淺談自密實(shí)堆石混凝土壩層間水平施工縫處理技術(shù)

諶 益

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

堆石混凝土的水平施工層間通常由外露堆石和自密實(shí)堆石混凝土層間構(gòu)成。一般情況下，采用自卸汽車直接運(yùn)輸、挖掘機(jī)輔助平倉(cāng)的堆石入倉(cāng)方式，重型設(shè)備需重復(fù)在倉(cāng)面活動(dòng)，容易導(dǎo)致施工層間出現(xiàn)碾壓損傷、施工層間的堆石外露少等情況，同時(shí)堆石在裝卸過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生碰撞，強(qiáng)烈的碰撞容易導(dǎo)致堆石料破碎并產(chǎn)生遜徑料、粉等，進(jìn)而清理困難、工期過慢、施工成本高，不利于層間結(jié)合。

在湖南省安化縣大湖坪水庫工程項(xiàng)目中對(duì)層間水平施工縫進(jìn)行處理，在自卸汽車堆石入倉(cāng)的過程中，規(guī)劃設(shè)備行進(jìn)路線、分區(qū)堆石、控制澆筑高度的操作步驟以達(dá)到有效保護(hù)層間及提高堆石外露比例，通過卸料點(diǎn)清理優(yōu)化、挖掘機(jī)行進(jìn)時(shí)鋪設(shè)隔離護(hù)墊、靈活的澆筑方式等一系列措施，確保堆石混凝土層間水平施工縫的處理效果。

1 工程概況

大湖坪水庫位于安化縣東坪鎮(zhèn)大湖村境內(nèi)的資水支流槎溪上，是一座以供水、灌溉為主的水利工程。壩址以上控制流域面積為16.3 km2，水庫正常蓄水位為310 m，相應(yīng)水庫庫容為697萬m3。本工程為Ⅳ等小（一）型工程，主壩的建筑物級(jí)別為4級(jí)。

主壩采用自密實(shí)堆石混凝土重力壩，壩軸線總長(zhǎng)233.0 m，壩頂寬6.0 m，最大設(shè)計(jì)壩高61.8 m。工程自密實(shí)堆石混凝土總量約為97 935 m3。采用合理堆石混凝土層間水平施工縫的處理技術(shù)對(duì)加快施工進(jìn)度和降低施工成本有非常重要的意義。

2 堆石混凝土層間處理原理

堆石混凝土層間可用沖毛等方法清除混凝土表面的乳皮及松動(dòng)骨料，達(dá)到微露粗砂的效果。同時(shí)，也應(yīng)鑿除包裹在外露堆石料上的混凝土或砂漿，通過規(guī)劃設(shè)備行進(jìn)路線、分區(qū)堆石、控制澆筑高度對(duì)整個(gè)堆石混凝土施工環(huán)節(jié)進(jìn)行層間水平施工縫處理施工。

第一步：在沖毛等方式處理層間，本項(xiàng)目采用25 MPa～50 MPa高壓水沖毛機(jī)需清除混凝土表層的松動(dòng)塊石、雜物、泥土、油污等，層間需沖洗干凈且無積水、積渣，混凝土軟弱部分必須完全剔除，包括浮漿、乳皮層及澆筑時(shí)產(chǎn)生的無強(qiáng)度泡沫，以達(dá)到微露粗砂的效果[1]。

第二步：規(guī)劃設(shè)備行進(jìn)路線及分區(qū)堆石。堆石料采用1.6 m3挖掘機(jī)裝車，20 t自卸汽車運(yùn)輸入倉(cāng)。在自密實(shí)堆石混凝土倉(cāng)面上游側(cè)距壩軸線3 m的位置設(shè)5 m寬的主道路，確保自卸汽車能夠?qū)⒍咽线\(yùn)至與壩軸線平行的各處位置[2]。

堆石入倉(cāng)采用“倒退法”，由里向外進(jìn)行布倉(cāng)，通過布置在倉(cāng)面內(nèi)的挖掘機(jī)平倉(cāng)、模板、預(yù)埋件、結(jié)構(gòu)較小的部位人工輔助堆碼。

