超厚層高自密實(shí)混凝土堆石壩的施工方法

王 濤

(北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102206)

1 工程概況

1 050 m塘壩工程修建在佛峪口溝支溝上，用于調(diào)蓄通過(guò)管廊輸送到賽區(qū)的造雪用水。通過(guò)引水管線(xiàn)及泵站等工程將外部調(diào)水在賽區(qū)內(nèi)進(jìn)行調(diào)蓄，并輸送到國(guó)家高山滑雪中心造雪系統(tǒng)前水池提供水源。

1 050 m塘壩采用新型的堆石混凝土材料3級(jí)重力壩。見(jiàn)表1。

表1 塘壩參數(shù)表

壩軸線(xiàn)長(zhǎng)77 m，沿壩軸線(xiàn)方向共有3個(gè)壩段；最大壩高58 m，壩頂寬度5.0 m，壩頂高程1 053.00 m，防浪墻頂高程1 054.20 m。上游壩面在1 020 m高程以上為鉛直面，以下設(shè)坡比1∶0.2的貼腳；下游壩面坡比1∶0.75。

塘壩主體部分采用C15堆石混凝土結(jié)構(gòu)，壩基墊層為厚2.0 m的C25(R90W10F300)混凝土，上下游貼面采用厚1.0 m的C25(R90W10F300)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。見(jiàn)圖1。

圖1 壩體結(jié)構(gòu)圖

2 采用超厚層堆石混凝土施工的原因

與自密實(shí)混凝土相比，堆石混凝土的抗凍性能更優(yōu)[1]。

常規(guī)堆石混凝土技術(shù)中堆石混凝土澆筑層厚1～1.5 m，常態(tài)混凝土和堆石混凝土分期二次澆筑，施工工期較長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足2020年11月份國(guó)家組織的冬季延慶杯測(cè)試賽要求。

通過(guò)高自密實(shí)混凝土堆石壩新技術(shù)減少了澆筑次數(shù)，降低了交叉施工時(shí)間，提高工作效率，縮短了工期且具有較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 施工規(guī)劃

施工前的總構(gòu)想和規(guī)劃，是項(xiàng)目管理的關(guān)鍵，也是項(xiàng)目有條不紊按質(zhì)、按期完成的保障。

根據(jù)重力壩的結(jié)構(gòu)，堆石混凝土壩的工序繁多，施工要嚴(yán)格按照順序施工。首先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分解，包括堆石混凝土工程、常態(tài)混凝土工程、止水埋件、輸水消力池工程、灌漿工程、管線(xiàn)工程、廊道工程、豎井溢洪洞工程等，將項(xiàng)目向下分解為最小的作業(yè)單元(工作包)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程量計(jì)算，確定資源配置，包括勞動(dòng)力、機(jī)械臺(tái)班、各種材料、構(gòu)件等的需要量和供應(yīng)方案；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、自然條件進(jìn)行分析，分別考慮有利條件和不利條件，對(duì)不利條件進(jìn)行重點(diǎn)研究，制作方案克服劣勢(shì)。

通過(guò)以上分析，充分考慮技術(shù)間歇時(shí)間、組織間歇時(shí)間、流水強(qiáng)度等參數(shù)，對(duì)施工段進(jìn)行劃分，確定合理的工作面，使各項(xiàng)工作搭接有序，連續(xù)均衡施工。

在規(guī)劃階段完成工程量計(jì)算和資源配置；多方案比選，擇優(yōu)確定施工方案，選擇配套的施工機(jī)具，施工道路規(guī)劃；由整體到局部安排施工順序；編制施工進(jìn)度計(jì)劃，找出關(guān)鍵線(xiàn)路，確定需要的人力、材料、機(jī)械用量；確定施工平面布置；制定有效的質(zhì)量、安全技術(shù)措施。

以本工程為例，混凝土分倉(cāng)考慮澆筑工藝、結(jié)構(gòu)尺寸、倉(cāng)體工程量的變化等因素共分為25層。其中，第1層為墊層，第25層為1 m常態(tài)混凝土覆蓋層；堆石混凝土3 m/層，最大倉(cāng)堆石量2 600 m3，最小倉(cāng)500 m3，施工時(shí)要考慮每層堆石混凝土的工程量的變化趨勢(shì)，由小變大、由大變小的過(guò)程，施工難度也會(huì)隨之變動(dòng)，提前做好應(yīng)對(duì)措施。

