自流平混凝土在鹽河閘除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

丁 躍 孫承祥 許永平

（江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005）

1 工程概況

鹽河閘位于淮安市淮陰區(qū)王營(yíng)鎮(zhèn)，分淮入沂二河?xùn)|堤上，是分淮入沂綜合利用工程之一，為鹽河灌區(qū)引水渠首，具有供水、分洪、防洪、發(fā)電等功能。工程于1959年4月建成，為涵洞式結(jié)構(gòu)，共12 孔，單孔凈寬3.0 m，總凈寬36.0 m，設(shè)計(jì)流量為230.0 m3/s。

由于工程原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，又經(jīng)50 多年運(yùn)行，工程老化明顯。2007年8月，江蘇省水利廳組織對(duì)鹽河閘進(jìn)行安全鑒定，評(píng)定本閘為“三類”閘。為保證工程安全運(yùn)行，決定對(duì)鹽河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 采用自流平混凝土的緣由

工程施工期采取鋼圍堰封閉施工，需解決洞身抗浮、抗滑等穩(wěn)定問(wèn)題。根據(jù)復(fù)核計(jì)算結(jié)果，施工期將洞身上部填土取走，并將原洞頂拆除后施工的方案不能滿足抗浮、抗滑要求，會(huì)造成閘室整體不穩(wěn)定，因此，不能移動(dòng)洞頂填土，不能在洞頂采取大開(kāi)挖方式施工，只能采取封閉施工的方法。鹽河閘閘身加固空間狹小、鋼筋密集，新澆混凝土為“∏”形薄壁結(jié)構(gòu)，閘墩臨水側(cè)加厚15 cm、頂板底面加厚40 cm，施工難度較大。鋼筋、模板安裝后整個(gè)澆注區(qū)是封閉的，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了施工人員無(wú)法進(jìn)入倉(cāng)面澆筑振實(shí)混凝土，傳統(tǒng)施工方法與普通混凝土不能滿足質(zhì)量要求。通過(guò)對(duì)常規(guī)澆筑混凝土、自流平微膨脹混凝土、噴射混凝土等三種施工方案進(jìn)行技術(shù)比較，采用自流平微膨脹混凝土方案能夠滿足混凝土密實(shí)性和表面平整度的要求，施工時(shí)洞身填土不需移動(dòng)、洞內(nèi)不需砂袋壓重，工期可以大大縮短。

本工程采用的自流平微膨脹混凝土即自密實(shí)混凝土，同時(shí)在自密實(shí)混凝土中摻JM-3 微膨脹劑，使其具有微膨脹功能。自密實(shí)混凝土是具有很高流動(dòng)性而不離析，不泌水，能不經(jīng)振搗完全依靠自重流平并充滿模型和包裹鋼筋的新型高性能混凝土。

3 自流平混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 質(zhì)量控制目標(biāo)

保證混凝土澆筑后不出現(xiàn)蜂窩、麻面，做到內(nèi)實(shí)外光；保證新老混凝土結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度；保證不出現(xiàn)因新澆混凝土塑性收縮、沉降、溫度變化而產(chǎn)生裂縫。

3.2 鉆孔及輸料管安裝

每孔閘室頂板中間設(shè)5 個(gè)進(jìn)料孔，間距為3.3 m；進(jìn)料孔兩側(cè)1.45 m處各設(shè)1 個(gè)觀測(cè)孔，兼作輔助進(jìn)料孔，每孔閘室頂板上共開(kāi)15 個(gè)Φ10 cm的孔；閘墩臨水側(cè)高程10.0 m 以下的混凝土澆筑時(shí)通過(guò)觀測(cè)孔灌注C30自流平混凝土，高程10.0 m 以上的閘墩和頂板混凝土澆筑時(shí)通過(guò)頂板中間的進(jìn)料孔灌注C30 自流平微膨脹混凝土。開(kāi)孔布置情況見(jiàn)圖1。

鉆孔采用膨脹螺栓固定鉆機(jī)，鉆孔完成后及時(shí)安裝輸料管，輸料管直徑為30 cm，鉆孔直徑為15 cm，其間采用PVC 縮節(jié)進(jìn)行連接，連接部分采用素混凝土保護(hù)。

3.3 自流平混凝土配制

3.3.1 配制原理

配制自密實(shí)混凝土的原理是：通過(guò)外加劑、膠結(jié)材料和粗細(xì)骨料的選擇與搭配和精心的配合比設(shè)計(jì)，將混凝土的屈服應(yīng)力減小到足以被因自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力克服，既使混凝土流動(dòng)性增大，同時(shí)又具有足夠的塑性粘度，令骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水問(wèn)題，能自由流淌并充分填充模板內(nèi)的空間，形成密實(shí)且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)。

3.3.2 原材料的選擇

水泥：通過(guò)試驗(yàn)及有關(guān)資料驗(yàn)證，普通硅酸鹽水泥配制的自密實(shí)混凝土，較礦渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、勻質(zhì)性好，混凝土硬化時(shí)間短，外觀質(zhì)量好，便于拆模，因此，水泥品種應(yīng)優(yōu)先選擇普通硅酸鹽水泥。本工程選用淮安“海螺牌”P(pán).O.42.5 普通硅酸鹽水泥。

圖1 開(kāi)孔布置圖

礦物摻合料：自密實(shí)混凝土漿體總量較大，如單用純水泥會(huì)引起混凝土早期水化熱較大、混凝土收縮較大，不利于混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性，摻入適量的礦物摻合料不僅可彌補(bǔ)以上缺陷，而且可改善混凝土的工作性能，如：增加流動(dòng)性、減少泌水離析現(xiàn)象等。本工程選用的礦物摻合料包括如下兩種：

