貓溪溝水庫壩體自密實堆石混凝土施工技術(shù)及其入倉手段設(shè)計研究及運用

易吉林，鄧 蘇

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

1 貓溪溝水庫工程概況

貓溪溝水庫壩址距正安縣城5 km，座落在芙蓉江左岸一級支流石梁河下游的田家坡河段，屬于長江流域烏江水系，全流域面積261 km2，主河道全長42.9 km，多年平均徑流量1.57億m3。壩址以上流域面積232 km2，河長28.9 km，多年平均徑流量為1.121億m3。水庫正常蓄水位569.00 m，死水位556.00 m，總庫容956萬m3，正常蓄水位庫容857萬m3，死庫容241萬m3，興利庫容616萬m3。該水庫大壩樞紐工程主要由堆石混凝土重力壩、壩頂表孔設(shè)閘溢洪道、泄水建筑物兼放空建筑物等組成，大壩最大壩高44.5 m，壩頂高程571.50 m，最大壩底厚34.84 m，壩頂寬8.0 m。大壩主體采用自密實堆石混凝土進行施工。

2 自密實堆石混凝土施工

(1)自密實堆石混凝土介紹

自密實堆石混凝土是充分依托自密實混凝土高流動性、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。與同標號普通混凝土相比，具有水泥用量小、水化熱低及施工速度快等特點。自密實混凝土從21世紀初提出至今，已在水利工程施工中得到一定推廣和運用[1]。

(2)主要質(zhì)量控制要點

自密實堆石混凝土，其主要由堆石和自密實混凝土組成，主要是由高流態(tài)自密實混凝土通過自流狀態(tài)填充滿堆石孔隙，進而膠結(jié)形成整體。首先，對堆石粒徑及強度有明確規(guī)定，堆石粒徑必須在300 mm～1000 mm之間，因為粒徑過小則堆石之間孔隙小，自密實混凝土不能對堆石進行很好膠結(jié)，堆石粒徑過大則亦會導(dǎo)致混凝土與堆石膠結(jié)強度不能滿足設(shè)計要求，故施工過程中必須控制好所選堆石料粒徑，同時必須保證堆石料木材自身強度，貓溪溝水庫大壩堆石料主要選用中厚層灰?guī)r夾白云巖，其抗風化能力強，其飽和抗壓強度均在50 MPa以上，強度完全滿足設(shè)計要求；在堆石入倉前，需對開采的堆石料進行沖洗，必須將堆石料表面浮渣清洗干凈，有利于堆石與自密實混凝土膠結(jié)。其次，自密實混凝土必須保證其高流態(tài)性(須使用專用高性能外加劑)，確保其在自流狀態(tài)下將堆石孔隙全部充填密實，其流動性主要通過坍落度、坍落度擴展試驗及V型漏斗試驗確定，滿足脫落度250 mm～280 mm、坍落度擴展度在600 mm～700 mm及V型漏斗試驗在7 s～25 s；其他各項質(zhì)量控制同普通混凝土。

(3)單位體積堆石混凝土材料費用分析

貓溪溝水庫選用的自密實混凝土標號為C9015W4F50，其中水泥為P.O42.5，粉煤灰為Ⅱ級灰，細骨料為人工砂，粗骨料為人工粗骨料，外加劑為高性能自密實專用混凝土外加劑(單價約1萬元/t)。根據(jù)實驗確定配合比見表1。

表1 C9015W4F50自密實高性能混凝土配合比

根據(jù)實驗檢測，單位體積堆石自密實混凝土中堆石與混凝土體積之比約為1∶1，即自密實混凝土用量為0.5 m3。單方堆石混凝土理論材料費計算如下：其中0.5 m3堆石換算成碼方體積為0.5×1.67=0.835 m3，材料費0.835×72=60元；0.5 m3自密實混凝土中：水泥0.5×0.14×358.41=25.09元，粉煤灰0.5×0.396×76=15元，砂子(0.5×0.932/2.7)×75=12.94元，石子(0.5×0.644/2.8)×75=8.625元，水0.5×0.175×0.78=0.06元，外加劑6.7×10=67元，理論配合比材料合價約為198元。

