自密實(shí)堆石混凝土壩施工質(zhì)量控制過(guò)程分析

陳才明

(余慶縣水務(wù)局，貴州 余慶 563000)

1 工程概況

貴州省余慶縣小烏江水庫(kù)工程是列入國(guó)家“三位一體”規(guī)劃，貴州省水利“十三五”發(fā)展規(guī)劃、貴州省鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定水源規(guī)劃的骨干水源工程。該項(xiàng)目位于余慶縣龍溪鎮(zhèn)紅軍村，壩址位于麻溪河中游河段。壩址距龍溪集鎮(zhèn)3.4 km、距余慶縣城25.4 km，距遵義市城區(qū)193.4 km。

余慶縣小烏江水庫(kù)大壩工程于2017年9月動(dòng)工，于2020年12月下閘蓄水。工程任務(wù)是解決龍溪鎮(zhèn)集鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村人畜用水、工業(yè)園區(qū)用水。余慶縣小烏江水庫(kù)大壩為堆石混凝土重力壩，水庫(kù)總庫(kù)容434萬(wàn)m3，屬小(1)型水庫(kù)。水庫(kù)下游河段無(wú)重防洪對(duì)象，故水庫(kù)大壩、表孔溢流壩、取放水建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇洪水設(shè)計(jì)，200 a一遇洪水校核；消能防沖建筑物按20 a一遇洪水設(shè)計(jì)；施工導(dǎo)流及其他臨時(shí)建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：重現(xiàn)期5年。泵站工程等別為Ⅳ等，主要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。泵站按30 a一遇洪水設(shè)計(jì)，200 a一遇洪水校核，輸水管道建筑物按20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，50 a一遇洪水校核。

2 自密實(shí)混凝土施工參數(shù)

小烏江水庫(kù)大壩擋水建筑物為自密實(shí)堆石混凝土壩體。自密實(shí)混凝土是清華大學(xué)金峰教授研究并獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的新技術(shù)，現(xiàn)在西南地區(qū)應(yīng)用推廣較多[1-5]。本次以小烏江水庫(kù)自密實(shí)堆石混凝土壩施工過(guò)程為例，根據(jù)工程實(shí)際施工過(guò)程，其施工自密實(shí)堆石混凝土澆筑工藝流程圖見(jiàn)圖1。該項(xiàng)目自密實(shí)混凝土配比相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 自密實(shí)堆石混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑流程圖

表1 專用自密實(shí)混凝土配合比 單位：kg/m3

3 自密實(shí)混凝土壩施工方法分析

小烏江水庫(kù)堆石料為項(xiàng)目自開(kāi)采，堆石料新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)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(guò)堆石料總重的10%，堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度≥30 MPa，堆石清洗干凈，堆石料的含泥量指標(biāo)≤0.5%，不允許含有泥塊。

堆石料自采石場(chǎng)開(kāi)采后，挖掘機(jī)篩選，高壓水槍沖洗，采用自卸車(chē)運(yùn)輸至倉(cāng)面，堆石采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行堆砌，每倉(cāng)堆石作業(yè)倉(cāng)面設(shè)置集中卸料點(diǎn)，卸料點(diǎn)渣石人工及時(shí)清理運(yùn)除，堆石質(zhì)量保證。本項(xiàng)目根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、人員及設(shè)備配制情況，壩體自密實(shí)堆石混凝土施工模板采用3000 mm×2600 mm×5 mm懸臂鋼模，在倉(cāng)內(nèi)預(yù)埋螺栓作為錨固加固模板。根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工作業(yè)工藝，堆石料運(yùn)輸配置20 t自卸汽車(chē)4輛，2臺(tái)PC320挖掘機(jī)開(kāi)采、鋪設(shè)石料，配置一臺(tái)HBT80輸送泵，半徑為15 m布料機(jī)，砂石加工系統(tǒng)、拌合系統(tǒng)。

3.1 施工方法及操作要點(diǎn)

(1)自密實(shí)堆石混凝土澆筑實(shí)驗(yàn)

在自密實(shí)堆石混凝土澆筑施工前，必須先進(jìn)行自密實(shí)堆石混凝土實(shí)驗(yàn)段施工，設(shè)置實(shí)驗(yàn)倉(cāng)面為30 m×4 m×1.5 m倉(cāng)面，對(duì)自密實(shí)混凝土的性能狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，澆筑時(shí)自密實(shí)堆石縫隙填充試驗(yàn)，觀察自密實(shí)堆石混凝土施工質(zhì)量、效果，對(duì)自密實(shí)混凝土試塊取樣(3 d、7 d、28 d、90 d)檢測(cè)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性及抗凍性，并現(xiàn)場(chǎng)破壞性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。

