大湖坪水庫(kù)大壩自密實(shí)堆石混凝土施工工藝探討

馬 帥

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

選擇大湖坪水庫(kù)作為此次實(shí)例應(yīng)用的研究對(duì)象。大湖坪水庫(kù)位于安化縣東坪鎮(zhèn)大湖村境內(nèi)的資水支流槎溪上，主壩壩址距離安化縣城25.0 km，安化縣有G55高速、G207國(guó)道、S308省道經(jīng)過(guò)，從安化縣城有水泥道路經(jīng)過(guò)主壩右岸、引水壩右岸等，對(duì)外交通較方便[1]。

主壩位置預(yù)設(shè)采用本文設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行堆石混凝土澆筑施工，主壩結(jié)構(gòu)主要由溢流段與左、右岸非溢流壩段組成，壩軸線在平面上布置成折線型，壩軸線總長(zhǎng)度233.0 m。壩頂寬7.0 m，壩頂高程311.8 m，壩基建基面高程250.0 m，最大設(shè)計(jì)壩高62.3 m。泄洪建筑物選用帶閘門(mén)控制的開(kāi)放性結(jié)構(gòu)控制，溢流孔口尺寸采用1孔7.0 m×4.0 m。引水壩從左至右布置沖砂閘段、帶底格欄柵及過(guò)水廊道的溢流壩與引水閘段。為方便施工期沖砂孔兼做導(dǎo)流孔，在溢流壩至沖砂孔之間設(shè)置一條橫縫，共將壩體分為2部分。引水隧洞從引水壩引水至主壩高家山?jīng)_溝，襯砌后斷面尺寸為1.6 m×2.0 m。

工程所在區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，年內(nèi)氣溫變幅大，歷年最大風(fēng)速15.7 m/s。降雨的年際與季節(jié)變化都很大，多年平均降雨量1692.0 mm，多年平均蒸發(fā)量為1117.6 mm。施工用電為供電設(shè)施工程供應(yīng)，臨時(shí)接線點(diǎn)距離壩址約4.5 km，業(yè)主根據(jù)施工圖提供的施工用地。

根據(jù)工程施工需求，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行全面規(guī)劃部署。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行大湖坪水庫(kù)大壩自密實(shí)堆石混凝土施工工藝的設(shè)計(jì)。

2 密實(shí)堆石混凝土施工工藝設(shè)計(jì)

2.1 主要工程量與施工布置

根據(jù)工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)本工程混凝土量總共150 621 m3(含堆石混凝土)，混凝土工程項(xiàng)目及主要工程分布見(jiàn)表1。

表1 混凝土工程主要部位工程量

完成對(duì)混凝土量的設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)本工程混凝土水平運(yùn)輸采用6臺(tái)10 m3混凝土罐車(chē)運(yùn)輸，自密實(shí)混凝土垂直運(yùn)輸采用HBT-60混凝土泵，常態(tài)混凝土垂直入倉(cāng)采用HBT-60混凝土泵、HBT-30混凝土泵并輔以2臺(tái)PC220長(zhǎng)臂挖掘機(jī)(臂長(zhǎng)18 m)及QTP-315型塔吊。本工程堆石混凝土中塊石運(yùn)輸采用15臺(tái)15 t自卸汽車(chē)以及QTP-315型塔吊運(yùn)輸?；炷潦┕C(jī)械性能見(jiàn)表2。

表2 混凝土施工機(jī)械性能

根據(jù)混凝土施工道路根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合永久上壩公路，在場(chǎng)內(nèi)布置9條臨時(shí)施工道路。

1#～8#壩段基礎(chǔ)常態(tài)混凝土采用PC220挖掘機(jī)或HBT-60混凝土泵入倉(cāng)，EL251.0～EL292.8高程自密實(shí)混凝土澆筑采用修建道路至倉(cāng)面。

同時(shí)，1#～8#壩段EL292.8～EL302.8高程自密實(shí)混凝土堆石采用QTP-315移動(dòng)式塔吊吊運(yùn)入倉(cāng)，混凝土澆筑采用HBT-60混凝土泵送入倉(cāng)，EL305.1～EL311.8常態(tài)混凝土采用泵送入倉(cāng)或塔吊入倉(cāng)。

9#～11#壩段混凝土澆筑時(shí)利用上壩公路延伸至倉(cāng)面，常態(tài)混凝土采用PC220挖掘機(jī)入倉(cāng)[2]。消力池常態(tài)混凝土主要采用PC220挖掘機(jī)入倉(cāng)。導(dǎo)流洞及引水隧洞襯砌混凝土采用HBT-30混凝土泵送入倉(cāng)。引水壩混凝土采用PC220挖掘機(jī)入倉(cāng)。