堆石料處理場(chǎng)地沖洗干凈后的堆石料用自卸車直接運(yùn)至倉(cāng)面，入倉(cāng)道路前端進(jìn)入倉(cāng)面的路段，鋪設(shè)9 m長(zhǎng)、30 cm厚的碎石墊層，入倉(cāng)前對(duì)輪胎進(jìn)行沖洗，待沖洗干凈后方可入倉(cāng)進(jìn)行堆石卸料，避免自卸車輪胎上的泥土帶入倉(cāng)內(nèi)。

用于運(yùn)輸塊石的自卸汽車自重約17 t，6個(gè)輪胎，單個(gè)輪胎寬度156 cm，接地面積可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)近似于以寬度為短邊的長(zhǎng)方形，取正方形進(jìn)行計(jì)算。單胎寬度×接地長(zhǎng)度×輪胎數(shù)量=156 m×156 m×6=146 016 mm2=0.146 m2。貨箱尺寸5.2 m×2.3 m×1.2 m，雙溪口料場(chǎng)塊石料表觀密度2.69 t/m3，塊石裝車松散系數(shù)按常規(guī)取值1.5[3]，運(yùn)輸車輛滿載時(shí)的重量=17 t+（5.2 m×2.3 m×1.2 m×2.69 t/m3）/1.5=42.74 t，滿載時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)=（42.74 t×1000 kg/t×9.8 N/kg）/0.146 m2=286 616 N/m2≈2.87 MPa。考慮車輛輪胎轉(zhuǎn)向、局部不平等因素影響，控制倉(cāng)面混凝土在強(qiáng)度≥5.0 MPa時(shí)方可進(jìn)行塊石料入倉(cāng)作業(yè)。一般在自密實(shí)堆石混凝土澆筑完成24 h后，塊石車輛可以進(jìn)入倉(cāng)面作業(yè)，該時(shí)間參數(shù)可以通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

由于自密實(shí)堆石混凝土采取的是“后退法”澆筑，因此，只有每層澆筑層的最后一倉(cāng)會(huì)存在澆筑完成后，需要準(zhǔn)備下一個(gè)倉(cāng)塊石料而通車的情況。

用于堆碼塊石的兩臺(tái)挖掘機(jī)最大重量為22.6 t，履帶接地長(zhǎng)度為3.9 m，寬度為0.6 m，接地比壓45 kPa=0.045 MPa＜2.5 MPa，即當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)，挖掘機(jī)可進(jìn)入倉(cāng)面作業(yè)，但需注意轉(zhuǎn)向時(shí)履帶對(duì)混凝土面造成損壞，其損壞部件必須清理干凈，而開裂的部分必須鑿除。

第三步：控制澆筑高度，使用布料機(jī)靈活澆筑，自密實(shí)混凝土采用混凝土泵輸送入倉(cāng)，本工程的倉(cāng)面面積為1024 m2，層厚2.4 m，投入1臺(tái)HTB8018C-5型泵輸送混凝土，并準(zhǔn)備1臺(tái)HBT60輸送泵備用。倉(cāng)面采取布料機(jī)布設(shè)混凝土的方式進(jìn)行卸料，根據(jù)本項(xiàng)目的倉(cāng)面尺寸要求，為減少布料機(jī)的移動(dòng)次數(shù)，選用臂長(zhǎng)20 m的電動(dòng)布料機(jī)，以提高澆筑效率。

自密實(shí)混凝土澆筑需滿足以下要求[4]。

（1）自密實(shí)堆石混凝土澆筑之前必須檢查模板及支架、預(yù)埋件等的位置、尺寸，確認(rèn)正確無誤后，方可進(jìn)行澆筑。

（2）對(duì)自密實(shí)堆石混凝土表面外觀有較高要求的部位，為防止表面出現(xiàn)氣泡，澆筑時(shí)，可在模板外側(cè)輔助敲擊。

（3）自密實(shí)堆石混凝土的泵送和澆筑應(yīng)保持連續(xù)性，當(dāng)因停泵時(shí)間過長(zhǎng)，混凝土不能達(dá)到要求時(shí)，需及時(shí)清除泵及泵管中的混凝土，重新澆筑。

（4）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土進(jìn)行監(jiān)控，若到達(dá)澆筑倉(cāng)面的混凝土坍落擴(kuò)展度低于設(shè)計(jì)擴(kuò)展度下限值不得施工，可采取經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)的可靠方法調(diào)整坍落擴(kuò)展度。