從上述單價組成情況來看，其材料費用與同等級同標號混凝費用相當，其中費用占比較大專用外加劑價格為普通外加劑4～5倍，若專用外加劑費用能夠大幅度往下調(diào)整，則堆石自密實混凝土綜合成本將顯著降低。

3 自密實混凝土入倉設(shè)計與運用

大體積混凝土作為水利工程施工主要項目之一，往往具有體量大、結(jié)構(gòu)高聳等特點，傳統(tǒng)入倉方式主要采用溜槽、泵送和布料機攤鋪等入倉方式，施工運用較為廣泛，但一定程度上仍存在缺點。

溜槽入倉：由于溜槽溜筒的布置角度控制因素，導(dǎo)致混凝土在入倉過程中可能出現(xiàn)骨料分離等現(xiàn)象，混凝土和易性能指標損失較為嚴重，需額外采取措施進行處理。倉面布泵管入倉：水工大體積混凝土倉面通常較大，混凝土澆筑點布置多，通常混凝土輸送泵管單根長2 m～3 m，需要在倉面上布置多排輸送泵管，多次泵管的安裝、拆卸次數(shù)。同時軟管越長，管內(nèi)摩擦力越大，管道越容易堵塞，既浪費混凝土，又需要大量的人力疏通、清除堵管混凝土；施工效率較低、人力的投入成本較大。布料機入倉：較前面兩種入倉方式較為優(yōu)化，可減少混凝土在入倉過程中的和易性性能指標，減少輸送泵管的安裝、拆卸次數(shù)。但由于布料機的布料范圍有限，需要多次搬移布料機。因此，混凝土在澆筑過程中的停歇次數(shù)較多，每次搬移布料機需重新拆管、接管，用時較長，容易導(dǎo)致因澆筑間隙時間過長導(dǎo)致的施工冷縫缺陷[2]。

考慮到上述原因，同時結(jié)合貓溪溝水庫大壩現(xiàn)場布置實際情況，在通過對傳統(tǒng)泵送及塔機配合吊罐入倉方式研究基礎(chǔ)上，提出采用塔機配合甭管入倉的新技術(shù)[3]。本技術(shù)主要由地泵泵管采用吊繩與塔吊吊鉤掛在一起，通過擺動塔機大臂與行走小車，將混凝土垂直運輸至各澆筑點，能實現(xiàn)大體積混凝土全覆蓋無死角通倉連續(xù)澆筑，其澆筑半徑可達到50 m左右，完全滿足本工程大壩自密實混凝土澆筑需求?；炷翝仓疽鈭D見圖1，具體倉面泵管結(jié)構(gòu)設(shè)計及現(xiàn)場施工操作要點如下。

混凝土澆筑示意圖

(1)泵管支架：泵管支架的穩(wěn)定性需滿足懸臂泵管擺動產(chǎn)生的傾覆，貓溪溝水庫工程泵管支架結(jié)構(gòu)尺寸為長×寬×高(2 m×2 m×2.5 m)，采用Φ48腳手架管經(jīng)管件及焊接相結(jié)合的方式連接牢固，四根立柱底部焊接300 mm×300 mm的鋼板，豎直泵管固定在支架中心。

(2)管接頭及加固：泵管接頭與常規(guī)混凝土輸送形式接法一致。在接頭兩側(cè)50 cm的地方各設(shè)一道管卡，管卡與管壁之間采用橡膠墊包裹填滿，在管卡的四個法線方向焊接Φ25鋼筋作為接頭處加固，使相鄰兩根泵管形成一個整體，防止因接頭管卡的破壞導(dǎo)致的不安全因素。

