自密實堆石混凝土壩施工質量控制過程分析

2021-07-15 08:15:54陳才明

陜西水利 2021年6期

陳才明

(余慶縣水務局，貴州余慶 563000)

1 工程概況

貴州省余慶縣小烏江水庫工程是列入國家“三位一體”規劃，貴州省水利“十三五”發展規劃、貴州省鄉鄉有穩定水源規劃的骨干水源工程。該項目位于余慶縣龍溪鎮紅軍村，壩址位于麻溪河中游河段。壩址距龍溪集鎮3.4 km、距余慶縣城25.4 km，距遵義市城區193.4 km。

余慶縣小烏江水庫大壩工程于2017年9月動工，于2020年12月下閘蓄水。工程任務是解決龍溪鎮集鎮及周邊農村人畜用水、工業園區用水。余慶縣小烏江水庫大壩為堆石混凝土重力壩，水庫總庫容434萬m3，屬小(1)型水庫。水庫下游河段無重防洪對象，故水庫大壩、表孔溢流壩、取放水建筑物設計標準為30 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按20 a一遇洪水設計；施工導流及其他臨時建筑物洪水標準：重現期5年。泵站工程等別為Ⅳ等，主要建筑物按4級建筑物設計，次要建筑物按5級建筑物設計。泵站按30 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核，輸水管道建筑物按20 a一遇洪水設計，50 a一遇洪水校核。

2 自密實混凝土施工參數

小烏江水庫大壩擋水建筑物為自密實堆石混凝土壩體。自密實混凝土是清華大學金峰教授研究并獲得國家科技進步二等獎的新技術，現在西南地區應用推廣較多[1-5]。本次以小烏江水庫自密實堆石混凝土壩施工過程為例，根據工程實際施工過程，其施工自密實堆石混凝土澆筑工藝流程圖見圖1。該項目自密實混凝土配比相關參數見表1。

圖1 自密實堆石混凝土現場澆筑流程圖

表1 專用自密實混凝土配合比單位：kg/m3

3 自密實混凝土壩施工方法分析

小烏江水庫堆石料為項目自開采，堆石料新鮮、完整、質地堅硬，堆石料粒徑為300 mm～1000 mm，堆石大于200 mm石料控制每平方不得多于10塊，堆石料使用允許使用少量片石但其重量不得超過堆石料總重的10%，堆石料的飽和抗壓強度≥30 MPa，堆石清洗干凈，堆石料的含泥量指標≤0.5%，不允許含有泥塊。

堆石料自采石場開采后，挖掘機篩選，高壓水槍沖洗，采用自卸車運輸至倉面，堆石采用人工配合挖掘機進行堆砌，每倉堆石作業倉面設置集中卸料點，卸料點渣石人工及時清理運除，堆石質量保證。本項目根據大壩結構特點、人員及設備配制情況，壩體自密實堆石混凝土施工模板采用3000 mm×2600 mm×5 mm懸臂鋼模，在倉內預埋螺栓作為錨固加固模板。根據大壩結構特點及施工作業工藝，堆石料運輸配置20 t自卸汽車4輛，2臺PC320挖掘機開采、鋪設石料，配置一臺HBT80輸送泵，半徑為15 m布料機，砂石加工系統、拌合系統。

3.1 施工方法及操作要點

(1)自密實堆石混凝土澆筑實驗

在自密實堆石混凝土澆筑施工前，必須先進行自密實堆石混凝土實驗段施工，設置實驗倉面為30 m×4 m×1.5 m倉面，對自密實混凝土的性能狀態進行檢測實驗，澆筑時自密實堆石縫隙填充試驗，觀察自密實堆石混凝土施工質量、效果，對自密實混凝土試塊取樣(3 d、7 d、28 d、90 d)檢測自密實混凝土抗壓強度、抗滲性及抗凍性，并現場破壞性實驗檢測。

(2)模板支護

由于自密實混凝土流動性大，混凝土凝結以前可持續對鋼模板產生較大的側壓力，其剛度和強度必須能夠抵抗高自密實性能混凝土產生的側向較大壓力，尤其是模板底部，側向壓力大小計算認為密度為2.5 t/m3進行側壓力計算，所以在模板施工，對模板要求極高，防止漏漿、爆模[6-11]。模板支護施工時，配置兩套模板交替上升作業，模板采用完整未損壞、尺寸為3000 m×2600 m×5 m懸臂鋼模，在倉內預埋螺栓作為錨固加固模板，螺栓強度≥10.9級。

(3)倉面鑿毛、清洗

自密實堆石混凝土澆筑完后，待混凝土達到初凝后，采用高壓水槍進行沖毛，對大壩上游面及沖毛不到位的地方采用電鎬人工鑿毛，再對倉面進行清洗，清除倉面渣石、乳皮、雜物，確保倉面清潔干凈、無積水、渣石。

(4)堆石入倉

自密實堆石混凝土堆石料篩選清洗后采用自卸汽車直接運輸入倉，倉面設置集中卸料點卸石，采用挖機堆鋪擺石，人工輔助堆石，確保大壩結構尺寸，堆石施工機械設備控制在距上游面板2/3距離、下游面板1/3距離，倉面中間作業，機械設備進入倉面必須待混凝土強度達到2.5 MPa才能上壩(一般24 h就能滿足，冬季時間約延長)。自密實堆石混凝土堆石料選新鮮、完整、質地堅硬石料，堆石料粒徑為300 mm～1000 mm，堆石大于200 mm石料控制每平方不得多于10塊，堆石料使用允許使用少量片石但其重量不得超過堆石料總重的10%，堆石料的飽和抗壓強度≥30 MPa，堆石清洗干凈，堆石料的含泥量指標≤0.5%，堆石倉面禁止泥塊進入，堆石上面渣石禁止往倉面石縫清掃，倉面鋪石后未及時澆筑混凝土時必須進行覆蓋，避免還未澆筑被雨水沖刷，導致倉面沉積石渣。

