埋石混凝土在水利工程實踐中的應用

漆榮輝

(廣東省源天工程有限公司,廣州 511340)

0 引 言

埋石混凝土廣泛應用于重力壩、拱壩、擋土墻、邊坡、閘、船塢、港口、堤防等水利水電工程大體積混凝土工程中,此類混凝土工程斷面尺寸>2.0m,在水熱化引起的內部溫度和外界溫度差>25℃,采用C15、C20、C25劃分混凝土強度等級,俗稱“金包銀”設計[1]。C15主要應用于一般低中壩、邊坡擋墻、堤防中,C20、C25則多應用于高壩,對強度等級要求較高,一般埋石率在20%,部分可達30%～40%。一般埋石料主要是就近取材,如果不能滿足要求或者質量不達標,則需要進行成品埋石料的購買,故此該技術具有良好的經濟效益。埋石混凝土常常應用于水利水電建筑及大尺寸垂拱建筑物的結構強度等級和防水滲漏等級較低、配筋較低的地方,可以改善水泥結合比,節約水泥用量,提高膠凝材料的利用率,盡可能減少水泥水化的溫度波動,減少由于收縮而出現裂縫等情況。同時埋石強度優于相同質量的普通水泥,適用范圍較寬,抗凍穩定性優良,提高混凝土施工質量、降低工程投資、保證設計混凝土強度等級和耐久性。

1 埋石混凝土施工工藝與優點

1.1 埋石混凝土施工原理

埋石混凝土澆筑法是指壩體在施工的過程中,采用埋石混凝工藝并加以適當處理的一項技術手段。埋石混凝土澆筑方法,主要適用于水利水電工程及重力壩中大體積混凝土的澆筑,在水利工程施工設計中使用得相當普遍。

埋石混凝土主要的作用就是改變壩體混凝土結構以及澆筑方式,在實踐中要保障重力壩強度、適用性、安全性、使用壽命等要求的基礎上,在混凝土澆筑中埋入了大量的石塊,進而減少水泥的應用量,可以改變混凝土結構以及應用性能,在石塊之間通過混凝土進行填充,并進行振搗密實處理,利用混凝土以及石塊之間的結構,提高構件的抗壓能力和溫度調整能力,可以提升工程的整體效益。

1.2 埋石混凝土的優點

重力壩具有壩身長、壩體大而重,澆筑量大的特點,對內外溫度的要求比較高,技術條件要求比較嚴苛,在建造過程中還需要限制外力和保證結構的安全性?，F階段多數的水利水電工程都是混凝土壩體,而埋石混凝土作為一種科學的技術手段,在水利工程中應用效果顯著。

埋石混凝土技術的使用可以有效地降低了水泥等材料的使用率,也可以增加結構的抗震強度,從而降低了建筑裂縫等質量問題,并且隨著水泥劑量的大幅度降低,也大大減少了建筑裂縫、變形等工程質量問題。在埋石混凝土技術的使用過程中,會基于壩體施工合理地設計石塊的規格,對于一些大規格的石塊可以通過機械配合應用,這樣就會提升施工效率,保障施工質量與效果。

2 工程實例

2.1 工程概況

大萬山島大水坑分級擴容工程為新建二級水庫,設計洪水標準取30a一遇(P=3.3%),校核洪水標準取200a一遇(P=0.5%),水庫總庫容為5.85萬m3。工程規模為小(2)型。主要建筑物和次要建筑物級別定為5級,臨時建筑物低于5級,但仍按最低等級5級考慮。

本次新建二級水庫壩頂高程為90.50m,壩長123m(計入壩肩段壩體總長145m),壩頂寬度4m。壩體上游面和下游面均取折面,壩體88.0m高程處以下取坡折為1∶0.1,下游壩坡在88.0m高程處以下壩坡為1∶0.7。大壩基礎厚2.0m的C25混凝土,底板中間設2m寬槽后,澆C25膨脹混凝土封閉。壩身上游作50cm～100cm厚C30鋼筋混凝土防滲面板。大壩為C30埋石混凝土重力壩,埋石率10%。

本施工方案只針對C30埋石混凝土施工,各部位具體埋石混凝土工程量見表1。

表1 埋石混凝土主要工程量

2.2 埋石料技術要求

埋石與堆石在原材料巖石抗壓強度及軟化系數指標沒有區別,壩體設計、施工、質量控制與評定標準既有相同之處,也有較大的差別。目前國內修建埋石混凝土壩越來越多,尤其在西南地區建造了較多的埋石混凝土重力壩及拱壩,但是關于埋石混凝土筑壩埋石料相關的規范、規程還未發布,在設計壩體填筑材料時仍參照《膠結顆粒料筑壩技術導則》SL678-2014中的技術要求[2]。根據工程實踐及有關研究,將埋石混凝土重力壩與堆石壩原巖質量技術指標對比情況如表2所示,可依據此標準為參考進行質量控制。

表2 堆石壩原巖與建議埋石原巖質量技術指標對比表

3 施工方案設計

3.1 分層、分塊方法

壩體結構屬大體積混凝土,混凝土澆筑擬定為1.5m一層。按照壩段將澆筑塊劃分為9個壩段。按照澆筑能力為標準,將大面積壩段分為兩塊,降低出現施工冷縫的可能性。在每塊底板常態混凝土澆筑,同時在帷幕、固結灌漿施工完后,澆筑大壩埋石混凝土。預留壩體上游防滲面板及溢流壩段溢流面板鋼筋混凝土[3]。

