自密實(shí)混凝土在半江壩水庫(kù)工程中的應(yīng)用

曾雪瓊

(邵陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 邵陽(yáng) 420000)

1 工程概況

半江壩水庫(kù)工程位于新邵縣寸石鎮(zhèn)蔡家村，距新邵縣城25km，距寸石鎮(zhèn)9km。工程以供水為主，兼有灌溉功能。水庫(kù)控制集水面積3.9km2，壩址以上河長(zhǎng)3.13km，河道坡降為40.0‰。半江壩水庫(kù)為寸石鎮(zhèn)水廠供水水源，寸石鎮(zhèn)集中供水工程目標(biāo)為解決寸石鎮(zhèn)3萬(wàn)余人的安全飲水問(wèn)題，設(shè)計(jì)供水總?cè)丝?7000余人，供水規(guī)模為3532m3/d。原壩體為漿砌石重力壩，最大壩高為18.6m，水庫(kù)總庫(kù)容為8.11萬(wàn)m3，不能滿足該供水工程對(duì)水量的需求，需對(duì)原半江壩水庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)建。

2 方案擬定

2.1 壩型選擇

根據(jù)《新邵縣水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《新邵縣寸石鎮(zhèn)集中供水工程初步設(shè)計(jì)》，對(duì)工程建設(shè)的必要性和綜合利用效益、主要水文參數(shù)、壩址方案、壩型、工程規(guī)模等進(jìn)行了詳細(xì)論證，確定該工程為小(2)型水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容為56.0萬(wàn)m3，壩型為重力壩。

新建大壩壩線位于原半江壩軸線下游8m河道拐彎處，可利用原壩體作為施工期圍堰。河谷地形狹窄，河床高程為366.77～367.90m。壩線兩岸山坡陡峻，左岸坡角為50°～53°，山體完整較厚實(shí)；右岸山坡下陡上緩，坡角為40°～54°。兩岸山體雄厚相對(duì)較完整，基巖基本出露，弱風(fēng)化下限埋深左岸為4m、右岸6m、河床3m。

考慮到砼重力壩方案溫控復(fù)雜，而自密實(shí)砼堆石重力壩方案壩體采用混凝土砌塊石，溫控簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量較易控制，且距離壩址15km的嚴(yán)塘鎮(zhèn)有大型采石料場(chǎng)，巖性為泥盆系佘田橋組厚層灰?guī)r，巖性致密較堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，飽和抗壓強(qiáng)大于45MPa，塊石料質(zhì)量好，滿足大壩設(shè)計(jì)需要。因此，該工程選擇采用自密實(shí)混凝土堆石重力壩。

2.2 斷面擬定及分區(qū)

該大壩壩軸線長(zhǎng)77.0m，其中左岸非溢流壩段長(zhǎng)24.5m，右岸非溢流壩段長(zhǎng)36.7m，中間溢流壩段長(zhǎng)15.8m；溢流凈寬12.0m；大壩壩頂寬6.0m；最大壩高40.3m。

經(jīng)過(guò)對(duì)大壩的抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算，確定該大壩的基本斷面型式如圖1所示。

圖1 半江壩大壩溢流段斷面圖(水位單位：m；尺寸單位：cm)

壩體分區(qū)材料特性見(jiàn)表1。非溢流壩段壩體材料分三區(qū)，即上游面、壩基礎(chǔ)、壩體；溢流段壩體材料分四區(qū)，即壩基礎(chǔ)、壩體、上游面和溢流面板、閘墩及導(dǎo)墻。壩基采用C15墊層混凝土，壩體為C20自密實(shí)堆石混凝土(混凝土與塊石比例為1∶1)，溢流面板、閘墩、導(dǎo)墻混凝土均為C30常態(tài)混凝土。原設(shè)計(jì)大壩上游面的防滲面板采用C25常態(tài)混凝土。為保證面板防滲層混凝土與壩體堆石混凝土能形成整體，減少施工縫，防止?jié)B水，后變更為C25自密實(shí)混凝土。