（5）自密實(shí)堆石混凝土澆筑點(diǎn)均勻布置，澆筑點(diǎn)間距應(yīng)為3～5 m[5]。在澆筑過程中遵循單向逐點(diǎn)澆筑的原則，每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后方可移動(dòng)至下一澆筑點(diǎn)澆筑，澆筑點(diǎn)不重復(fù)使用。

（6）當(dāng)分層連續(xù)澆筑混凝土?xí)r，為使上、下層混凝土實(shí)現(xiàn)一體化澆筑，在下層混凝土初凝前完成上層混凝土的澆筑。

（7）混凝土的泵送和澆筑應(yīng)保持其連續(xù)性，若澆筑中斷4 h以上，需按照冷縫措施處理[6]（在形成的縫面澆筑覆蓋5～10 m3自密實(shí)砂漿，再恢復(fù)澆筑自密實(shí)混凝土，自密實(shí)砂漿能夠填充微小的空隙，提高界面的黏結(jié)力）。

3 堆石混凝土層間處理流程

堆石混凝土層間水平施工縫處理施工工法工藝流程如圖1所示。

圖1 堆石混凝土層間水平施工縫處理施工工法工藝流程

3.1 沖毛等方式處理層間

（1）高壓水槍沖毛。該方法沖毛速度快，質(zhì)量易控制。宜采用25 MPa～50 MPa的高壓水沖毛機(jī)，沖毛機(jī)宜距混凝土面10～15 cm且與混凝土面宜呈70°～75°。沖毛時(shí)按射流與混凝土表面接觸的寬帶狀軌跡自左向右進(jìn)行掃描，且應(yīng)少量重疊。

（2）電（風(fēng)）鎬鑿毛。該方法鑿毛質(zhì)量好，但處理速度較慢，適合施工速度要求低的倉(cāng)面，多用于新老混凝土豎直結(jié)合面部位鑿毛和上游面配有止裂鋼筋的混凝土面板部位的鑿毛。

（3）人工鑿毛。人工鑿毛形式多樣，但操作速度較慢，適合施工速度要求低且面積小的倉(cāng)面，一般采用鐵錘配合鑿子進(jìn)行，鑿毛過程要輕微細(xì)致，深度宜控制在10～20 mm，以達(dá)到清除所有乳皮，且滿足微露粗砂、石子的要求。

（4）鑿除包裹在外露堆石料上的混凝土或砂漿薄殼。該薄殼一般約1 cm厚，對(duì)混凝土層間結(jié)合有極大危害，需清除干凈。

對(duì)于大壩防滲層施工層間處理宜采取鑿毛等方式滿足微露石子的要求，對(duì)于非防滲層施工層間采取沖毛等方式達(dá)到微露粗砂的效果。

3.2 規(guī)劃設(shè)備行進(jìn)路線、分區(qū)堆石

（1）根據(jù)倉(cāng)面大小規(guī)劃卸料點(diǎn)數(shù)量、位置，盡可能縮短設(shè)備行進(jìn)路線、減少卸料點(diǎn)數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備行進(jìn)路線最短、卸料點(diǎn)最少為目標(biāo)。一般挖掘機(jī)在卸料點(diǎn)周邊移動(dòng)范圍可控制在3 m以內(nèi)。不同高程的設(shè)備行進(jìn)路線及分區(qū)堆石在條件允許下需有所差異。

（2）在入倉(cāng)道路口鋪設(shè)碎石，為了避免自卸車輪胎及挖掘機(jī)履帶上的泥土帶入倉(cāng)內(nèi)，入倉(cāng)前通過碎石層進(jìn)行沖洗，待沖洗干凈不帶泥水且直至清水風(fēng)干后方可入倉(cāng)工作。如有需要可在四周設(shè)置排水溝并通過集水井集中外排污水。必要時(shí)可使用風(fēng)干機(jī)等設(shè)備輔助進(jìn)行清水風(fēng)干。

