膠凝砂礫石在擋渣墻中的應(yīng)用

董柯楠,李 坤

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041; 2.福建永泰閩投抽水蓄能有限公司，福建 福州 350700)

膠凝砂礫石是介于碾壓型混凝土與堆石材料之間的一種新型膠凝材料[1]，其特點(diǎn)為根據(jù)施工條件就地取材、施工工藝簡單，在施工過程中充分體現(xiàn)工程安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工便捷、生態(tài)環(huán)保等方面的優(yōu)勢，在促進(jìn)水利工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展中具有良好的推廣意義。永泰抽水蓄能電站棄渣場擋渣墻為重力式擋墻結(jié)構(gòu)，底寬為22 m、高為16 m、長為115 m，上游側(cè)坡比為1:0.1、下游側(cè)坡比為1:0.8。擋墻墻身采用C1806膠凝砂礫石，底部為C15混凝土基礎(chǔ)，頂部設(shè)0.5 m厚C20混凝土面層，膠凝砂礫石總量約為17 000 m3。本文主要對膠凝砂礫石施工技術(shù)進(jìn)行介紹，通過現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，形成了一套完整可行的施工工藝，為同類工程施工提供借鑒。

1 膠凝砂礫石施工工藝試驗(yàn)

膠凝砂礫石施工工藝試驗(yàn)內(nèi)容主要包括配合比、拌和質(zhì)量、鋪料厚度及碾壓遍數(shù)，依據(jù)施工規(guī)范及設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括施工機(jī)械及檢測設(shè)備，施工機(jī)械主要有20 t自卸車6臺、3.0 m3裝載機(jī)、0.8 m3反鏟、6 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車及20 t振動碾。檢測設(shè)備主要包括維勃稠度儀1臺、含水量快速測定儀2臺、凝結(jié)時間測定儀1臺、核子密度/濕度檢測儀1臺及其他試塊制作、養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)度測定等相關(guān)試驗(yàn)檢測設(shè)備[2]。

1.2 試驗(yàn)材料及配合比

1) 水泥：采用福建海峽水泥股份公司生產(chǎn)的建福牌P.O42.5袋裝水泥。

2) 粉煤灰：采用福州開發(fā)區(qū)華能實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級袋裝粉煤灰。

3) 砂礫石：采用河灘砂礫石(最大粒徑≤300 mm)，粒徑<5 mm顆粒(砂)含量為31.3%(規(guī)范上不小于25%)。

4) 水：采用白云溪水。

5) 由工地試驗(yàn)室以設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場原材料情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)監(jiān)理工程師批復(fù)同意，最終確定在本工程使用的施工配合比(見表1)。

表1 膠凝砂礫石C1806施工配合比

1.3 試驗(yàn)方法

分層厚度取50 cm、60 cm 2種，碾壓遍數(shù)取無振2遍、有振6遍及8遍2種[3]。

鋪料厚度按分層厚度增加為5～10 cm。分層厚度為 50 cm時，鋪料厚度取55～60 cm；分層厚度為60 cm時，鋪料厚度取65～70 cm。平整時大骨料集中部位進(jìn)行現(xiàn)場翻拌，如有超徑骨料剔除至墻體上游面。在各試驗(yàn)條帶布置網(wǎng)格測點(diǎn)，在鋪筑區(qū)外設(shè)置控制樁，在各條帶的網(wǎng)格測點(diǎn)上以顏色進(jìn)行標(biāo)記和編號，用水準(zhǔn)儀測量并記錄初始厚度和相對高程，同時記錄松鋪厚度、大骨料分離情況、平倉速度等。

采用20 t振動碾進(jìn)行壓實(shí)，碾壓方式采用進(jìn)退錯距法。平倉后及時碾壓，振動碾行駛速度控制在1.0～1.5 km/h，相鄰碾壓帶間搭接寬度為0.3～0.4 m，端頭搭接不小于1.0 m。達(dá)到工藝試驗(yàn)規(guī)定碾壓遍數(shù)后，表層基本泛漿。壓實(shí)后分別測量各網(wǎng)格測點(diǎn)在碾壓前后的相對高程變化，計(jì)算試驗(yàn)條帶的平均沉降量，記錄碾壓遍數(shù)、壓實(shí)厚度等。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