表1 大壩各分區(qū)材料特性表

3 自密實(shí)混凝土堆石壩施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 材料要求

首先應(yīng)確保選擇的堆石料新鮮，結(jié)構(gòu)完整，質(zhì)地堅(jiān)硬，沒(méi)有裂紋。根據(jù)規(guī)范要求，堆石的最大粒徑應(yīng)小于結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4，不宜大于澆筑厚度，故本工程堆石料粒徑取0.3～1.0m，且要求堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度不小于40MPa，含泥量不超過(guò)規(guī)范值0.5%并且不能含泥塊。

二是自密實(shí)混凝土骨料的選取。骨料的品質(zhì)除符合SL 677—2014《水工混凝土施工規(guī)范》外，還應(yīng)滿足下列規(guī)定：①粗骨料最大料徑小于20mm；②針片狀顆粒含量小于8%。故工程中自密實(shí)混凝土粗骨料選用5～20mm粒徑的石子。細(xì)骨料則選用細(xì)度模數(shù)為2.8～3.4的中粗河砂。

三是選用P·O42.5普通硅酸鹽水泥。

四是粉煤灰等級(jí)不低于Ⅱ級(jí)，并滿足GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的相關(guān)規(guī)定。

五是本工程選用北京華石納科技有限公司提供的外加劑。

在施工過(guò)程中對(duì)砂石含泥量的嚴(yán)格控制，不僅是混凝土施工質(zhì)量的保障，也是施工成本控制的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，砂石含泥量越少，在所用外加劑的相同條件下，自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性越高。所以減少骨料中的含泥量，能夠減少外加劑用量，從而降低施工成本。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，本工程壩體自密實(shí)混凝土配合比如下：水泥194kg，粉煤灰225kg，砂1118kg，石子652kg，水165kg，外加劑8kg。

3.2 施工流程解析

本工程堆石混凝土施工總流程如圖2所示。

圖2 堆石混凝土施工總流程圖

3.3 高自密實(shí)混凝土施工及質(zhì)量控制

(1)基礎(chǔ)面處理。設(shè)計(jì)要求建基面開(kāi)挖至新鮮基巖層，開(kāi)挖成型后總體呈向上游傾斜5%的坡度。由于基礎(chǔ)摩擦系數(shù)較小，為了增加基礎(chǔ)與壩體之間的摩擦力，在建基面設(shè)Φ25砂漿錨筋，間距為2m，總長(zhǎng)4～5m，深入基巖3m，呈梅花形布置。在澆筑混凝土前對(duì)基巖進(jìn)行清洗，使用高壓水槍將松動(dòng)的巖塊及掉落的石渣沖洗干凈后，再按設(shè)計(jì)要求澆筑1～2m厚的混凝土墊層。在墊層混凝土澆筑即將完成時(shí)，在其上部埋入塊石，塊石露出澆筑面的高度為5～15cm，這樣可使自密實(shí)混凝土壩體與墊層混凝土充分結(jié)合。

(2)模板支立。本工程澆筑層高為1.5m，現(xiàn)場(chǎng)采用組合鋼模板，單塊鋼模板尺寸為1.2m×1.5m(寬×高)，支撐時(shí)采用多塊組合內(nèi)拉的方式，模板內(nèi)側(cè)采用鋼管連接固定，外側(cè)采用鋼管支撐。

在模板支立時(shí)堆石體與模板之間留有一定的距離作為保護(hù)層，所以靠近模板部位的堆石采用人工堆放，這樣拆模后可有效避免混凝土表面空洞；為防止漏漿，現(xiàn)場(chǎng)要求模板表面干凈無(wú)變形且縫隙不能超過(guò)2mm，對(duì)較大縫隙處采用泡沫膠進(jìn)行封堵。

(3)堆石選取。本工程所用塊石均為外購(gòu)。料場(chǎng)開(kāi)采出的石料，在使用CAT324D挖掘機(jī)進(jìn)行裝車時(shí)即對(duì)石料進(jìn)行一次篩選，主要選擇粒徑為0.3～1.0m的石料裝車并運(yùn)至大壩下游的沖洗場(chǎng)地，然后用高壓水槍對(duì)塊石進(jìn)行沖洗。在進(jìn)行倉(cāng)面塊石堆放時(shí)，對(duì)石料進(jìn)行第二次篩選，對(duì)粒徑小于20cm的塊石進(jìn)行清除，以保證石料粒徑滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

