的麻面，以利于新老混凝土的紧密结合。但对于要进行接缝灌浆处理的纵缝面，可不凿毛，只需冲洗干净即可。
施工缝的处理方法有以下几种：
1）刷毛和冲毛。在混凝土凝结后但尚未完全硬化以前，用钢丝刷或高压水对混凝土表面进行冲刷，形成麻面，称为刷毛和冲毛。高压水冲毛效率高，水压力一般为 （4～6）×105Pa，根据水泥品种、混凝土标号和当地气温来确定冲毛的时间，一般春秋季节，在浇筑完毕后10～16h开始；夏季掌握在6～10h；冬季则在18～24h后进行。
2）凿毛。若混凝土已经硬化，用人工或风镐等机械将混凝土表面凿成麻面称为凿毛。凿深约1～2cm，然后用高压水清洗干净。凿毛以浇筑后32～40h进行为宜，多用于垂直缝面的处理。
3）喷毛。将经过筛选的粗砂和水装入密封的砂箱，再通过压缩空气，风压为 （4～6）×105Pa。压缩空气与水、砂混合后，经喷枪喷出，将混凝土表面冲成麻面，喷毛时间一般在浇筑后24～48h内进行。
施工缝面凿毛或冲毛后，应用压力水冲洗干净，排除积水，使其表面无碴、无尘，才能浇筑混凝土。
（3）模板、钢筋及预埋检查。开仓浇筑前，必须按照设计图纸和施工规范的要求，对仓面安设的模板、钢筋及预埋件进行全面检查验收，分项签发合格证，应做到规格、数量无误，定位准确，连接可靠。
（4）浇筑仓面布置。浇筑仓面检查准备就绪后，水、电及照明布置妥当后，经质检部门全面检查，发给准浇证后，才允许开仓浇筑。
2.混凝土浇筑
（1）入仓铺料。浇筑混凝土前，基础面的浇筑仓和老混凝土上的迎水面浇筑仓，在浇筑第一层混凝土前必须先铺一层2～3cm的水泥砂浆，砂浆的水灰比应较混凝土的水灰比减少0.03～0.05。
图4-44 平层浇筑法
1）平层浇筑法是沿仓面长边逐层水平铺填，第一层铺填完毕并振捣密实后，再铺填振捣第二层，依此类推，直到规定的浇筑高程为止，如图4 44所示。铺料层厚与振捣性能、气温高低、混凝土稠度、混凝土初凝时间和来料强度等因素有关。在一般情况下，层厚多为30～60cm；当采用振捣器组振捣时，层厚可达70～80cm。
层间间歇超过混凝土初凝时间会出现冷缝，使层间的抗渗抗剪和抗拉能力明显降低。为了避免出现冷缝，应满足以下条件：
或
式中 A——混凝土仓面面积，m2；
k——时间延误系数，可取0.8～0.85；
Q——所浇仓位混凝土的实际生产能力，m3/h；
t2——混凝土初凝时间，h；
t1——混凝土运输、浇筑所占的时间，h；
h——混凝土铺料层厚度，m。
2）阶梯浇筑法。阶梯浇筑法的铺料顺序是从仓位的一端开始，向另一端推进，并以台阶形式，边向前推进，边向上铺筑，直至浇到规定的厚度，把全仓浇完，如图4 45 （a）所示。阶梯浇筑法的最大优点是缩短了混凝土上、下层的间歇时间；在铺料层数一定的情况下，浇筑块的长度可不受限制；既适用于大面积仓位的浇筑，也适用于普通仓浇筑。阶梯浇筑法的层数不多于3～5层，阶梯长度不小于2～3m。
3）斜层浇筑法。当浇筑仓面大，混凝土初凝时间短，混凝土拌和、运输浇筑能力不足时，可采用斜层浇筑法，如图4 45（b）所示。斜层浇筑法由于平仓和振捣使砂浆容易流动和分离。为此，应使用低流态混凝土，浇筑块高度一般限制在1～1.5m以内。同时应控制：斜层法的层面斜度不大于10°。
图4-45 阶梯浇筑法和斜层浇筑法
无论采用哪一种浇筑方法，都应保持混凝土浇筑的连续性。如相邻两层浇筑的间歇时间超过混凝土的初凝时间，将出现冷缝，造成质量事故。此时应停止浇筑，并按施工缝处理。
（2）平仓。平仓就是把卸入仓内成堆的混凝土铺平到要求的均匀厚度。