采用150 mm立方體試塊測定7 d、14 d、28 d及180 d強(qiáng)度，各齡期均取樣8組，強(qiáng)度檢測結(jié)果見表2。

表2 膠凝砂礫石C1806不同齡期抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

根據(jù)檢測結(jié)果，7 d強(qiáng)度最小值為2.3 MPa，最大值為5.1 MPa，平均值為3.9 MPa；14 d強(qiáng)度最小值為4.4 MPa，最大值為7.2 MPa，平均值為6.1 MPa；28 d強(qiáng)度最小值為6.6 MPa，最大值為9.1 MPa，平均值為7.4 MPa。由于28 d強(qiáng)度均超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度6.0 MPa，經(jīng)參建各方討論認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果已滿足要求，且本工程工程量較小，工期短，可按擬定的配合比、鋪料厚度和碾壓遍數(shù)先行組織施工[4]。180 d強(qiáng)度為施工后測定，結(jié)果均滿足要求。

2 膠凝砂礫石擋渣墻施工

擋渣墻膠凝砂礫石利用附近河床砂礫石料經(jīng)過裝載機(jī)配合人工剔除超徑卵石，在平整的拌和場地添加膠凝材料，用側(cè)卸裝載機(jī)、反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)械拌和。擋渣墻膠凝砂礫石每倉澆筑1層，間歇1 d用于備料。

2.1 砂礫石開采制備及運(yùn)輸

1) 從河床左側(cè)開始采集砂礫石料，并清理1條過水通道，采集的砂礫石料用20 t自卸車運(yùn)輸至右側(cè)備料場進(jìn)行脫水。采集過程中需挑選含泥量少的部位，備料場砂礫料用水進(jìn)行沖洗。

2) 拌和前將脫水的砂礫料使用1臺挖機(jī)配合2臺自卸車由備料場運(yùn)至拌料平臺，拌制8 m3膠凝砂礫石時沙礫石用量為2 326×8=18.608 t，在自卸車車斗標(biāo)記對應(yīng)的裝車位置高度。

2.2 拌和及運(yùn)輸

1) 拌和材料用量

膠凝材料按重量法計(jì)量，砂礫料可按體積法簡易計(jì)量，水可用流量閥計(jì)量，以1車8 m3的膠凝砂礫石計(jì)算。

膠凝材料用量為：① 水泥45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分稱重計(jì)量)；② 粉煤灰45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分稱重計(jì)量)。

砂礫料用量為：1車拌制8 m3膠凝材料的砂礫石量。

水：現(xiàn)場準(zhǔn)備1個體積為V的水桶，計(jì)算將桶裝滿水所用時間t，則水流速為V/t。

2) 1次拌料堆使用3車砂礫料進(jìn)行拌制，膠凝砂礫石拌和場地選在砂石系統(tǒng)2#中轉(zhuǎn)料場附近，理論拌和能力約為45 m3/h，滿足生產(chǎn)進(jìn)度要求。

3) 現(xiàn)場安排10～12個袋裝水泥、粉煤灰的搬運(yùn)、拆包、鋪撒工人，人工裝水泥、粉煤灰至裝載機(jī)鏟斗內(nèi)，裝載機(jī)運(yùn)輸水泥、粉煤灰至備料堆頂部進(jìn)行人工拆包均勻鋪撒在料堆上。

4) 膠凝砂礫石拌和采用平地拌和法，用1臺反鏟挖掘機(jī)、2臺裝載機(jī)配合進(jìn)行現(xiàn)場拌制，投料順序：砂礫石→水泥/粉煤灰→水。

5) 混凝土運(yùn)輸采用20 t自卸車?；炷罺C值宜控制在3～8 s之間，骨料分離較小，滿足自卸車水平運(yùn)輸要求。

2.3 卸料及平倉

1) 現(xiàn)場布置及卸料平倉示意見圖1。自卸車卸料時，堆料旁出現(xiàn)的分離骨料應(yīng)剔除，防止大骨料集中。

圖1 現(xiàn)場施工布置及平倉、碾壓示意(單位：m)

2) 采用平鋪法連續(xù)鋪筑，自卸汽車直接進(jìn)倉退鋪法卸料，自進(jìn)料口的另一側(cè)退鋪至進(jìn)料口處。

3) 攤鋪時為保證壓實(shí)范圍，要求墻體下游加鋪0.2 m寬，碾壓完后對邊坡采用反鏟挖機(jī)配合人工進(jìn)行修整。

4) 根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果，50 cm碾壓層攤鋪厚度約為55～57 cm，60 cm碾壓層攤鋪厚度約為66～69 cm，灘鋪厚度應(yīng)均勻，平整大骨料集中部位進(jìn)行現(xiàn)場翻拌，如有超徑骨料剔除至墻體上游面。

5) 采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行平鋪，邊角部位可以采用人工進(jìn)行補(bǔ)料。

