提高福地水庫砼砌石重力壩塊石比例的措施

陳旺雄

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

1 工程概述

1.1 工程概況

福地水庫工程所在地為福建省連城縣,位于文川河上游文亨鎮(zhèn)福地村,樞紐建筑物包括攔河壩、溢洪道、進(jìn)水口和供水（灌溉）輸水系統(tǒng),水庫具有防洪、供水、灌溉等綜合利用功能。

福地水庫壩頂高程418.5 m,壩體最大高度為36.5 m,壩頂軸線長度為258.0 m,大壩從左至右的布置依次為：左岸擋水壩段,長147.0 m；溢流壩段,長26.0 m；右岸擋水壩段,長85.0 m。擋水壩段壩頂寬5m,最大壩底寬27.5 m,上游面直立,下游面412.0 m高程以上直立,412.0 m高程以下為1∶0.75。溢流壩段設(shè)在河床位置,最大壩底寬29.0 m,堰頂高程為412.0 m,布有3 孔6.0 m×4.0 m（凈寬×凈高）的工作閘門,總溢流凈寬18.0 m,溢流壩段的消能方式為挑流消能（見圖1、圖2）。

圖1 福地水庫大壩工程現(xiàn)場航拍圖

圖2 福地水庫大壩典型斷面

1.2 初步設(shè)報(bào)告中石料場的選擇與開采

福地水庫工程砼澆筑總量為5.07萬m3,砌石6.96萬m3,經(jīng)計(jì)算,各天然建筑材料設(shè)計(jì)需用量分別為：砼粗骨料7.61萬 m3,砼細(xì)骨料6.76萬m3,毛塊石料4.95萬m3。根據(jù)現(xiàn)場勘察,工程區(qū)附近沒有找到合適的可供開采的石料場,因此本工程考慮在充分利用建筑物基礎(chǔ)開挖料的前提下,就近從已開采的“金雞嶺”石料場采購。

“金雞嶺”石料場距大壩約8.0 km（料場通往國道泥石道路1.0 km+國道水泥路面1.7 km+國道通往壩區(qū)約5.3 km）。

2 砼砌石重力壩常規(guī)施工方法及效果檢測

2.1 砼砌石重力壩常規(guī)施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)文件《擋水壩段典型剖面圖》（圖號：水工-大壩-02）總說明：福地水庫大壩工程壩體砌筑采用“坐漿法”施工,砌縫為豎縫,縫寬為8 cm～10 cm,砌縫內(nèi)的砼應(yīng)用插入式振搗器仔細(xì)振搗到密實(shí)為止。具體施工流程見圖3。

圖3 “坐漿法”施工流程圖

壩體石料砌筑所需的砂漿采用0.4 m3砂漿機(jī)拌和,砼用0.75 m3強(qiáng)制式拌和機(jī)供料,石料及砼骨料由“金雞嶺”石料場采購,砂漿、砼水平運(yùn)輸采用5 t自卸汽車,垂直運(yùn)輸用塔吊。石料由8 t自卸汽車運(yùn)到壩前,395 m高程以下可直接入倉,395 m高程以上用塔吊垂直運(yùn)輸至砌筑部位。壩體為C15 W6 二級配砼砌毛塊石,砌筑時(shí)首先在砌筑面上進(jìn)行座漿,然后在已座漿的砌筑面上擺放毛塊石,擺放完成后及時(shí)進(jìn)行豎縫注漿并振搗密實(shí)。當(dāng)砌體中的膠結(jié)材料終凝后,即對砌體進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

2.2 效果檢測

（1）砼砌石重力壩塊石比例是大壩施工成本控制的重要因素,為檢測塊石比例,在壩體橫向樁號：K0+163 m～K0+164 m,縱向樁號：壩下0+14 m～壩下0+15.5 m,高程391m處開挖出1 個(gè)尺寸為 1.5 m×1.0 m×1.0 m試坑。

（2）采用試坑灌水法,試坑的開挖采用人工結(jié)合手風(fēng)鉆、風(fēng)鎬等工具進(jìn)行開挖,并記錄具體數(shù)據(jù)。現(xiàn)場檢測結(jié)果見表1。

表1 大壩塊石比例試驗(yàn)表

設(shè)計(jì)文件要求壩體的塊石比例是不低于30%,本次檢測塊石比例為36.4%,結(jié)果雖然滿足設(shè)計(jì)要求,但是仍有很大的提高空間。

3 提高壩體塊石比例的重要性

（1）壩體塊石比例作為本工程的關(guān)鍵控制性項(xiàng)目,關(guān)系到大壩工程的施工質(zhì)量和成本,首次檢測的壩體塊石比例僅為36.4%,對比公司其它同壩型的塊石比例（≧50%塊石比例）有著一定的差距。

