興隆泄水閘水泥砂墊層施工技術(shù)淺談

吳云飛，莫桂林，郭紅亮

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066；

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興隆泄水閘水泥砂墊層施工技術(shù)淺談

吳云飛1，莫桂林1，郭紅亮2

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066；

2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢，430010)

興隆樞紐泄水閘閘基為粉細(xì)砂，采用水泥土攪拌樁處理，在樁頂和閘室底板之間設(shè)置粉細(xì)砂與摻量6%的水泥拌合后的水泥砂作為褥墊層，厚度為30cm。水泥砂褥墊層作為技術(shù)創(chuàng)新，無(wú)現(xiàn)成施工經(jīng)驗(yàn)可參照。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)一系列的工藝試驗(yàn)及施工工藝探索，最終確定水泥砂與混凝土共用一座拌和站集中拌制，采用ZW-10型附著式混凝土振搗器表面振搗5次。褥墊層施工完成后，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)全部滿足設(shè)計(jì)要求。

興隆樞紐 水泥砂墊層 施工參數(shù) 施工方法 閘基處理

1 概述

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內(nèi)，是南水北調(diào)中線漢江中下游四項(xiàng)治理工程之一，也是漢江梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最下一級(jí)。樞紐任務(wù)以灌溉和航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電，工程等別為I等，規(guī)模為大(Ⅰ)型，主要建筑物有泄水閘、船閘、電站廠房等。

泄水閘由56孔組成，單孔凈寬14m，總凈寬784m，采用兩孔一聯(lián)結(jié)構(gòu)型式。中墩寬2.5m，兩側(cè)邊墩寬1.75m，閘段總寬953m。兩孔一聯(lián)的閘室底板寬34m，順流向長(zhǎng)25m，底板高程29.5m，建基面高程27.0m，底板厚2.5m。泄水閘高17.7m。

泄水閘閘基為粉細(xì)砂，采用水泥土攪拌樁處理，樁徑600mm，樁長(zhǎng)12m，呈格柵狀布置，格柵之間布置有調(diào)整地基均勻性的散樁，攪拌樁置換率約20%。攪拌樁樁頂施工高程為27m，樁頂設(shè)計(jì)高程26.6m，樁頭40cm成樁質(zhì)量差需挖除。在樁頂和閘室底板之間設(shè)置褥墊層，調(diào)整樁和土對(duì)荷載的分擔(dān)比，以充分發(fā)揮樁間土的作用。褥墊層一般采用級(jí)配碎石、粗砂等粒性材料，但設(shè)計(jì)根據(jù)興隆泄水閘的實(shí)際情況，采用粉細(xì)砂與水泥拌合后的水泥砂作為褥墊層(厚度為30cm，水泥重量比摻量為6%)，使之既要有一定硬度同時(shí)又降低其滲透系數(shù)。水泥砂墊層上為10cm厚C10混凝土墊層、閘底板。閘基加固處理詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 泄水閘閘基攪拌樁處理示意

2 本工程水泥沙墊層的性能

設(shè)計(jì)采用水泥砂作為褥墊層，主要是考慮到泄水閘基坑開(kāi)挖料粉細(xì)砂品相較好，除局部粉細(xì)砂含泥量較大或含有淤泥質(zhì)外，大部分粉細(xì)砂較為純凈，含泥量較少；粉細(xì)砂自身彈性模量相對(duì)較高，又為散粒體，采用水泥進(jìn)行改性，可大幅提高材料彈性模量，降低滲透系數(shù)；充分利用泄水閘基坑開(kāi)挖料，既可就地取材，又減少工程棄渣，能降低工程投資。但土力學(xué)中粗粒料與細(xì)粒料的區(qū)分粒徑為0.1mm，恰在粉細(xì)砂主要粒徑范圍內(nèi)，使其工程性質(zhì)介于砂性土與粘性土之間，濕潤(rùn)狀態(tài)的粉細(xì)砂有微粘性，具有特殊的工程性質(zhì)。而水泥砂褥墊層作為技術(shù)創(chuàng)新，在水泥砂拌制、施工參數(shù)等方面無(wú)現(xiàn)成施工經(jīng)驗(yàn)可參照，必須通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)來(lái)摸索。

該工程水泥砂墊層的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為：夯填度：≤0.87；水泥摻入比：6%(重量比)。