（3）挖掘機(jī)在層間移動(dòng)過程中，采用廢輪胎等材料進(jìn)行鋪墊，以此保護(hù)層間。

（4）卸料點(diǎn)處應(yīng)鋪設(shè)鋼板等隔離護(hù)墊，便于清理碎渣、粉等，單車卸料時(shí)，應(yīng)等待上一車所卸堆石料全部完成平倉(cāng)后再卸料，盡量控制卸料過程中，塊石料均落在隔離設(shè)備上。當(dāng)卸料點(diǎn)處石渣等影響挖掘機(jī)裝料時(shí)，需及時(shí)清理卸料點(diǎn)，以避免挖掘機(jī)平倉(cāng)帶入石渣等為原則。

3.3 澆筑高度控制

應(yīng)在上下游一定范圍內(nèi)設(shè)置堆石外露區(qū)，由挖掘機(jī)或起重設(shè)備翻運(yùn)堆石入倉(cāng)，避免車輛設(shè)備進(jìn)入。設(shè)置上下游側(cè)堆石外露區(qū)時(shí)，首先倉(cāng)內(nèi)堆石高度要基本一致，通過控制自密實(shí)堆石混凝土的覆蓋厚度實(shí)現(xiàn)堆石外露。設(shè)置上下游側(cè)堆石外露區(qū)如圖2所示，并采用布料機(jī)等設(shè)備靈活澆筑。上下游側(cè)3～5 m范圍內(nèi)應(yīng)保證堆石外露投影面積比例不小于25%。

圖2 設(shè)置上下游側(cè)堆石外露區(qū)

4 堆石混凝土層間處理應(yīng)用效果

（1）經(jīng)濟(jì)效益。堆石混凝土層間處理可以提前對(duì)設(shè)備入倉(cāng)前進(jìn)行沖洗，對(duì)設(shè)備行進(jìn)路線、堆石分區(qū)的提前規(guī)劃以及在設(shè)備行進(jìn)過程中提前隔離墊護(hù)，能最大限度保護(hù)層間不被污染，有效減少清理工作，提高工作效率。采用靈活澆筑的方式，可以控制澆筑高度，提高堆石外露率，有效減少混凝土用量，節(jié)約混凝土材料用量。

（2）社會(huì)效益。堆石混凝土層間處理可以節(jié)約混凝土材料用量，可有效減少CO2排放，環(huán)保效果突出，滿足了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。最大限度保護(hù)層間不被污染并提高堆石外露率，大幅減少了堆石混凝土層間薄弱層的質(zhì)量隱患，大幅增強(qiáng)了大壩抗滑穩(wěn)定性及抗?jié)B性能，提高大壩安全保障率。

5 堆石混凝土層間處理存在的問題、解決措施及建議

堆石混凝土層間處理沖毛時(shí)間把控是沖毛效果的關(guān)鍵，沖毛時(shí)間過早，混凝土強(qiáng)度不足，容易造成混凝土離析。表面存在薄弱層，沖毛時(shí)間過晚，達(dá)不到微露粗砂的效果，包裹在外露堆石料上的混凝土或砂漿也應(yīng)鑿除，建議混凝土澆筑完成后，從試驗(yàn)室取得混凝土強(qiáng)度上升資料，并以此為依據(jù)，初步確定沖毛開始時(shí)間。各種標(biāo)號(hào)混凝土開始沖毛時(shí)間估計(jì)（收倉(cāng)后小時(shí)數(shù)）如表1所示。

表1 各種標(biāo)號(hào)混凝土開始沖毛時(shí)間估計(jì)（收倉(cāng)后小時(shí)數(shù)）

具體沖毛開始時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整，但必須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到25 kg/cm2（約在混凝土初凝）之后進(jìn)行，且沖毛壓強(qiáng)與混凝土強(qiáng)度之比控制在2.0左右。

6 結(jié)語

提前對(duì)設(shè)備入倉(cāng)前進(jìn)行沖洗，對(duì)設(shè)備行進(jìn)路線、堆石分區(qū)進(jìn)行提前規(guī)劃，以及在設(shè)備行進(jìn)過程中提前隔離墊護(hù)，能最大限度保護(hù)層間不被污染，有效減少清理工作，提高工作效率。采用靈活澆筑的方式，控制澆筑高度，提高堆石外露率，有效減少混凝土用量，節(jié)約混凝土材料用量。