（2）提高壩體塊石比例可以減少砼用量,從而減少大壩的水泥總用量,降低了水化熱,減少裂縫發(fā)生的概率,提高壩體質(zhì)量。

（3）提高壩體塊石比例可以降低施工成本。

（4）采用先進(jìn)的施工工藝不僅能夠提高壩體塊石比例,還可以提高施工效率和加快施工進(jìn)度。

（5）通過實(shí)踐積累施工經(jīng)驗(yàn),可為其他類似工程提供指導(dǎo)。

4 影響壩體塊石比例的因素分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和施工成果,項(xiàng)目部成員對各種制約施工技術(shù)水平的因素進(jìn)行了深入調(diào)查和研究分析,確認(rèn)出影響本工程壩體塊石比例低的三點(diǎn)主要因素。

4.1 上壩材料的級配控制不理想和質(zhì)量較差

由于初步設(shè)計(jì)報(bào)告要求上壩材料從“金雞嶺”石料場采購,“金雞嶺”石料場運(yùn)送過來的毛塊石未進(jìn)行篩選,部分上壩毛塊石較小,僅為0.3 m3～0.8 m3,局部有風(fēng)化、裂隙的毛塊石較多,不但增加毛塊石擺放工序和毛塊石之間的縫隙,還減小了壩體的塊石比例,而且需要處理不合格毛塊石,影響施工效率。

4.2 施工方法不合理

采用傳統(tǒng)“坐漿法”砌筑,同壩段同高程的倉面要分段、分塊進(jìn)行施工,倉面往往無法連續(xù)作業(yè)。為了在水泥砂漿初凝前擺放好毛塊石,需加快擺石速度,容易增加毛塊石之間接縫間隙,從而影響壩體的塊石比例。經(jīng)檢測,壩體的塊石比例為36.4%,雖然滿足設(shè)計(jì)要求,但是還有很大提高空間。

4.3 毛塊石擺放不到位,縫隙大

施工員在對現(xiàn)場擺石進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)通過塔吊吊運(yùn)毛塊石,現(xiàn)場作業(yè)工人不容易控制毛塊石擺放,導(dǎo)致毛塊石之間留有較大空隙,且施工過程中還存在一定的安全隱患。

5 針對壩體塊石比例低的改進(jìn)措施

5.1 改善上壩材料的級配控制和質(zhì)量

壩體所用的毛塊石級配和質(zhì)量情況決定了大壩砌體質(zhì)量,要控制好毛塊石的質(zhì)量和級配,首先要在源頭石料場進(jìn)行控制。

（1）“金雞嶺”石料場作為連城縣唯一石料場,供應(yīng)著連城縣所有在建工程的原材料,由于產(chǎn)量有限,在大壩工程施工過程中,存在供應(yīng)量少和經(jīng)常斷供的問題,且原材料的質(zhì)量項(xiàng)目部難以直接控制,進(jìn)場的石料中出現(xiàn)殘料率高（不符規(guī)格、沒有連續(xù)級配、風(fēng)化程度高）的問題,直接影響著大壩的施工質(zhì)量和進(jìn)度要求。通過參建各方的努力,本工程申請的自采料場經(jīng)縣水利局、縣國土局、冠豸山管委會(huì)、縣公安局、縣政府等相關(guān)部門的批準(zhǔn)同意后開始開采。

（2）開采前先進(jìn)行爆破試驗(yàn),確定爆破參數(shù)。本工程采用微差擠壓爆破技術(shù),在爆破前參照爆破試驗(yàn)參數(shù)和實(shí)際開挖過程中巖石的巖性,節(jié)理發(fā)育等情況,微調(diào)爆破參數(shù),分層有序開挖出符合質(zhì)量要求的石料。

（3）爆破出的石料還需做進(jìn)一步篩選,剔除分化嚴(yán)重的不合格料,選用新鮮、堅(jiān)硬的合格料,為便于機(jī)械設(shè)備裝運(yùn)、吊放和提高壩體塊石比例,選用毛塊石的規(guī)格盡量在0.5 m3～1.5 m3之間,超1.5 m3以上的石料需用破碎錘解小后再運(yùn)送至大壩上游的毛塊石堆放場。

（4）上壩前由工人選好適當(dāng)?shù)拿珘K石,并用高壓水槍進(jìn)行沖洗,待清洗干凈后由吊車、塔吊或抓鏟挖掘機(jī)運(yùn)至壩上,由現(xiàn)場工人控制毛塊石的擺放間距,達(dá)到密實(shí)合理。