(4)倉(cāng)面處理。在堆石前，需對(duì)倉(cāng)面鑿毛及沖洗?，F(xiàn)場(chǎng)采用25～50MPa高壓水槍與人工鑿毛的方式對(duì)倉(cāng)面進(jìn)行處理，將堆石混凝土施工縫面鑿毛產(chǎn)生的粉屑以及堆石過(guò)程中石料撞擊產(chǎn)生的石粉、石渣清理干凈。經(jīng)過(guò)處理后的倉(cāng)面應(yīng)無(wú)松動(dòng)、灰漿及浮渣。

(5)堆石入倉(cāng)。本工程采用分倉(cāng)澆筑，最大倉(cāng)面尺寸為25m×15m(長(zhǎng)×寬)，每層堆石厚度為1.5m。在堆砌之前，對(duì)塊石表面采用高壓水槍沖洗。沖洗干凈后的塊料在低處采用自卸汽車直接入倉(cāng)，挖掘機(jī)輔助平倉(cāng)，高處則采用塔吊吊運(yùn)及人工配合的方式。為保障堆石混凝土表層黏結(jié)性，將粒徑超過(guò)80cm的大塊石放置在倉(cāng)面中部，要求大面朝下、小面朝上?，F(xiàn)場(chǎng)要求在距模板、止水帶等構(gòu)造1m內(nèi)的區(qū)域，使用人工輔助堆石，以避免機(jī)械堆石對(duì)模板和止水帶造成破壞。在基礎(chǔ)墊層上施工時(shí)尤其要注意，入倉(cāng)過(guò)程不能對(duì)基礎(chǔ)混凝土產(chǎn)生大的沖擊，嚴(yán)禁拋扔塊石，以免造成損傷。堆石混凝土收倉(cāng)時(shí)，使適量的堆石塊體高出澆筑面5～15cm，使上下層充分結(jié)合。但在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，堆石混凝土表面外露的塊石不平整，會(huì)影響挖掘機(jī)倒運(yùn)、平倉(cāng)，所以在實(shí)際操作中，為不影響挖掘機(jī)進(jìn)出，要求在倉(cāng)面留一條3m寬的工作面，該工作面出露的塊石高度低于5cm。

(6)自密實(shí)混凝土的澆筑。本工程最大壩高40.3m，根據(jù)高自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在壩體堆石混凝土施工時(shí)，均采用混凝土泵車(天泵)進(jìn)行澆筑。從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，由于自密實(shí)混凝土流動(dòng)性較大，與地泵相比，使用天泵澆筑不容易堵塞，效率更高。

在澆筑過(guò)程中采用單向逐點(diǎn)澆筑，從上游端開(kāi)始，平行于壩軸線澆筑至另一端，進(jìn)行“Z”形路線澆筑。澆筑點(diǎn)均勻布置，相鄰澆筑點(diǎn)間距不超過(guò)3m。澆筑的自由落下高度控制在3m以下，混凝土收倉(cāng)面要求平整，抗壓強(qiáng)度未到達(dá)2.5MPa前，不得進(jìn)行下一個(gè)倉(cāng)面準(zhǔn)備工作。

由于該工程防滲面板混凝土標(biāo)號(hào)為C25，而壩體堆石混凝土標(biāo)號(hào)為C20，所以在澆筑上游防滲面板時(shí)要求超量澆筑，使C25混凝土充填至下游堆石區(qū)，確保防滲混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。

3.4 養(yǎng)護(hù)及缺陷處理

堆石混凝土在澆筑完畢6～16h內(nèi)開(kāi)始灑水持續(xù)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)前應(yīng)避免倉(cāng)面積水、陽(yáng)光曝曬，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)混凝土表面要求保持濕潤(rùn)。本工程混凝土要求養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28h。在炎熱干燥氣候條件下以及對(duì)特殊要求的部位如防滲面板及溢流面板處，適當(dāng)延長(zhǎng)了養(yǎng)護(hù)時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度條件，采用了夏季流水降溫、冬季覆蓋保溫的措施，以減少裂縫的產(chǎn)生。