2.2 人工軋制骨料生產(chǎn)

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行人工軋制骨料生產(chǎn)設(shè)計(jì)，其中砂石料生產(chǎn)加工流程圖如圖1所示[3]。

圖1 砂石料生產(chǎn)加工流程

在骨料生產(chǎn)加工中進(jìn)行材料的初篩分處理時(shí)，應(yīng)在砂卵石料場(chǎng)采用篩孔尺寸為300 mm×300 mm的格篩初篩分，由PC220反鏟和3.0 m3輪式裝載機(jī)配合，15.0 t自卸汽車(chē)運(yùn)至砂石骨料加工廠生產(chǎn)成品骨料[4]。粒徑>300 mm的材料用于自密實(shí)混凝土塊石，堆滿后定期用裝載機(jī)進(jìn)行裝車(chē)，15 t自卸汽車(chē)倒運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)或塊石料堆場(chǎng)。

半成品骨料經(jīng)受料斗送入滾動(dòng)篩進(jìn)行篩洗，成品料分別由膠帶機(jī)運(yùn)至成品料堆，堆存脫水備用。

使用破碎設(shè)備對(duì)粒徑不達(dá)要求的骨料進(jìn)行破碎，破碎后的成品料運(yùn)至成品料堆存，脫水備用。

2.3 混凝土施工縫處理

為確保堆石混凝土的施工質(zhì)量，需要在施工時(shí)進(jìn)行施工縫的處理，下述將從4個(gè)方面，對(duì)施工縫的處理展開(kāi)分析。

其一為基巖面處理。當(dāng)巖基層上存在雜物時(shí)，包括泥土、穩(wěn)定性較差的巖體等，應(yīng)及時(shí)采取措施對(duì)其進(jìn)行清理，保持表面的清潔度[5]。如果在此過(guò)程中遇到承壓水的問(wèn)題，需要采取可靠的措施進(jìn)行引排。在澆筑混凝土前，應(yīng)在其表層上允許鋪設(shè)一層厚度在2～3 cm范圍內(nèi)的水泥砂漿或具有富砂特點(diǎn)的混凝土材料，攤鋪時(shí)應(yīng)注意材料的水灰比值應(yīng)與澆筑的混凝土材料水灰比值相適應(yīng)。

其二為垂直施工縫處理。施工前考慮到位于校核水位線下部的垂直結(jié)構(gòu)施工縫中可能存在插筋，因此，需要根據(jù)澆筑施工的需求，在此部位插入鍍鋅的鐵片，保證鐵片位于止水面以上后，對(duì)施工縫進(jìn)行鑿毛處理。

其三為一般水平施工縫的處理。針對(duì)此部分結(jié)構(gòu)的施工縫，可直接采用鑿毛處理與清洗處理的方式進(jìn)行清洗?；虬凑丈鲜霾襟E，在其表層上允許鋪設(shè)一層厚度在2～3 cm范圍內(nèi)的水泥砂漿，區(qū)別于上述處理方式的是，鋪設(shè)材料等級(jí)應(yīng)高于澆筑等級(jí)，以此種方式，保證新舊混凝土材料的融合。

其四為自密實(shí)混凝土施工縫處理。當(dāng)澆筑中存在中斷行為時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程施工需求，配置與澆筑材料相同性能的砂漿，將配置的材料澆筑在已經(jīng)發(fā)生固結(jié)的混凝土表面，并輔助使用灌漿的方式對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙進(jìn)行修補(bǔ)與填充。

2.4 自密實(shí)混凝澆筑與養(yǎng)護(hù)

本工程高自密實(shí)性能混凝土采用HTB-60型地泵泵送澆筑，在進(jìn)行澆筑施工前，應(yīng)進(jìn)行澆筑部位結(jié)構(gòu)模板、預(yù)埋件位置(水平與垂直高度)、支架結(jié)構(gòu)、澆筑材料尺寸的檢查與校正。確保對(duì)所有結(jié)構(gòu)位置檢查無(wú)誤后，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)澆筑，對(duì)于施工中對(duì)混凝土表面與外觀要求較高的部位，可在澆筑施工時(shí)，在澆筑模板的外側(cè)采用輔助敲擊的方式，避免完成澆筑后外表面存在氣泡。