(3)活動接頭：需要活動的接頭，在接頭對接時，不需要套橡膠密封圈，管卡與管壁有一定的間隙，泵管可沿管截面圓心軸線轉(zhuǎn)動，形成活動接頭。

(4)支架豎直泵管上端，采用兩個90°彎頭接成兩個活動節(jié)(如圖1：①活動節(jié)、②活動節(jié))，形成人體肩關(guān)節(jié)功能，可使泵管上、下、左、右活動。將水平泵管分成兩段(①段水平管、②段水平管)，兩段水平管采用兩個90°彎頭接成一個活動節(jié)(如圖1：③活動節(jié))，形成人體肘關(guān)節(jié)，可使泵管②段水平管向內(nèi)折疊。在②段水平管兩端部及中部采用3根鋼絲繩固定與塔吊吊鉤掛在一起，通過塔吊擺動大臂與行走小車，將泵管出料軟管送至各澆筑點，從而達到一定直徑范圍內(nèi)360°全覆蓋澆筑，滿足混凝土澆筑的連續(xù)性要求。

(5)每澆筑完成一個層面，僅需拆除少量倉面泵管，直接用塔吊將上述結(jié)構(gòu)吊離倉面，待下一倉面?zhèn)鋫}完成具備澆筑條件后，直接將上述模塊結(jié)構(gòu)吊運至倉面，僅需安裝少量數(shù)節(jié)泵管及可實現(xiàn)混凝土澆筑，且在該倉混凝土澆筑時不再需要進行泵管安裝或拆卸，施工效率極高。

(6)技術(shù)及安全施工要點：①采用DN125A國標高壓型泵管及配套管件，避免因泵管材質(zhì)導(dǎo)致的不安全因素。②混凝土澆筑過程中，泵管下嚴禁站人及人員通行。出料軟管出料口端采用麻繩套牢，嚴禁人為徒手穩(wěn)出料軟管。③澆筑點的轉(zhuǎn)移，必須由專業(yè)的地面塔吊指揮員與塔吊操作員單一對接。

4 貓溪溝水庫大壩澆筑施工成效

貓溪溝水庫大壩為自密實堆石混凝土新型施工技術(shù)，其堆石主要依托大壩左岸有利地形，根據(jù)大壩澆筑上升高程分別布置堆石運輸通道，運輸過程中通過在壩面采取有效保護措施，自卸車直接將堆石運輸上壩。其中自密實混凝土充分利用左岸地形，在左岸拌和系統(tǒng)完成自密實混凝土生產(chǎn)后，通過簡易溜槽直接運輸至泵機集料斗，形成“一條龍”連續(xù)運輸模式完成水平運輸。垂直運輸方面，利用本文介紹的新技術(shù)，整合全工地設(shè)備資源，充分利用右岸用于鋼筋、模板吊裝的5013塔吊作為自密實混凝土澆筑過程中的提升設(shè)備，大大提高施工現(xiàn)場設(shè)備利用率，實現(xiàn)混凝土在壩面范圍內(nèi)通倉全覆蓋快速施工。按照原批復(fù)的施工組織設(shè)計，貓溪溝水庫大壩壩體混凝土澆筑工期約為18個月，實際實施過程中，通過本文所描述的新工藝及新型入倉手段的使用，大壩于2018年底啟動大壩澆筑，實際澆筑于2019年10月下旬及澆筑至頂高程，歷時約11個月，較原計劃提前近7個月，其中混凝土最大澆筑強度達到9000 m3/月，實現(xiàn)了在保證質(zhì)量安全的前提下大壩大體積混凝土快速施工。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：貓溪溝水庫大壩混凝土澆筑后最大溫升約10℃左右，混凝土澆筑至今發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，壩體質(zhì)量總體良好。

5 結(jié)論

因堆石混凝土主水泥使用量小、絕熱溫升數(shù)值低、施工速度快、質(zhì)量有保證、耐久性好等優(yōu)點，可在水工壩工設(shè)計中推廣使用。同時本文所描述的塔機配合甭管的入倉方式具有甭管安拆少、施工快速高效、受地形條件限制小及混凝土施工質(zhì)量保證率高等優(yōu)點，可在需采用泵送且體量較大的混凝土結(jié)構(gòu)施工中推廣運用。