堆石混凝土壩重點(diǎn)考慮石料運(yùn)輸和混凝土澆筑。

石料運(yùn)輸遠(yuǎn)距離選擇大型自卸車(chē)為主，入倉(cāng)有反鏟配合自卸車(chē)直接入倉(cāng)，垂直運(yùn)輸系統(tǒng)直接吊裝入倉(cāng)。選擇自卸車(chē)直接入倉(cāng)的效率高，入倉(cāng)石料可達(dá)1 000 m3/d，塔機(jī)吊運(yùn)塊石和澆筑混凝土的能力為200～300 m3/d。有條件的優(yōu)選自卸車(chē)入倉(cāng)，入倉(cāng)道路在壩基開(kāi)挖時(shí)就開(kāi)始規(guī)劃，借助兩岸邊坡，順延等高線(xiàn)修成之字形道路，在入倉(cāng)口動(dòng)態(tài)布設(shè)和調(diào)整。本工程采用順延等高線(xiàn)修筑壩后路自卸車(chē)入倉(cāng)，反鏟、液壓抓斗配合入倉(cāng)。

自密實(shí)混凝土使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)集中拌制，拌和樓應(yīng)具備自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)，拌和能力和現(xiàn)場(chǎng)需求相適應(yīng)?；炷翝仓绞?，當(dāng)在壩體附近建站距離較短時(shí)，用地泵管直接入倉(cāng)；本工程由于場(chǎng)地狹小，周邊施工單位較多，采用的商品混凝土由混凝土旋轉(zhuǎn)罐車(chē)運(yùn)輸，地泵和天泵入倉(cāng)。運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)避免離析，其運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)與生產(chǎn)、澆筑以及自密實(shí)性能穩(wěn)定性的要求相匹配。自密實(shí)混凝土的供應(yīng)速度應(yīng)保證施工的連續(xù)性，一個(gè)倉(cāng)號(hào)應(yīng)一次澆筑完成。

堆石混凝土壩宜選用懸臂模板，模板強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、倉(cāng)面平順、外觀符合要求。本工程選擇的是可調(diào)懸臂模板，模板高度可根據(jù)實(shí)際高度在2～4 m間調(diào)整，模板寬度3 m，單重2.6 t，受力螺栓直徑為36 mm，預(yù)埋螺栓直徑為27 mm，預(yù)埋螺栓尾部法蘭直徑110 mm。受力螺栓使用的材料是40Cr鋼，預(yù)埋螺栓使用的材料是30CrMnSi鋼，預(yù)埋螺栓埋深300 mm。

考慮鋼筋等材料的運(yùn)輸、模板安裝、廊道預(yù)制構(gòu)件的吊裝選配了兩臺(tái)7050塔機(jī)。

4 施工準(zhǔn)備

4.1 技術(shù)準(zhǔn)備

超厚層高自密實(shí)混凝土工藝性實(shí)驗(yàn)方案，高自密實(shí)混凝土配合比、進(jìn)度計(jì)劃，資源分配優(yōu)化，質(zhì)量、安全計(jì)劃、保證措施。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

基礎(chǔ)驗(yàn)收合格后，做好風(fēng)、水、電布置，石料來(lái)源，質(zhì)、量分析，入倉(cāng)方式，施工道路規(guī)劃及修筑，垂直提升系統(tǒng)架立，混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑等的準(zhǔn)備。

對(duì)原材料提前做好進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、模板質(zhì)量檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)適配等工作。

5 施工工藝

測(cè)量放樣→基礎(chǔ)面處理→模板、免拆模板安裝→堆石入倉(cāng)→廊道安裝(若有)→常態(tài)混凝土、自密實(shí)混凝土拌和→混凝土運(yùn)輸→常態(tài)混凝土、自密實(shí)混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→進(jìn)入下循環(huán)

主要工序?yàn)椋菏先雮}(cāng)碼放和自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑。

本工程所采用的堆石混凝土壩施工技術(shù)主要分為3個(gè)部分組成：第一部分為高自密實(shí)混凝土澆筑施工；第二部分為裝配式廊道施工；第三部分為不同類(lèi)型混凝土連續(xù)澆筑施工。