水泥砂墊層的最優(yōu)含水量、攤鋪方式和攤鋪厚度、碾(夯)壓方式、碾(夯)壓遍數(shù)需通過(guò)試驗(yàn)確定。

3 水泥砂的拌制

3.1 拌合方式

泄水閘水泥砂墊層總量為7384m3，最大單倉(cāng)填筑施工面積860m2，合258m3。若采用人工小規(guī)模的拌制方式，水泥摻量和加水量需由人工控制，拌合人為因素多，較難保證拌合的均勻性，質(zhì)量控制難度大。同時(shí)，人工小規(guī)模拌制工效低，很難滿足施工強(qiáng)度要求。為此，采用混凝土攪拌站中的HZ90-2F1500型拌和站集中拌制。為了避免水泥砂拌制對(duì)混凝土拌制的影響，水泥砂盡可能實(shí)行集中施工。

3.2 材料選擇

水泥砂的構(gòu)成材料主要有粉細(xì)砂、水泥和水，材料選擇的關(guān)鍵是粉細(xì)砂。興隆樞紐基坑開(kāi)挖料主要為粉細(xì)砂，局部部位粉細(xì)砂含泥量較大，有些還夾有淤泥質(zhì)土。因此，對(duì)粉細(xì)砂要進(jìn)行必要的選擇，選取的粉細(xì)砂要較純凈、含泥量少，不含結(jié)團(tuán)結(jié)塊、草根植被等有機(jī)雜物。水泥為本工程混凝土施工所用的“華新”牌P0.42.5普通硅酸鹽水泥，拌合用水為混凝土拌和用水，直接從江中抽取。

3.3 拌和質(zhì)量控制

水泥砂拌制的質(zhì)量控制要點(diǎn)主要為配比和拌合均勻，主要采用以下方式進(jìn)行控制。

3.3.1 配比控制。利用拌和站的稱量系統(tǒng)，自動(dòng)控制粉細(xì)砂、水泥和水的投放量。由于粉細(xì)砂中自然含水，為準(zhǔn)確控制用水量，每班均應(yīng)測(cè)定粉細(xì)砂的含水量，根據(jù)實(shí)際含水量，校正拌和系統(tǒng)的加水量。

3.3.2 拌合均勻度控制。粉細(xì)砂由于自身顆粒粒徑很小，且有一定的含水，若按照拌合站常規(guī)的投料順序，則水泥與粉細(xì)砂中的水結(jié)合成顆粒，使拌和后的水泥呈現(xiàn)明顯顆粒狀，顯示拌合不夠均勻。通過(guò)試驗(yàn)，調(diào)整拌合站投料順序，即先將水泥與水?dāng)嚢璩伤酀{，再加入粉細(xì)砂進(jìn)行攪拌，同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，有效地解決了水泥土拌合不均勻的問(wèn)題。

4 水泥砂施工參數(shù)試驗(yàn)

水泥沙在正式生產(chǎn)前進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)，獲取施工參數(shù)，以確保水泥砂指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

前期已通過(guò)試驗(yàn)，確定水泥砂的最優(yōu)含水率為12%，最大干密度為1.6g/cm3。施工參數(shù)試驗(yàn)時(shí)，按照設(shè)計(jì)水泥摻量6%配比拌制水泥砂，水泥砂松鋪厚度35cm，生產(chǎn)性試驗(yàn)采用了重型和輕型兩種設(shè)備進(jìn)行碾壓和振搗試驗(yàn)。重型設(shè)備為18t壓路機(jī)，為避免實(shí)際施工條件下震動(dòng)碾壓對(duì)下部水泥土攪拌的不利影響，采用靜壓方式，碾壓次數(shù)為3次、5次和7次。輕型設(shè)備為ZW-10型附著式混凝土振搗器，采用表面振搗方式，振搗次數(shù)3次、5次和7次。通過(guò)試驗(yàn)取得相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，選擇確定了適用于本工程的施工參數(shù)。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重型碾壓設(shè)備不適應(yīng)泄水閘底板復(fù)合地基的施工環(huán)境，容易出現(xiàn)陷車而無(wú)法正常碾壓，因此采用ZW-10型附著式混凝土振搗器進(jìn)行水泥砂振搗。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，按35cm松鋪厚度進(jìn)行5次表面振搗，水泥砂各項(xiàng)指標(biāo)可以滿足設(shè)計(jì)要求。水泥砂夯填試驗(yàn)成果見(jiàn)表1，相對(duì)密度試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。因此，確定的施工參數(shù)為：采用ZW-10型附著式混凝土振搗器振搗水泥砂，振搗5次。