可采用振捣器平仓。振捣器应首先斜插入料堆下部，然后再一次一次地插向上部，使流态混凝土在振捣器作用下自行摊平。但须注意，使用振捣器平仓，不能代替下一个工序的振捣密实。在平仓振捣时不能造成砂浆与骨料分离。近年来，在大型水利水电工程的混凝土施工中，已逐渐推广使用推土机 （或平仓机）进行混凝土平仓作业，大大提高了工作效率，减轻劳动强度；但要求仓面大，仓内无拉条，履带压力小。
（3）振捣。振捣的目的是使混凝土密实，并使混凝土与模板、钢筋及预埋件紧密结合，从而保证混凝土的最大密实性。振捣是混凝土施工中最关键的工序，应在混凝土平仓后立即进行。
混凝土振捣主要采用振捣器进行。其原理是利用振捣器产生的高频率、小振幅的振动作用，减小混凝土拌和物的内摩擦力和黏结力，从而使塑态混凝土液化、骨料相互滑动而紧密排列、砂浆充满空隙、空气被排出，以保证混凝土密实，并使液化后的混凝土填满模板内部的空间，且与钢筋紧密结合。
1）振捣器的类型和应用。混凝土振捣器的类型，按振捣方式的不同，分为插入式、外部式、表面式和振动台等。其中外部式只适用于柱、墙等结构尺寸小且钢筋密的构件；表面式只适用于薄层混凝土的捣实 （如渠道衬砌、道路、薄板等）；振动台多用于实验室。插入式振捣器在水利水电工程混凝土施工中使用最多，如图4 46所示。它的主要形式有电动软轴式、电动硬轴式和风动式三种，其中以电动硬轴式应用最普遍。电动软轴式则用于钢筋密、断面比较小的部位；风动式的适用范围与电动硬轴式的基本相同，但耗风量大，振动频率不稳定，已逐渐被淘汰。
图4-46 插入式电动硬轴振捣器 （单位：mm）
1—振棒外壳；2—偏心块；3—电动机定子；4—电动机转子；5—橡皮弹性连接器；6—电路开关；7—把手；8—外接电源
2）振捣器的使用与振实判断。用振捣器振捣混凝土，应在仓面上按一定顺序和间距，逐点插入进行振捣。每个插点振捣时间一般需要20～30s，实际操作时的振实标准是按以下一些现象来判断：混凝土表面不再显著下沉，不出现气泡；并在表面出现一层薄而均匀的水泥浆。如振捣时间不够，则达不到振捣要求；过振则骨料下沉、砂浆上翻，产生离析。
（四） 混凝土的养护
混凝土浇筑完毕后，在相当长的时间内，应保持其适当的温度和足够的湿度，以创造混凝土良好的硬化条件。可以防止其表面因干燥过快而产生干缩裂缝，又可促使其强度不断增长。
在常温下的养护方法：混凝土水平面可用水、湿麻袋、湿草袋、湿砂、锯末等覆盖；垂直面可进行人工洒水，或用带孔的水管定时洒水，以维持混凝土表面潮湿。近年来出现的喷膜养护法，是在混凝土初凝后，在混凝土表面喷1～2次养护剂，以形成一层薄膜，可阻止混凝土内部水分的蒸发，达到养护的目的。
混凝土养护一般是从浇筑完毕后12～18h开始。养护时间的长短，取决于当地气温、水泥品种和结构物的重要性。如用普通水泥、硅酸盐水泥拌制的混凝土，养护时间不少于14d；用大坝水泥、火山灰质水泥、矿碴水泥拌制的混凝土，养护时间不少于21d；重要部位和利用后期强度的混凝土，养护时间不少于28d。冬季和夏季施工的混凝土，养护时间按设计要求进行。冬季应采取保温措施，减少洒水次数，气温低于5℃时，应停止洒水养护。
（五） 混凝土的冬、夏季施工
1.混凝土的冬季施工
混凝土凝固过程与周围的温度和湿度有密切关系，低温时，水化作用明显减缓，强度增长受阻。实践证明，当气温在-3℃以下时，混凝土易受早期冻害，其内部水分开始冻结成冰，使混凝土疏松，强度和防渗性能降低，甚至会丧失承载能力。故规定：寒冷地区5℃以下或最低气温稳定在-3℃以下时混凝土施工必须采取冬季施工措施，要求混凝土在强度达到设计强度50%以前不遭受冻结。