(5)自密實混凝土澆筑

堆石完成后進行自密實混凝土澆筑，澆筑拌制混凝土時，先對自密實混凝土砂石骨料含水、含泥、細度模數進行檢測，再根據配合比進行混凝土生產，每盤自密實混凝土攪拌生產時間70 s，攪拌完成后對混凝土性能(擴展度、塌落度、過V漏斗)狀態檢測，要滿足工作性能指標要求(見表2自密實混凝土工作性能指標)，確保混凝土狀態穩定后入倉澆筑，澆筑實時控制混凝土狀態(每間隔4h進行性能檢測)，再混凝土澆筑時，中途出現混凝土狀態不穩定發生變化時，需立即停止澆筑，進行混凝土狀態優化調整，重新進行性能檢測，合格后才繼續澆筑作業。

表2 自密實混凝土工作性能指標

自密實混凝土采用溜桶輸送至輸送泵，倉面采用泵管配合布料機進行布料澆筑和泵管直接澆筑兩種方式，混凝土澆筑時控制從一個方向進行澆筑，先澆筑上游面確保壩體防滲面板質量，再澆筑下游面，上游面澆筑高度低于下游面澆筑高度，形成倒坡，倉面澆筑控制裸露石頭，裸露高度控制100 m～150 m左右，滿足上下層間有效齒合。混凝土澆筑每澆筑點間距最大控制3 m，斜距流淌約4 m～5 m。每倉自密實堆石混凝土澆筑完成后，待強度達到2.5 MPa后(一般24 h就能滿足，冬季時間約延長)才能進行下一道工序施工，同時保持對混凝土養護。余慶縣小烏江水庫工程大壩筑壩施工對自密實堆石混凝土使用，根據施工技術規范、施工數據分析堆石與自密實混凝土占比(堆石使用55%～58%，自密實混凝土45%～42%)。

(6)自密實混凝土澆筑溫度、雨季控制

自密實堆石混凝土澆筑受溫度影響較大，高溫自密實混凝土工作性能損失過快，澆筑需選擇有利時間段，控制28℃以下溫度澆筑(現場澆筑時實測夏天一般在22℃～30℃、冬季一般在13℃～22℃)，夏季主要控制時間段(18：00～次日10：00)澆筑，同時控制拌合用水、水泥、粉煤灰溫度，減小混凝土溫度；在雨季澆筑施工控制小雨不益澆筑，中雨以上不能澆筑。

3.2 施工質量控制

自密實堆石混凝土質量控制采用超聲波檢測和孔內電視進行檢測。現場超聲波檢測及成果整理按照相關規定進行，超聲波檢測波速不宜小于3000 m/s。利用孔內電視利用設備對混凝土鉆孔，通過對孔內表面全面拍照，分析堆石混凝土內部缺陷率對混凝土的密實度評定。

自密實堆石混凝土現場抗滲檢測，采用鉆孔壓水試驗檢測大壩的抗滲性，檢測方法按照《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》(SL 31-2003)中的相關規定執行，進行90 d齡期的檢驗與評定，檢測結果應滿足設計要求。

4 自密實混凝土材料控制及分析

根據余慶縣小烏江水庫大壩工程施工實際情況，自密實混凝土在使用過程中，應該著重從原材料加以控制，確保混凝土性能狀態。

4.1 原材料指標控制

根據相關規定，用于自密實混凝土的粉煤灰應滿足Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰的技術性能標準。工程施工采用廈門益材粉煤灰有限責任公司提供的金沙縣茶園電廠Ⅱ級粉煤灰。

砂：本工程主要采用人工砂，混凝土砂細度模數控制在中砂(2.4 m～3.0 m)范圍內，超徑量小于5%。小石：本工程主要采用人工粗骨料，用于本工程混凝土的粗骨料的粒徑分級為5 m～20 m(自密實混凝土粗骨料)、20 m～40 m兩種級配組成，粗骨料質地堅硬、清潔、級配良好，針片顆粒含量不大于15%(自密實混凝土不超過8%)，其超遜徑含量必須控制在：以原孔篩檢驗時，超粒徑小于5%，遜徑小于10%，而以超遜徑篩檢驗時，超徑為零，遜徑小于2%。堆石料：用于工程的塊石選取新鮮、完整、質地堅硬石塊，堆石料的粒徑控制為300 m～1500 m，堆石料最大粒徑不應超過結構斷面最小邊長的1/4，堆石粒徑小于300 m時，每平方不得超過10塊，允許使用少量片石但其重量不得超過堆石料總重的10%，不宜集中堆放。堆石料的飽和抗壓強度宜滿足表3要求。

表3 堆石料的飽和抗壓強度要求

至于本項目工程采用的相關外加劑，均由北京華石納固科技有限公司提供，高自密實性能混凝土的外加劑為北京華石納固科技有限公司提供。

4.2 自密實混凝土澆筑溫度指標控制

表4 自密實混凝土性能指標

5 結論

本文通過對自密實堆石混凝土壩技術在余慶縣小烏江水庫大壩施工過程的有效運用的基礎上進行梳理總結，同時結合工程大壩結構形式，分析研究自密實混凝土配比、堆石比、自密實混凝土性能狀態及原材料的影響、自密實堆石混凝土壩技術應用，并運用科學的管理水平和先進的檢驗手段，對自密實堆石混凝土重力壩施工技術特點、難點開展專項技術研究和主動創新，為筑壩技術多元化發展積累經驗，提煉先進技術工藝，為筑壩提供技術支持與保障，對今后類似工程建設施工起到一定的指導作用。