(2)模板支護(hù)

由于自密實(shí)混凝土流動(dòng)性大，混凝土凝結(jié)以前可持續(xù)對(duì)鋼模板產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，其剛度和強(qiáng)度必須能夠抵抗高自密實(shí)性能混凝土產(chǎn)生的側(cè)向較大壓力，尤其是模板底部，側(cè)向壓力大小計(jì)算認(rèn)為密度為2.5 t/m3進(jìn)行側(cè)壓力計(jì)算，所以在模板施工，對(duì)模板要求極高，防止漏漿、爆模[6-11]。模板支護(hù)施工時(shí)，配置兩套模板交替上升作業(yè)，模板采用完整未損壞、尺寸為3000 m×2600 m×5 m懸臂鋼模，在倉(cāng)內(nèi)預(yù)埋螺栓作為錨固加固模板，螺栓強(qiáng)度≥10.9級(jí)。

(3)倉(cāng)面鑿毛、清洗

自密實(shí)堆石混凝土澆筑完后，待混凝土達(dá)到初凝后，采用高壓水槍進(jìn)行沖毛，對(duì)大壩上游面及沖毛不到位的地方采用電鎬人工鑿毛，再對(duì)倉(cāng)面進(jìn)行清洗，清除倉(cāng)面渣石、乳皮、雜物，確保倉(cāng)面清潔干凈、無(wú)積水、渣石。

(4)堆石入倉(cāng)

自密實(shí)堆石混凝土堆石料篩選清洗后采用自卸汽車(chē)直接運(yùn)輸入倉(cāng)，倉(cāng)面設(shè)置集中卸料點(diǎn)卸石，采用挖機(jī)堆鋪擺石，人工輔助堆石，確保大壩結(jié)構(gòu)尺寸，堆石施工機(jī)械設(shè)備控制在距上游面板2/3距離、下游面板1/3距離，倉(cāng)面中間作業(yè)，機(jī)械設(shè)備進(jìn)入倉(cāng)面必須待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa才能上壩(一般24 h就能滿足，冬季時(shí)間約延長(zhǎng))。自密實(shí)堆石混凝土堆石料選新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)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(guò)堆石料總重的10%，堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度≥30 MPa，堆石清洗干凈，堆石料的含泥量指標(biāo)≤0.5%，堆石倉(cāng)面禁止泥塊進(jìn)入，堆石上面渣石禁止往倉(cāng)面石縫清掃，倉(cāng)面鋪石后未及時(shí)澆筑混凝土?xí)r必須進(jìn)行覆蓋，避免還未澆筑被雨水沖刷，導(dǎo)致倉(cāng)面沉積石渣。

(5)自密實(shí)混凝土澆筑

堆石完成后進(jìn)行自密實(shí)混凝土澆筑，澆筑拌制混凝土?xí)r，先對(duì)自密實(shí)混凝土砂石骨料含水、含泥、細(xì)度模數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)配合比進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，每盤(pán)自密實(shí)混凝土攪拌生產(chǎn)時(shí)間70 s，攪拌完成后對(duì)混凝土性能(擴(kuò)展度、塌落度、過(guò)V漏斗)狀態(tài)檢測(cè)，要滿足工作性能指標(biāo)要求(見(jiàn)表2自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo))，確?；炷翣顟B(tài)穩(wěn)定后入倉(cāng)澆筑，澆筑實(shí)時(shí)控制混凝土狀態(tài)(每間隔4h進(jìn)行性能檢測(cè))，再混凝土澆筑時(shí)，中途出現(xiàn)混凝土狀態(tài)不穩(wěn)定發(fā)生變化時(shí)，需立即停止?jié)仓?，進(jìn)行混凝土狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整，重新進(jìn)行性能檢測(cè)，合格后才繼續(xù)澆筑作業(yè)。

表2 自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)

自密實(shí)混凝土采用溜桶輸送至輸送泵，倉(cāng)面采用泵管配合布料機(jī)進(jìn)行布料澆筑和泵管直接澆筑兩種方式，混凝土澆筑時(shí)控制從一個(gè)方向進(jìn)行澆筑，先澆筑上游面確保壩體防滲面板質(zhì)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(cāng)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(diǎn)間距最大控制3 m，斜距流淌約4 m～5 m。每倉(cāng)自密實(shí)堆石混凝土澆筑完成后，待強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后(一般24 h就能滿足，冬季時(shí)間約延長(zhǎng))才能進(jìn)行下一道工序施工，同時(shí)保持對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)。余慶縣小烏江水庫(kù)工程大壩筑壩施工對(duì)自密實(shí)堆石混凝土使用，根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范、施工數(shù)據(jù)分析堆石與自密實(shí)混凝土占比(堆石使用55%～58%，自密實(shí)混凝土45%～42%)。