3.2 混凝土、塊石入倉施工技術

在對倉面的施工按要求進行后,應立即展開倉面沖洗,并清理倉面雜質,以清除施工縫內的面水。經公司質量檢驗部門測試合格并由監理工程師合格后才能進行混凝土。

大壩埋石混凝土采用地泵輸送入倉。拌合站生產的混凝土直接卸至泵車裝料斗中。在泵送時,應對油泵和管路進行潤滑,在試油泵合格后,才能使用。用1∶2的水泥漿進行潤管,但要分散布料,不得集中在一處進行[4]。

開始抽走砂漿時,砂漿泵在慢速、勻速且隨時可能會發生反泵的狀況。泵送速率應先慢后快,然后逐步加快,待混凝土泵的水壓穩定和各系統工作狀況正常化,各系統運行順暢后,再按常規速率進行泵送。

泵送混凝土應當持續推進,如可能發生供給物資跟不上時,應當降低泵送混凝土速率,以保持管道中的混凝土保持流通狀況,并采取慢速間歇泵送混凝土。當需要間歇時,其中的斷時不能大于混凝土自拌和至施工結束所允許時間(初凝時間),否則需要對泵機和管路加以沖洗。在使用慢速間歇泵送混凝土時,以每隔4～5min為宜,采用4個程序的正、反向泵。

在泵送混凝土作業中,要經常注意檢查料斗內的混凝土料存量,絕對不可以發生完全空泵的狀況,以防壓縮空氣流入泵內,產生氣錘,從而影響泵機的使用壽命,并防止活塞運動時處在干磨狀況。出現有骨材卡住彈斗中的攪拌器和阻塞現象。當逆泵仍無法去除阻塞現象時,可以緊急停泵,重新檢查阻塞部位并進行清除。

泵送工作快要完成前,必須在一段時間停止向彈斗中提供物資,這樣管道的混凝土才能充分獲得使用。泵送過程結束后,應當認真進行泵機和管道的清理工作。所有沖洗后產生的廢漿、垃圾,都必須進入臨時的水洼中,并做好適當攪拌的處理,以防止結塊。

埋石混凝土澆筑通常采取靜態法和移動法的組合完成。這樣既能夠增加埋石量,也能夠增加混凝土入倉施工效率,保證混凝土質量滿足工程要求。

靜態埋石混凝土澆筑法:

1)首先泵送鋪筑2～3cm厚的水泥砂漿和50cm厚混凝土料并振搗。

2)選擇充分濕潤滿足條件的塊巖吊入倉時,人工配合擺好片石。

3)用混凝土入倉覆蓋片石并澆筑在片石中的混凝土,循環直到收倉。

動態埋石混凝土施工技術要求為:按壩段長度,由上至下游平行于大壩軸線的方向,先泵送混凝土鋪砌成一層長10～20m,寬4～8m的水泥砂漿和混凝土料,然后用塔吊掛入塊石中,并充分每點埋石間及底層水泥。換句話說,即邊埋石邊振搗[5]。

4 埋石混凝土質量檢測檢驗要點

4.1 埋石料

如需購買埋石料,要在選定料場購買,論證評論工程開挖棄渣料的質量,當符合表2的標準,才符合可使用的質量技術指標。

綜合儀器測試和定性外觀質量判別兩種方法,進行綜合檢驗。一一檢查主控項目中表觀質量、含泥量和倉埋石粒徑等指標[6]。通過儀器測試確定干密度、凍融損失率、硫酸鹽和硫化物濃度、堿活性、最大吸水率、完全飽和耐壓性能等,一般每2000t檢驗1次。通過觀察、量測相結合的方式確定一般項目中的埋石間距和埋石率。

4.2 埋石率

埋石在單位體積埋石混凝土中的體積占比,就是埋石率(%),對于施工控制過程來說,是一個重難點。想要避免出現埋石質量缺陷,一定要從根本上控制埋入倉內埋石率[7]。埋石形狀差異明顯,所以很難精準計量埋石體積,要根據埋石混凝土澆筑倉面積對埋石量體積進行反算預估。公式如下:

V=g/ρ

(1)

式中:V為埋石體積,m3;g為埋石質量,kg;ρ為巖石密度,kg/m3。

用地磅對埋石質量進行稱量確定,埋石密度試驗值不會發生太大的變化,因此將其作為入倉埋石率的近似計算值。根據設計圖紙的標準要求,埋石率要嚴格落實10%的標準。最合理和最優埋石率有待工程實踐和試驗研究進一步論證。

4.3 溫控

要嚴格按照《水工混凝土結構設計規范》、《混凝土壩溫度控制設計規范》要求執行埋石混凝土溫控,根據實際情況和需求,落實養護和表面養護,若埋石混凝土倉內溫度與外界氣溫之差>25℃,或存在特殊需求時,需要進行溫控措施[8]。

5 結 論

基于通過埋石混凝土在大萬山島大水坑分級擴容工程中的應用實例,對水利水電工程大體積水工混凝土中應用埋石混凝土展開系統性的深入分析。隨著工程建設中應用越來越多的新興技術,更需要與高壩埋石混凝土重力壩及拱壩高度融合,更好地應用埋石混凝土技術,同時制定并發布設計、施工、檢測、評定、驗收、管理、運行等技術標準、規范,進一步加大應用埋石混凝土技術,使其發展空間更大,同時也進一步推動埋石混凝土技術創新的不斷創新融合。