李獻斌
(惠州市潼湖水利工程管理中心,廣東 惠州 516243)
我國經濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,在基建項目和各種水利工程項目中的投入占比越來越多,加強水利工程項目建設,對農業(yè)發(fā)展以及各項經濟活動,均能夠起到保駕護航的作用。
楊紅艷在文獻[1]中提出,在大壩混凝土施工過程中,運用碾壓加固技術,可以最大程度保證水利工程整體質量,以有效融合新方法為施工條件,對大壩的施工質量進行有效管控。
但碾壓混凝土施工技術,在實際應用過程中仍存在一些問題,需要進行不斷優(yōu)化,從而更好地促進我國水利工程施工建設的發(fā)展。魏留建在文獻[2]中提出,在碾壓混凝土施工過程中,因為管理不當、人員操作失誤以及施工人員工藝存在偏差性等,導致施工出現質量問題,必須對常見的質量問題采取相應措施。
由于水利項目建設的工程量和規(guī)模較大,必須在專業(yè)性較強的工作人員監(jiān)督下進行施工。而在水庫大壩施工中,需要對整個周期內的施工進行實時監(jiān)測。夏弘帥在文獻[3]中提出,以碾壓混凝土技術為施工方法,在水庫大壩建設工程中,針對從施工準備到混凝土養(yǎng)護等方面進行了分析。
本文以實際工程為例,研究水利工程水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術,為類似工程的施工建設提供一定的參考與借鑒。
本文以建設年份較早的A水庫為例,對混凝土加固技術進行試驗分析。該水庫于上世紀80年代經人工挑筑施工完成,在使用期間并未進行過地質勘查工作,為滿足水庫大壩的除險加固設計要求,將該工程委托于某勘查公司,進行外業(yè)勘查工作。
結合現場地下水文地質條件,按照《巖土工程勘察標準》(GB 50021-2001),進行水庫壩區(qū)現場環(huán)境調查??辈槠陂g水庫壩體的各個孔位,穩(wěn)定水位高程在15.26~16.21 m左右。
根據勘查報告顯示,該工程所在大部分地區(qū)為原始地貌,地形起伏較小,水庫壩頂高程為48.12~51.40 m,最大壩高約4.5 m[3]。其地下水中的礦物質元素對鋼結構具有一定腐蝕性,因此水庫壩體的鋼筋混凝土結構也會受到微弱腐蝕。
此次選定的水庫大壩填土的材料,主要來源于大壩上下游以及壩體的兩側山坡,分為灰黃和灰色兩種粉質黏土,局部含有碎石,具有較強可塑性。
壩體最大厚度為10.2 m,層底高程范圍為43.00~46.50 m。為研究碾壓混凝土加固技術的施工方法,需要找到較為薄弱的壩身進行加固操作。選擇多個部位進行檢測,對壩身和壩基接觸部位進行野外注水試驗,具體結果見表1。
表1 壩身與壩基接觸部位注水勘查成果
根據表1可知,在此次水庫壩體中選擇5個位置,對每個孔位進行土層標記,每組勘查段的長度范圍一致,均為1.4~4.2 m。
對具有中透水性的壩體位置進行觀察,其壩身與壩基接觸處防滲性較差,有局部滲水的現象,因此對其進行碾壓混凝土加固施工。
對選定的水庫壩體進行加固,利用碾壓混凝土加固技術進行施工,修建混凝土灌注泥漿池,選擇型號為120#的漿砌塊石進行砌筑,內部進行抹面。
在修建完畢泥漿池后,對施工材料進行拌制。選定制漿材料,以優(yōu)質膨潤土作為泥漿材料,其性能指標見表2[4]。
表2 膨潤土性能指標
根據表2可知,此次選擇的3種類型膨脹土中,Q20型號的性能指標最優(yōu),以此作為混凝土施工原材料。
除膨潤土以外,還需選擇其他材料。在水庫中抽取用水,分別加入分散劑純堿和羧甲基纖維素(CMC)增稠劑,以及水泥防漏劑等材料。
按照實際檢測結果,對標記的壩體加固標準進行設定,以一般卵石層和漏失地層為標準,對攪拌材料的配合比進行設定,具體情況見表3。
表3 混凝土泥漿配比參數 /%
根據表3可知,按照上述比例進行混凝土配制,以保證材料達到施工性能指標。具體如下:泥漿濃度需大于5.2%,漏斗黏度為40~60 s,且配置密度需要小于1.5 g/cm3。在攪拌完畢后10 min靜切力需要達到1.6~15 N/m2,為減少材料本身的腐蝕性能,其pH值需要控制在9.6~12.5之間。
以性能指標為制備基礎,設定混凝土攪拌方式:選擇高速攪拌機,制漿標準為40 m3/h,每次攪拌時間不超過4 min,且各類材料的加料誤差不得超過3%。將拌制完成的混凝土材料放置在泥漿池中,等待施工。
以沖擊鉆為槽段鉆孔設備,將3臺設備為一組,對A3號位置和A5號位置進行槽段鉆孔施工,設計其幾何尺寸。
此次加固過程在多網格放置前提下,在初次振實完畢混凝土材料后,等待滿足干容量要求,即27.5~29.7 kN/m3之間。對劃分完畢的加固位置進行標記,放置鋼筋裝置,見圖1。