(6)自密實(shí)混凝土澆筑溫度、雨季控制

自密實(shí)堆石混凝土澆筑受溫度影響較大，高溫自密實(shí)混凝土工作性能損失過(guò)快，澆筑需選擇有利時(shí)間段，控制28℃以下溫度澆筑(現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)實(shí)測(cè)夏天一般在22℃～30℃、冬季一般在13℃～22℃)，夏季主要控制時(shí)間段(18：00～次日10：00)澆筑，同時(shí)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(zhì)量控制

自密實(shí)堆石混凝土質(zhì)量控制采用超聲波檢測(cè)和孔內(nèi)電視進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)及成果整理按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，超聲波檢測(cè)波速不宜小于3000 m/s。利用孔內(nèi)電視利用設(shè)備對(duì)混凝土鉆孔，通過(guò)對(duì)孔內(nèi)表面全面拍照，分析堆石混凝土內(nèi)部缺陷率對(duì)混凝土的密實(shí)度評(píng)定。

自密實(shí)堆石混凝土現(xiàn)場(chǎng)抗?jié)B檢測(cè)，采用鉆孔壓水試驗(yàn)檢測(cè)大壩的抗?jié)B性，檢測(cè)方法按照《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》(SL 31-2003)中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，進(jìn)行90 d齡期的檢驗(yàn)與評(píng)定，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 自密實(shí)混凝土材料控制及分析

根據(jù)余慶縣小烏江水庫(kù)大壩工程施工實(shí)際情況，自密實(shí)混凝土在使用過(guò)程中，應(yīng)該著重從原材料加以控制，確?；炷列阅軤顟B(tài)。

4.1 原材料指標(biāo)控制

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，用于自密實(shí)混凝土的粉煤灰應(yīng)滿足Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)粉煤灰的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。工程施工采用廈門(mén)益材粉煤灰有限責(zé)任公司提供的金沙縣茶園電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。

砂：本工程主要采用人工砂，混凝土砂細(xì)度模數(shù)控制在中砂(2.4 m～3.0 m)范圍內(nèi)，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(jí)為5 m～20 m(自密實(shí)混凝土粗骨料)、20 m～40 m兩種級(jí)配組成，粗骨料質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好，針片顆粒含量不大于15%(自密實(shí)混凝土不超過(guò)8%)，其超遜徑含量必須控制在：以原孔篩檢驗(yàn)時(shí)，超粒徑小于5%，遜徑小于10%，而以超遜徑篩檢驗(yàn)時(shí)，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(zhì)地堅(jiān)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(yīng)超過(guò)結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4，堆石粒徑小于300 m時(shí)，每平方不得超過(guò)10塊，允許使用少量片石但其重量不得超過(guò)堆石料總重的10%，不宜集中堆放。堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度宜滿足表3要求。

表3 堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度要求

至于本項(xiàng)目工程采用的相關(guān)外加劑，均由北京華石納固科技有限公司提供，高自密實(shí)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(shí)混凝土澆筑溫度指標(biāo)控制

自密實(shí)堆石混凝土澆筑受溫度影響較大，高溫自密實(shí)混凝土工作性能損失過(guò)快，澆筑需選擇有利時(shí)間段，控制28℃以下溫度澆筑(現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)實(shí)測(cè)夏天一般在22℃～30℃、冬季一般在13℃～22℃)，夏季主要控制時(shí)間段(18：00～次日10：00)澆筑，同時(shí)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。自密實(shí)混凝土出機(jī)口采用溫度計(jì)進(jìn)行溫度檢測(cè)，倉(cāng)面混凝土澆筑溫度采用溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。具體檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)自密實(shí)堆石混凝土壩技術(shù)在余慶縣小烏江水庫(kù)大壩施工過(guò)程的有效運(yùn)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行梳理總結(jié)，同時(shí)結(jié)合工程大壩結(jié)構(gòu)形式，分析研究自密實(shí)混凝土配比、堆石比、自密實(shí)混凝土性能狀態(tài)及原材料的影響、自密實(shí)堆石混凝土壩技術(shù)應(yīng)用，并運(yùn)用科學(xué)的管理水平和先進(jìn)的檢驗(yàn)手段，對(duì)自密實(shí)堆石混凝土重力壩施工技術(shù)特點(diǎn)、難點(diǎn)開(kāi)展專項(xiàng)技術(shù)研究和主動(dòng)創(chuàng)新，為筑壩技術(shù)多元化發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)，提煉先進(jìn)技術(shù)工藝，為筑壩提供技術(shù)支持與保障，對(duì)今后類(lèi)似工程建設(shè)施工起到一定的指導(dǎo)作用。