堆石混凝土施工工藝原理，先將混凝土模板進(jìn)行安裝完畢(留一定的石料入口后封口)，再將不同類(lèi)型混凝土利用免拆收口模板分隔形成不同的倉(cāng)體，采用機(jī)械在倉(cāng)面堆成一定高度的堆石體(最高可達(dá)3 m)，如果堆石層有廊道則利用堆石的時(shí)間，快速將廊道安裝就位，然后澆筑常態(tài)混凝土和高自密實(shí)混凝土，常態(tài)混凝土按常規(guī)振搗施工，高自密實(shí)混凝土依靠自重流動(dòng)，均勻地完全填充到堆石體的空隙，經(jīng)過(guò)硬化形成堆石混凝土。常態(tài)混凝土和高自密實(shí)混凝土通過(guò)免拆模板的嵌鎖網(wǎng)格結(jié)合到一起，使堆石混凝土和常態(tài)混凝凝土形成一體。

6 施工順序

根據(jù)大壩布置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工總體規(guī)劃，大壩施工程序采用由低向高整體上升，豎井、平洞、帷幕灌漿洞平行施工。具體施工程序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)行中間壩段覆蓋層施工，施工前準(zhǔn)確的埋置觀測(cè)設(shè)備，安裝止水，覆蓋層完成具備條件后進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后澆筑堆石砼施工，迎、背水面混凝土防滲層與堆石混凝土同步進(jìn)行澆筑，在到一定高程后視情況分段流水或全段平起施工，固結(jié)灌漿穿插其間。觀測(cè)設(shè)備、預(yù)埋件、止水等交錯(cuò)進(jìn)行。壩體帷幕灌漿在廊道完成后進(jìn)行，壩前堆石混凝土穿插空閑時(shí)間填筑完成。

7 控制重點(diǎn)

7.1 原材質(zhì)量控制

石料：石料必須保證清潔、濕潤(rùn)，石料應(yīng)在源頭加以控制，用鋼制條篩篩除遜徑，用水沖洗后裝車(chē)，不潔之料不得入車(chē)，以減少中間處理的時(shí)間。不宜在中途和倉(cāng)面用水沖洗，在中途沖洗泥巴通過(guò)汽車(chē)輪胎帶到倉(cāng)內(nèi)，如在倉(cāng)內(nèi)沖洗，會(huì)將雜物沖到倉(cāng)底部聚集，形成難以清理的質(zhì)量薄弱部位。倉(cāng)內(nèi)如發(fā)現(xiàn)遜徑、雜物應(yīng)人工清除，不潔部位用抹布擦洗干凈。

在塊石進(jìn)倉(cāng)前，首先對(duì)進(jìn)倉(cāng)塊石進(jìn)行全面檢查，塊石材質(zhì)應(yīng)新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬無(wú)剝落層和裂紋，堆石料粒徑不宜小于300 mm[2]，最大粒徑不應(yīng)超過(guò)結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4，對(duì)針片狀、大平面的石料加以處理，大平面禁止緊貼平放在混凝土面上，所堆石塊大小應(yīng)均勻分布，粒徑小的石塊應(yīng)不集中[3]。

混凝土：拌和前對(duì)原材料質(zhì)量要嚴(yán)加控制，摻和料主要有粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、沸石粉、磷渣粉、火山灰、復(fù)合礦物摻和料等[4]，摻用的品種應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配且最大粒徑不宜大于20 mm，對(duì)骨料的針片狀顆粒含量≤8%，含泥量≤1%，泥塊含量≤0.5%；細(xì)骨料宜采用級(jí)配Ⅱ區(qū)的中砂,細(xì)骨料應(yīng)級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、吸水率低、孔隙率小。細(xì)骨料中的含泥量對(duì)混凝土的性能影響較大應(yīng)特別重視，砂含泥量≤3%，泥塊含量≤1%；人工砂中的適量石粉能改善混凝土的工作性，但過(guò)量的石粉會(huì)因吸附更多的水分，導(dǎo)致混凝土工作性變差，用人工砂的MB測(cè)試結(jié)果檢測(cè)石粉含量是否在控制范圍之內(nèi)，加以控制；水泥宜選用硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥；摻和料選用Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)粉煤灰，外加劑選用聚羧酸系高性能減水劑[4]。

7.2 配合比控制

超厚層高自密實(shí)混凝土堆石壩的施工方法的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵取決于高自密實(shí)混凝土的性能，高自密實(shí)混凝土拌和的依據(jù)是配合比，自密實(shí)混凝土配合比是根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用的原材料，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)形式、施工工藝及環(huán)境因素進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。高自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用90 d齡期80%保證率150 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度確定。