（5）改進(jìn)后成果見表2。

表2 先后料場的毛塊石質(zhì)量對比表

5.2 大壩砌筑施工方法改進(jìn)

在征得參建各單位負(fù)責(zé)人的同意后,項(xiàng)目部通過設(shè)計(jì)變更,把壩體砌筑施工方法改為“不鋪漿砌筑法”,具體施工流程圖和優(yōu)點(diǎn)見圖4。

圖4 “不鋪漿法砌筑法”施工流程圖

（1）擺砌毛塊石和豎縫澆筑砼可以分開上壩,在不同的壩段或倉面,項(xiàng)目部可根據(jù)現(xiàn)場情況分別進(jìn)行施工,既提高施工機(jī)械的利用率,也提高整體施工效率。

（2）在季節(jié)性施工時(shí),可以根據(jù)實(shí)際天氣情況相互調(diào)整擺砌毛塊石或澆筑砼,以達(dá)到工程質(zhì)量最優(yōu)、施工最佳的目的。如夏季施工時(shí),白天氣溫高時(shí)安排擺砌毛塊石,早晚氣溫較低時(shí)安排澆筑砼,錯(cuò)開白天氣溫高時(shí)澆筑砼,可以避免砼出現(xiàn)冷縫。冬季施工時(shí),早晚氣溫較低時(shí)安排擺砌毛塊石,白天氣溫較高時(shí)安排澆筑砼,可以減少因氣溫低對澆筑砼的影響。雨季施工時(shí),下雨時(shí)段安排擺砌毛塊石,不下雨時(shí)段安排澆筑砼,可以避免頻繁調(diào)整水灰比,保證施工質(zhì)量。

（3）采用“不鋪漿砌筑法”可在各個(gè)壩段內(nèi)先通倉擺放好毛塊石,再連續(xù)進(jìn)行豎縫砼澆筑,這樣能更好的控制毛塊石的擺放間隙,增加壩體的塊石比例,無需像傳統(tǒng)“坐漿法”砌筑時(shí)為避免在水泥砂漿初凝前需快速擺放好毛塊石,施工時(shí)毛塊石之間容易有較大的接縫間隙,從而降低壩體的塊石比例。

“不鋪漿砌筑法”還能夠有效減少砼澆筑過程中產(chǎn)生的施工縫,本工程的通常做法為：在壩體寬度≥15 m時(shí),上下游總共分3 倉澆筑；在壩體寬度在5 m～15 m之間時(shí),上下游共分2 倉澆筑；在壩體寬度為5 m時(shí),1倉連續(xù)澆筑完成。每倉砼須連續(xù)澆筑完成,嚴(yán)禁在澆筑過程中產(chǎn)生施工縫或冷縫,從而減少大壩蓄水后可能出現(xiàn)的漏水點(diǎn)。

（4）改進(jìn)后成果：

采用“不鋪漿法砌筑法”,底層砼振搗密實(shí)后,由吊車、塔吊或抓鏟挖掘機(jī)吊運(yùn)抓取小毛石至毛塊石之間的縫隙中,邊填邊振搗砼,提高砌體質(zhì)量和塊石比例。

5.3 新增施工設(shè)備,改善“毛塊石擺放不到位,縫隙大”的問題

（1）項(xiàng)目部新增1臺抓鏟挖掘機(jī),抓鏟挖掘機(jī)可以輕易的控制毛塊石的擺放,擺放過程不需要人工配合,安全且高效,不同形狀的毛塊石可按最小縫隙的形式進(jìn)行擺放,通過減少毛塊石之間的縫隙,從而提高壩體的塊石比例（見圖5）。

圖5 使用抓鏟挖掘機(jī)施工的現(xiàn)場圖

（2）改進(jìn)后成果見表3。

表3 新增抓鏟挖掘機(jī)前后效果對比

6 改進(jìn)措施后的效果檢查

為驗(yàn)證改進(jìn)措施后壩體的塊石比例,按規(guī)范要求做了2個(gè)試坑試驗(yàn),試驗(yàn)情況見表4。

表4 大壩塊石比例試驗(yàn)表

圖6 改進(jìn)前后塊石比例對比柱狀圖

7 結(jié)語

福建省連城縣福地水庫工程在確認(rèn)前期施工中壩體塊石比例低的主要原因后,經(jīng)項(xiàng)目部全體成員和施工人員的共同努力下,通過改進(jìn)施工技術(shù)和管理措施,壩體塊石比例得到顯著的提升,不僅提高了工程質(zhì)量,還加快了施工進(jìn)度和降低了施工成本,大大增加了工程效益。