當(dāng)自密實(shí)混凝土澆筑中斷超過(guò)4h時(shí)，應(yīng)按施工縫處理。先對(duì)其表面進(jìn)行鑿毛，然后澆筑同配合比的自密實(shí)砂漿，要求完全覆蓋在喪失流動(dòng)性的混凝土結(jié)構(gòu)表面，再繼續(xù)澆筑自密實(shí)混凝土。

在施工過(guò)程中，對(duì)堆石壩體硬化后出現(xiàn)的內(nèi)部空洞應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，可采用水泥灌漿的方式對(duì)其空洞填充。若堆石混凝土澆筑表面在小范圍內(nèi)出現(xiàn)了低凹問(wèn)題，可用小石塊進(jìn)行填補(bǔ)。例如，本工程在澆筑第一倉(cāng)自密實(shí)混凝土?xí)r，由于攪拌車長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸，導(dǎo)致自密實(shí)混凝土部分水份流失，流動(dòng)性不夠，在拆模時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在空洞。所以在澆筑完成后對(duì)空洞范圍進(jìn)行了鉆孔灌漿處理，孔徑為80mm，孔距為1.5m，梅花形布置，灌漿壓力為0.6MPa，灌漿完成后對(duì)壩體進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，透水率小于0.1Lu，表面經(jīng)過(guò)處理后的壩體抗?jié)B性能符合規(guī)范要求。

4 自密實(shí)混凝土質(zhì)量檢測(cè)

(1)現(xiàn)場(chǎng)要求自密實(shí)混凝土的坍落度、坍落擴(kuò)展度、“V”形漏斗通過(guò)時(shí)間等性能指標(biāo)應(yīng)每4h檢測(cè)1次，檢測(cè)結(jié)果須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：坍落度為250～280mm，坍落擴(kuò)展度為630～750mm，“V”形漏斗通過(guò)時(shí)間為7～25s。

(2)自密實(shí)混凝土澆筑溫度的測(cè)量要求每100m2倉(cāng)面面積至少測(cè)1個(gè)點(diǎn)，當(dāng)澆筑層面積較大時(shí)，測(cè)點(diǎn)要求均勻分布。

(3)壩體堆石混凝土抗壓強(qiáng)度試件每一澆筑層取1組樣。對(duì)達(dá)到規(guī)范要求齡期的堆石混凝土，在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取芯，檢測(cè)其密實(shí)度、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能等技術(shù)指標(biāo)。半江壩水庫(kù)大壩經(jīng)過(guò)鉆孔取芯樣品試驗(yàn)，壩體的堆石混凝土較為密實(shí)，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到25～28MPa，鉆孔壓水試驗(yàn)透水率小于0.1Lu，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

(1)工程采用塊石代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土，大大提高了生產(chǎn)效率、減少水化熱、簡(jiǎn)化溫控措施、縮短了工期，同時(shí)也降低了造價(jià)，該工程自密實(shí)堆石混凝土共2.3萬(wàn)m3，比傳統(tǒng)混凝土重力壩方案節(jié)約投資400多萬(wàn)元。

(2)防滲面板原設(shè)計(jì)為常態(tài)C25鋼筋混凝土，但在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)常態(tài)混凝土與自密實(shí)混凝土結(jié)合處容易產(chǎn)生裂縫，質(zhì)量難以控制，且需對(duì)已澆筑好的面板混凝土表面進(jìn)行鑿毛，不僅增加了施工難度，還達(dá)不到良好的防滲效果。之后變更為自密實(shí)混凝土，并要求抗?jié)B、抗凍及耐久性等指標(biāo)不改變。施工在澆筑防滲面板時(shí)對(duì)下游超量澆筑，使防滲面板混凝土嵌入下游堆石區(qū)，減少了施工工序，有效避免了施工縫，提高了防滲效果。壩內(nèi)廊道與放水涵洞設(shè)計(jì)均采用C25常態(tài)鋼筋混凝土，建議今后設(shè)計(jì)可將此部分混凝土改為自密實(shí)混凝土，在施工中只需立一側(cè)模板，利用堆石體作為另一側(cè)模板，不僅可以減少模板用量，還能簡(jiǎn)化施工工序。