6) 運(yùn)輸車輛進(jìn)入澆筑倉面前，車輪沖洗干凈，避免污染澆筑倉面。

2.4 碾壓

1) 碾壓方向[5]垂直于水流方向，碾壓條帶間的搭接寬度為30～40 cm，縱向端頭搭接不小于1.0 m。

2) 現(xiàn)場碾壓層厚度為50 cm時，振動碾行走速度為1.0～1.5 km/h，碾壓遍數(shù)為先無振2遍，再有振6遍，檢測其表觀密度、壓實(shí)度指標(biāo)，直至檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

3) 現(xiàn)場碾壓層厚度為60cm時，振動碾行走速度為1.0～1.5km/h，碾壓遍數(shù)為先無振2遍，再有振8遍，檢測其表觀密度、壓實(shí)度指標(biāo)，直至至檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 坡面處理

下游1:0.8的坡面在攤鋪時加寬填筑20 cm膠凝砂礫石料，挖機(jī)配合人工清理結(jié)構(gòu)線外的膠凝砂礫石料，壓路機(jī)壓實(shí)后坍塌的部位人工鏟細(xì)料補(bǔ)齊，最后抹2 cm水泥砂漿收面。

2.6 層間處理

施工縫應(yīng)進(jìn)行縫面處理，清除縫面硬化的浮漿及松動骨料，沖洗干凈，縫面處理干凈后刮鋪2 cm的砂漿，砂漿強(qiáng)度等級高出膠凝砂礫石強(qiáng)度一個等級[6]。

2.7 分縫

在擋墻南北兩側(cè)邊坡起坡處附近各設(shè)置1道2 cm寬的結(jié)構(gòu)縫，預(yù)埋侵瀝青松木板，再回填碾壓料進(jìn)行壓實(shí)。

2.8 墻背卵石層回填

墻背卵石層在膠凝砂礫石開倉前備置在擋渣墻體上游結(jié)構(gòu)線外，在膠凝砂礫石鋪筑完成后用反鏟挖機(jī)將卵石同膠凝砂礫石同鋪，并同時進(jìn)行碾壓。

2.9 養(yǎng)護(hù)

施工過程中保持倉面濕潤，膠凝沙礫石終凝后用土工布覆蓋并噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)工人2個，白天和夜間各安排1人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)至下一層鋪設(shè)，頂層養(yǎng)護(hù)至面層混凝土澆筑。

2.10 膠凝砂礫料質(zhì)量控制要求

1) 砂礫料要有一定的脫水時間[7]，將河灘料提前挖運(yùn)至備料平臺，給予一定的脫水時間。

2) 拌制過程中，嚴(yán)格控制各種材料的稱量準(zhǔn)確性，確保膠凝砂礫石的原材料用量滿足配合比要求。

3) 膠凝砂礫料碾壓混凝土質(zhì)量的檢測，可從拌和廠隨機(jī)取樣，檢測項(xiàng)目、頻次按相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程及施工規(guī)范確定。

4) 膠凝沙礫石攤鋪時應(yīng)按表3進(jìn)行檢測，并做好記錄[8]。

2.11 施工過程質(zhì)量檢測結(jié)果

在施工過程中，所檢測的主要項(xiàng)目結(jié)果為：共檢測壓實(shí)容重34個測點(diǎn)，檢測結(jié)果最低值為97.1%，最大值為98.8%，平均值為98.4%，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求(設(shè)計(jì)要求為93%)；共檢測VC值509次，檢測結(jié)果為3.2～6.8 s，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；共取樣試件43組，抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果為6.7～9.2 MPa，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。從上述檢測結(jié)果分析，永泰抽水蓄能電站棄渣場擋渣墻膠凝砂礫石施工中各項(xiàng)質(zhì)量檢測項(xiàng)目結(jié)果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 結(jié)語

永泰抽水蓄能電站棄渣場擋墻設(shè)計(jì)施工過程中，充分發(fā)揮了膠凝砂礫石施工技術(shù)的特點(diǎn)， 利用工程當(dāng)?shù)氐暮訛┑[石就地取材、施工工藝簡單、速度快、經(jīng)濟(jì)性好。施工前通過生產(chǎn)性試驗(yàn)對工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化，施工中加強(qiáng)工序質(zhì)量控制，保證按照擬定的工藝參數(shù)施工，在保證工程質(zhì)量的前提下，加快施工進(jìn)度，降低施工成本，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)及施工過程中強(qiáng)度檢測結(jié)果表明28 d強(qiáng)度即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，文中配合比、強(qiáng)度、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)等數(shù)據(jù)可供同類工程參考，應(yīng)用前根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整。

表3 膠凝砂礫石鋪筑現(xiàn)場檢測項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)