实验表明，塑性混凝土料受冰冻影响，强度发展有如下变化规律：如果混凝土在浇筑后初凝前立即受冻，水泥的水化反应刚开始便停止，若在正温中融解并重新硬结时，强度可继续增长并达到与未受冻的混凝土基本相同的强度，没有多少强度损失。如果混凝土是在浇筑完初凝后遭受冻结，混凝土的强度损失很大，而且冻结温度越高，强度损失越大。不少工程因偶然事故使混凝土受冻，甚至早期受冻，当恢复加热养护后强度继续增长，其28d强度仍接近标准养护强度。
（1）混凝土冬季作业的措施。混凝土冬季作业通常采取如下措施：
1）施工组织上合理安排。将混凝土浇筑安排在有利的时期进行，保证混凝土的成熟度达到1800℃·h后再受冻。
2）调整配合比和掺外加剂。冬季作业中采用高热或快凝水泥 （大体积混凝土除外），采用较低的水灰比，加速凝剂和塑化剂，加速凝固，增加发热量，以提高混凝土的早期强度。
3）原材料加热拌和。当气温在3～5℃以下时可加热水拌和，但水温不宜高于60℃，超过60℃时应改变拌和加料顺序，将骨料与水先拌和，然后加水泥，否则会使混凝土产生假凝。若加热水尚不能满足要求，再加热干砂和石子。加热后的温度，砂子不能超过60℃，石子不能高于40℃。水泥只是在使用前一两天置于暖房内预热，升温不宜过高。骨料通常采用蒸气加热。有用蒸气管预热的，也有直接将蒸气喷入料仓的骨料中。这时蒸气所含水量应从拌和加水量中扣除。但在现场实施中难以控制，故一般不宜采用蒸气直接预热骨料或水浸预热骨料。预热料仓与露天料堆预热相比具有热量损耗小，防雨雪条件好，预热效果也好的优点。但土建工程量较大，工期长，投资多，只有在最低月平均气温在-10℃以下的严寒地区，混凝土出机口温度要求高时才采用料仓预热方式。而最低月平均气温-10℃以上的一般寒冷地区，采用露天料堆预热已能基本满足要求，这是国内若干实际工程的经验总结。
4）增加混凝土拌和时间。冬季作业混凝土的拌和时间一般应为常温的1.5倍。
5）减少拌和、运输、浇筑中的热量损失。应采取措施尽量缩短运输时间，减少转运次数。装料设备应加盖，侧壁应保温。配料、卸料、转运及皮带机廊道各处应增加保温措施。
（2）混凝土冬季养护方法。冬季混凝土可以采用以下几种方法养护：
1）蓄热法。将浇筑好的混凝土在养护期间用保温材料加以覆盖，尽可能将混凝土内部水化热积蓄起来，保证混凝土在结硬过程中强度不断增长。常用的方法有铺膜养护，喷膜养护及采用锯末、稻草、芦席或保温模板养护。
蓄热法是一种简单而经济的方法，应优先采用，尤其对大体积混凝土更为有效。只有采用蓄热法不合要求时，才增加其他养护措施。
2）暖棚法。对体积不大、施工集中的部位可搭建暖棚，棚内安设蒸气管路或暖气包加温，使棚内温度保持在15～20℃以上。搭建暖棚费用很高，包括采暖费，可使混凝土单价提高50%以上，故规定，只有当日平均气温低于-10℃时，才必须在暖棚内浇筑。
3）电热法。在浇筑块内插上电极，利用交流电通电到混凝土内部，以混凝土自身作为电阻，把电能转变成加热混凝土的热能。当采用外部加热时可用电炉或电热片，在混凝土表面铺一层被盐水浸泡的锯末，并在其中通电加热。电热法耗电量大，故只有在电价低廉，小构件混凝土冬季作业中使用。
4）蒸气法。采用蒸气养护，适宜的温度和湿度可使混凝土的强度迅速增长，甚至1～3d后即可拆模。蒸气养护成本较高，一般只适用于预制构件的养护。
2.混凝土的夏季作业
在混凝土凝结过程中，水泥水化作用进行的速度与环境温度呈正比。夏季气温较高，如气温超过30℃，若不采取冷却降温措施，便会对混凝土质量产生不良影响。当气温骤降或水分蒸发过快，易引起表面裂缝。浇筑块体冷却收缩时因基础约束会引起贯穿裂缝，破坏了坝的整体性和防渗性能。所以规定，当气温超过30℃时，混凝土生产、运输、浇筑等各个环节应按夏季作业施工。混凝土的夏季作业，就是采取一系列的预冷降温、采用低热水泥加速散热以及充分利用低温时刻浇筑等措施来实现的。