首先計(jì)算初始配合比，經(jīng)試驗(yàn)室適配，調(diào)整得出滿(mǎn)足自密實(shí)性能要求的基準(zhǔn)配合比，經(jīng)強(qiáng)度、耐久性復(fù)核得到設(shè)計(jì)配合比，然后根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整修正，得到最終施工配合比。自密實(shí)混凝土性能對(duì)用水量較為敏感，施工時(shí)必須嚴(yán)格根據(jù)骨料含水率調(diào)整拌和用水量，此外天氣變化較大時(shí)或者取料部位發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)骨料含水量進(jìn)行重新測(cè)定調(diào)整實(shí)際用水量。

自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵性能坍落擴(kuò)展度范圍控制在650～750 mm，V形漏斗通過(guò)時(shí)間7～25 s。

7.3 施工過(guò)程控制

石料運(yùn)輸過(guò)程中，為了保護(hù)壩前防滲層，汽車(chē)入倉(cāng)卸料一般不進(jìn)入壩體，如果自卸車(chē)進(jìn)入壩體也在壩后進(jìn)入，卸料點(diǎn)布設(shè)緩沖層，用大面積厚2.5 cm鐵板(8 m×15 m)在底部墊廢舊輪胎緩沖，鐵板上沖擊的碎料收集到一起，最后清除掉。卸料后用挖掘機(jī)平倉(cāng)、倒運(yùn)?？拷０濉ⅹM窄部位用液壓抓斗擺放，堆石厚度可達(dá)3 m，機(jī)械達(dá)不到的部位可用人工配合，但要保證人員安全。

懸臂鋼模板根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行配模，模板驗(yàn)收時(shí)主要檢查外型尺寸、錨栓的位置、邊框連接孔的位置、板面平整度、邊框直線(xiàn)度、板面處理、預(yù)埋螺栓位置等，確保進(jìn)場(chǎng)后的模板滿(mǎn)足施工要求。

自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)要連續(xù)不間斷，采用泵送效率較高、質(zhì)量好，在澆筑前先用自密實(shí)砂漿將輸送泵管潤(rùn)滑通暢，然后泵送自密實(shí)混凝土入倉(cāng)。采用泵送澆筑混凝土?xí)r，最大自由落下高度宜在5 m以下，澆筑點(diǎn)應(yīng)均勻布置，澆筑點(diǎn)間距不宜超過(guò)3 m。在澆筑過(guò)程中應(yīng)遵循從上游至下游單向逐點(diǎn)澆筑的原則，每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿(mǎn)后方可移動(dòng)至下一澆筑點(diǎn)澆筑，澆筑點(diǎn)不重復(fù)使用。當(dāng)分層連續(xù)澆筑混凝土?xí)r，為使上下層混凝土一體化，應(yīng)在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢。

堆石混凝土收倉(cāng)時(shí)，除達(dá)到結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)頂面以外，高自密實(shí)性能混凝土澆筑宜以大量塊石高出澆筑面50～150 mm為宜，澆筑時(shí)可控制混凝土面低于石塊頂點(diǎn)10～20 cm[5]，以加強(qiáng)層面結(jié)合，堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以前，不得進(jìn)行下一倉(cāng)面的準(zhǔn)備工作。

澆筑過(guò)程中不合格的自密實(shí)混凝土嚴(yán)禁入倉(cāng)，已入倉(cāng)的不合格自密實(shí)混凝土必須清理出澆筑倉(cāng)，棄置到指定地點(diǎn)。澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r，嚴(yán)禁在倉(cāng)內(nèi)加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性較差，應(yīng)采取加強(qiáng)措施(如添加外加劑、重新拌和等)，以保證質(zhì)量。

混凝土達(dá)到2.5 MPa時(shí)才能進(jìn)行沖毛處理，沖毛達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)為混凝土表面無(wú)乳皮，微露粗砂，同時(shí)清除表面松動(dòng)的塊石，最后沖去乳皮和灰漿，直到混凝土表面水由渾變清為止，進(jìn)行下一層施工。

8 結(jié) 語(yǔ)

此次堆石混凝土壩施工后，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行了檢查驗(yàn)收，符合業(yè)主和設(shè)計(jì)的要求。施工工藝可靠，流程清晰，質(zhì)量控制點(diǎn)明確，與常規(guī)施工相比能夠縮短工期，可為同類(lèi)工程提供參考，并為高程堆石類(lèi)混凝土施工提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。