（1）粉煤灰：火山灰質(zhì)摻合料，選用優(yōu)質(zhì)淮陰華能電廠Ⅱ級(jí)以上磨細(xì)粉煤灰，能有效改善自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，有利于硬化混凝土的耐久性。

（2）礦粉：火山灰質(zhì)摻合料，選用淮鋼產(chǎn)的磨細(xì)礦渣，用于改善和保持自密實(shí)混凝土的工作性能，有利于硬化混凝土的耐久性。

細(xì)骨料：自密實(shí)混凝土的砂漿量大，砂率較大，如選用細(xì)砂，則混凝土的強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能將會(huì)受到不利影響，同時(shí)，細(xì)砂的表面積較大將增大拌合物的需水量，也對(duì)拌合物的工作性能產(chǎn)生不利影響，如果選用粗砂則會(huì)降低混凝土的粘聚性，故本工程選用宿遷駱馬湖水洗中粗砂，砂細(xì)度模數(shù)在2.5～3.0，砂中所含粒徑小于0.125 mm 的細(xì)粉對(duì)自密實(shí)混凝土的流變性能非常重要，要求不低于10%。

粗骨料：按規(guī)范要求，粗骨料最大粒徑一般不超過(guò)20 mm。碎石有助于改善混凝土強(qiáng)度。對(duì)于自密實(shí)混凝土，要求石子為連續(xù)級(jí)配，可使石子獲得較低的空隙率。故本工程選用盱眙產(chǎn)的5～16 mm 連續(xù)粒級(jí)水洗碎石。

外加劑：配制自密實(shí)混凝土常使用各類高效減水劑。摻入適量外加劑后，混凝土可獲得適宜的粘度、良好的粘聚性、流動(dòng)性、保塑性。本工程選用如下幾種外加劑：

（1）萘系高效減水劑：較氨基磺酸系高效減水劑穩(wěn)定性好，與水泥適應(yīng)性廣泛，因此，選取減水率在20%以上的萘系高效減水劑（JH-1 高效減水劑）。

（2）膨脹劑：考慮到自密實(shí)混凝土因粗骨料粒徑小，砂率高，膠凝材料用量大，易導(dǎo)致混凝土自身收縮量大，因此，宜加入8%的JM-3 型膨脹劑，補(bǔ)充混凝土的收縮，減小混凝土開(kāi)裂的可能性。

3.3.3 配合比設(shè)計(jì)

自密實(shí)混凝土配合比的突出特點(diǎn)是：高砂率、低水膠比、高礦物摻合料摻量。配制自密實(shí)混凝土應(yīng)首先確定混凝土配制強(qiáng)度、水膠比、用水量、砂率、粉煤灰摻量、膨脹劑等主要參數(shù)，再經(jīng)過(guò)混凝土性能試驗(yàn)及強(qiáng)度檢驗(yàn)，反復(fù)調(diào)整各原材參數(shù)來(lái)確定混凝土配合比。根據(jù)圖紙要求，本工程參照《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》（CCES 02-2004）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，自密實(shí)混凝土水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量宜控制在450～550 kg/m3。

3.3.4 試拌

確定自密實(shí)混凝土的配合比后，應(yīng)進(jìn)行試拌，每盤(pán)混凝土的最小攪拌量不宜小于25 L，同時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)拌合物工作性能，工作性能檢測(cè)包括坍落度、坍落擴(kuò)展度，必要時(shí)可采用模型及配筋模型試驗(yàn)等方法測(cè)評(píng)拌合物的流動(dòng)性、抗分離性、填充性和間隙通過(guò)能力。選擇拌合物工作性能滿足要求的3 個(gè)基準(zhǔn)配比，每種配合比制作2 組以上試塊，標(biāo)養(yǎng)至7 d、28 d 進(jìn)行試壓，以28 d 強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)強(qiáng)度。試拌配合比情況見(jiàn)表1。

根據(jù)各項(xiàng)性能比較，本工程選用水膠比為0.42 的配合比作為施工配合比。

3.4 澆筑

混凝土澆筑時(shí)，采用可供卸料的專用料斗放料，不宜直接入料，防止對(duì)模板的沖擊太大，出現(xiàn)模板移位。澆筑時(shí)下料口應(yīng)盡可能的低，盡量減小混凝土的澆筑落差。

混凝土應(yīng)采取分層澆筑，在澆筑完第一層后，應(yīng)確保下層混凝土未達(dá)到初凝前進(jìn)行第二層澆筑。由于頂板模板是密封的，澆筑混凝土?xí)r氣泡及浮漿需要及時(shí)排出，故頂板分段澆筑混凝土?xí)r應(yīng)在模板兩側(cè)及中間設(shè)計(jì)排漿、排氣孔，待混凝土澆至槽口處氣泡和浮漿溢出后再封模。

4 經(jīng)驗(yàn)與建議

（1）本工程自流平混凝土自洞頂進(jìn)料孔到洞底，總高度達(dá)10 m，因混凝土下落勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，對(duì)模板及支撐的側(cè)向壓力非常大，故施工過(guò)程中要密切觀察模板和支撐狀況，控制澆筑速度，防止跑模、漲模。

（2）自流平混凝土原則上不用振搗，靠自重及流動(dòng)性大充滿澆筑空間。但混凝土表面容易出現(xiàn)氣泡，如采用橡皮錘輕輕敲擊模板或輔助振搗，混凝土外觀質(zhì)量將大大改觀。

（3）為了保證頂板澆筑密實(shí)，無(wú)空隙，封孔時(shí)，應(yīng)先從中間進(jìn)料孔進(jìn)料，當(dāng)混凝土已從觀察孔冒出時(shí)，即可移至下一個(gè)進(jìn)料孔，并要使每個(gè)輸料管內(nèi)混凝土高出澆筑面10 cm，防止混凝土收縮引起空洞。