對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)入倉(cāng)的混凝土材料應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，開(kāi)倉(cāng)前進(jìn)行材料質(zhì)量檢測(cè)，滿足性能要求后方可入倉(cāng)。為了提供泵送混凝土的便捷化入倉(cāng)方式，考慮在倉(cāng)面上布置一臺(tái)澆筑半徑為20.0 m的混凝土布料機(jī)，保證每個(gè)澆筑點(diǎn)之間的間距>4.0 m，以此種方式，保證澆筑后結(jié)構(gòu)具有較高的密實(shí)度。澆筑施工時(shí)，保證澆筑順序?yàn)閱蜗蝽樞颍瑵仓樞蛞?jiàn)圖2。

圖2 自密實(shí)混凝土澆筑順序示意圖(單位：m)

按照標(biāo)準(zhǔn)，在每一倉(cāng)的澆筑面預(yù)留棱角石塊，確保預(yù)留的石塊高于澆筑混凝土頂面5～15 cm，通過(guò)此種方式，可以實(shí)現(xiàn)在減少鑿毛工作量的同時(shí)可加強(qiáng)層面結(jié)合?？紤]到施工中自卸汽車(chē)入倉(cāng)需要，應(yīng)在堆石時(shí)預(yù)留車(chē)道。

對(duì)于施工中的土壩，可按照一體化澆筑的施工方式，節(jié)省模板支撐工作量。當(dāng)進(jìn)行倉(cāng)內(nèi)堆石處理時(shí)，應(yīng)在模板結(jié)構(gòu)與堆石之間預(yù)留一個(gè)防滲層，設(shè)計(jì)方式如圖3所示。

圖3 模板結(jié)構(gòu)與堆石之間的防滲層結(jié)構(gòu)

倉(cāng)面澆筑完成后，需要對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)注意避免澆筑結(jié)構(gòu)在陽(yáng)光下暴曬。完成澆筑后將混凝土結(jié)構(gòu)在室溫下放置6～18 h，然后對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。若因夏季太陽(yáng)暴曬，混凝土表面水分損失較快，需縮短此時(shí)間[6]。具體養(yǎng)護(hù)時(shí)間按監(jiān)理要求執(zhí)行，在此期間內(nèi)，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)面處于濕潤(rùn)狀態(tài)。待高自密實(shí)性能混凝土達(dá)到5.0 MPa以上時(shí)，即可進(jìn)行下層澆筑。

3 試驗(yàn)分析

完成上述研究后，為證明本文設(shè)計(jì)的密實(shí)堆石混凝土施工工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的可操作性，按照本文設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)行混凝土項(xiàng)目主要工程量設(shè)計(jì)與施工布置、人工軋制骨料生產(chǎn)、混凝土施工縫處理、自密實(shí)混凝澆筑與養(yǎng)護(hù)。在施工作業(yè)面隨機(jī)選擇10個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行竣工成果透水率的檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)參照鉆孔壓水試驗(yàn)實(shí)施，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)，計(jì)算測(cè)點(diǎn)透水率，計(jì)算公式(1)如下:

q=Q/(p·L)

(1)

式中：q為自密實(shí)混凝土測(cè)點(diǎn)透水率，Lu；Q為每分鐘注水量，L/min；p為作用于試驗(yàn)段內(nèi)的壓力值，MPa；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，m。按照上述公式，對(duì)測(cè)點(diǎn)透水率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表3所示。

表3 自密實(shí)堆石混凝土施工段透水率 Lu

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知，10個(gè)測(cè)點(diǎn)的透水率平均值為0.100Lu，滿足工程質(zhì)量需求。由此可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：按照本文設(shè)計(jì)的施工工藝進(jìn)行大湖坪水庫(kù)大壩自密實(shí)堆石混凝土施工，可以提高施工段混凝土密實(shí)度，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水、漏水等問(wèn)題。

4 結(jié) 論

本文從混凝土項(xiàng)目主要工程量設(shè)計(jì)與施工布置、人工軋制骨料生產(chǎn)、混凝土施工縫處理、自密實(shí)混凝澆筑與養(yǎng)護(hù)四個(gè)方面，開(kāi)展了對(duì)大湖坪水庫(kù)大壩自密實(shí)堆石混凝土施工工藝的設(shè)計(jì)研究。完成相關(guān)設(shè)計(jì)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果證明10個(gè)測(cè)點(diǎn)的透水率平均值為0.100 Lu，滿足工程質(zhì)量需求。由此可以證明，設(shè)計(jì)方法可以在應(yīng)用中可以提高施工段混凝土密實(shí)度，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水、漏水等問(wèn)題，在提高自密實(shí)堆石混凝土施工質(zhì)量方面具有一定應(yīng)用價(jià)值。