表1 附著式混彈簧土振島器水泥砂夯填度試驗(yàn)成果

序號(hào)設(shè)備型號(hào)設(shè)備功率(kW)松鋪厚度(cm)振搗遍數(shù)壓實(shí)厚度(cm)夯填度1ZW-10型2235327507862ZW-10型223552607433ZW-10型22357250714

表2 水泥砂現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)相對(duì)密度成果

5 水泥砂主要施工方法

5.1 基面處理

基面應(yīng)清理干凈，無(wú)積水、雜物等，對(duì)于局部可能存在的坑洼處或受到擾動(dòng)的樁間土，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求平整回填。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣，確定水泥砂墊層填筑高程與范圍，并按施工強(qiáng)度進(jìn)行填筑分區(qū)，做好標(biāo)識(shí)，基面經(jīng)驗(yàn)收后進(jìn)入下一道工序。 5.2 水泥砂的運(yùn)輸、鋪料、平倉(cāng)及碾壓

5.2.1 水泥砂的運(yùn)輸方式

各閘室底板水泥砂墊層均用10t自卸汽車水平運(yùn)輸，采用長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行垂直運(yùn)輸及鋪料。

運(yùn)輸墊層料使用的車輛應(yīng)相對(duì)固定，并經(jīng)常保持車廂、輪胎的清潔，防止殘留在車廂和輪胎上的泥土帶入墊層料的料源及填筑區(qū)。

水泥砂料運(yùn)輸應(yīng)與裝料、卸料、鋪填等工序持續(xù)和連貫進(jìn)行，以免周轉(zhuǎn)過(guò)多而導(dǎo)致含水量的過(guò)大變化。不合格的填筑料，一律不得用于填筑。

5.2.2 鋪料方式

鋪料由長(zhǎng)臂反鏟配合人工進(jìn)行，鋪料前應(yīng)保持基面表面濕潤(rùn)狀態(tài)，避免水泥砂含水量損失。設(shè)計(jì)要求水泥砂墊層厚度30cm，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到的夯填度換算，每層鋪料厚度按41cm控制。鋪料應(yīng)均勻、平整，鋪料厚度要嚴(yán)格控制，不得超過(guò)規(guī)定的數(shù)值。鋪料寬度應(yīng)大于2m。

5.2.3 水泥砂振搗填筑

采用ZW-10型附著式混凝土振搗器在表面進(jìn)行搗實(shí)，搗實(shí)前要及時(shí)平料，力求鋪料均勻、平整；搗實(shí)時(shí)應(yīng)按特定的方向進(jìn)行，搗實(shí)必須達(dá)到規(guī)定遍數(shù)，碾跡重迭寬度應(yīng)不小于0.3m，接頭處及邊角部位應(yīng)加強(qiáng)搗實(shí)，特別要防止欠振、漏振。

墊層在每個(gè)閘室的分段接頭處做成斜坡，每層錯(cuò)開(kāi)0.5m～1.0m長(zhǎng)度，并加強(qiáng)振搗。后施工段施工前，應(yīng)對(duì)先施工段預(yù)留的接頭處進(jìn)行必要的清理及修整，施工時(shí)加強(qiáng)振搗，使先填段與后填段連接緊密。

5.2.4 水泥砂的保護(hù)及養(yǎng)護(hù)

已鋪筑好的墊層料，應(yīng)及時(shí)保護(hù)及養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)禁人車通行，同時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行取樣試驗(yàn)，對(duì)于不能滿足技術(shù)要求的施工部位，應(yīng)返工處理。有條件時(shí)，應(yīng)盡快安排水泥砂上部的混凝土墊層施工，避免水泥砂長(zhǎng)時(shí)間暴露而造成不必要的損害。

6 結(jié)語(yǔ)

采用上述施工方法，順利完成了興隆樞紐泄水閘段的水泥砂墊層施工。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，各施工段水泥砂所有指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。該部位施工的順利進(jìn)行，為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件。

〔1〕楊光煦著.堤壩及其施工關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

吳云飛(1981.1-)，廣西昭平人，中國(guó)水利水電第五工程局有限公司興隆水利樞紐項(xiàng)目經(jīng)理部項(xiàng)目總工，工程師，主要從事水利水電工程施工技術(shù)管理工作。

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