圖1 放置澆筑鋼筋裝置
圖1中,將鋼筋欄板依次按順序進行下放,使其能夠滿足澆筑前壩基高程范圍,設定初始混凝土鋪設面為8 cm[5]。在鋼筋下放完成后,采用蒸汽方式進行加熱,控制后期混凝土加固過程中的澆筑溫度能夠保持在12℃~16℃范圍內。
將沖擊鉆鉆頭中心對準槽段中心線,設置兩組鉆機之間距離為3.5 m,先使用小沖擊間斷的方式進行開孔,控制每分鐘沖擊次數40次。
當導向孔設計結束后,進行抓槽工作,按照順序從兩側向中間移動,首次抓長不得超過3.2 m。對選定的壩體進行混凝土加固施工,設定具體施工內容,通過修建施工平臺,對水庫壩體的導墻進行防滲加固。
設計壩體修建圖紙,將高程按照1∶1.4的坡度進行修筑。利用薄混凝土防滲墻技術,在現有的水庫壩體檢測位置上,修建厚度為0.5 m的防滲墻,墻底嵌入風化麻巖石,厚度為0.8~1.4 m。對地層內的適應范圍可以加寬,在其中放置一定量的砂土層,保證壩基的密實程度,此次最大建墻深度最低需達到45 m。
設計完畢壩體施工平臺后,對導墻體進行施工,采用蛙式打夯機對導墻底進行夯實,并對導墻底部進行砂漿墊底。當砂漿墊底形成初凝效果后,在其面上放置導邊墻線,并進行導墻的鋼筋捆綁和扎實,以此固定澆筑模板和調直經緯儀。見圖2。
圖2 對標澆筑模板與工具
圖2中,將儀器放置在導墻鋼筋中,對其進行綁扎找準,利用水準儀進行找準設定,當所有導墻處于同一平面后,可以進行混凝土澆筑。整個澆筑過程中會采用插入式振搗器,對混凝土材料進行充分振動,待填筑材料達到一定強度后,才可以拆除模板。導墻要平行于防滲墻的中心線,可容許偏差為1.5 cm。
拆除混凝土導入墻模板后,需要對壩體進行混凝土碾壓加固,先對壩基進行多次碾壓,以形成較為堅固的水壩基底。在混凝土回填時,需要對每一次的碾壓過程進行密實處理,按照分段碾壓的方式,對混凝土材料進行鋪設。
在完成鋼筋結構填筑后,對表面進行抹平處理,利用多臺振動碾設備,在其表面進行數次碾壓,次數至少為7次。通過不同施工壩體的槽段設計,以分塊分段的方式對壩體進行加固,每次加固的分段長度設置在150~300 m之間。
對每個區(qū)域進行鋪料厚度設定。其中,在主壩區(qū)的鋪設厚度為1 000 mm,次壩區(qū)的厚度為1 200~1 600 mm,過渡區(qū)厚度為600 mm。設定混凝土的碾壓鋪設順序,以進占法為碾壓方式,選擇碾壓機對鋪設完畢的混凝土進行壓制,最后一次碾壓過程見圖3。
圖3 最后一次碾壓鋪設過程
圖3中,此次選擇推土機設備,對混凝土材料進行最后碾壓鋪設,采用邊振動邊碾壓的方式對其進行壓制。
在完成全部碾壓后,靜止其表面干燥,對每個標記點位置中的鋪設成果進行清理和保水養(yǎng)護,在加固后的表面間斷性進行灑水處理,見圖4。
圖4 清理并養(yǎng)護加固表面
圖4中,利用自動養(yǎng)護儀對壩體表面進行處理,在為期2周的養(yǎng)護時間中,對標記點的施工壩體進行檢測。通過測試加固壩體的滲水系數,測試數據需要超過標準設計要求,以此完成碾壓混凝土加固施工全過程。
混凝土碾壓質量直接影響壩體施工質量,在施工完成后需要對壩體材料進行質量檢測,以此驗證其是否達到規(guī)定的密實度。對選定的兩處施工點,A3號和A5號進行隨機取樣,檢測碾壓混凝土的抗壓強度和滲透系數。
在混凝土施工過程中,此次對兩處碾壓點均標記了澆筑槽口,且在兩組加固的位置上,分別留取了測試樣本,按照實際施工時間,對樣本材料進行放置,使其與加固壩體所處環(huán)境一致。對留取的混凝土樣本材料進行測試,以施工35天為標準,分別檢驗其抗壓強度和滲透系數,驗證碾壓混凝土加固技術的應用效果。
在碾壓加固施工過程中,對混凝土攪拌材料進行現場取樣,由施工單位進行室內成型和養(yǎng)護工作,在達到35天齡期后,送去測試中心進行性能檢驗。
按照施工標準養(yǎng)護的樣本材料,其顏色較為均勻,沒有明顯缺陷,并對成型的混凝土槽塊進行鉆孔檢測。
對兩組加固修復位置中的混凝土槽塊,均鉆取5個孔位,以拉力檢測機器為測試工具,對上述孔位進行測試。由于鉆孔檢測能夠直接對整個墻體的質量進行整體性分析,分別設置不同孔深為變量條件,即7和10m,依次完成測試,具體結果見圖5。
根據圖5可知,在孔深7 m變量條件下,兩組加固點的抗壓強度最大值接近9.00 MPa,符合抗壓施工標準。
為保證在強洪水標準下,大壩壩體仍具有高抗壓性質,對孔深進行加深,進行深度為10 m的抗壓檢測,具體結果見圖6。
圖5 孔深7 m變量下抗壓強度檢測結果
圖6 孔深10 m變量下抗壓強度檢測結果
根據圖6可知,在孔深10 m變量條件下,兩組加固點的抗壓強度最大值為8.0 MPa,符合抗壓施工保準。
綜合試驗結果可知,此次以碾壓混凝土施工為大壩加固方法,可以保證在不同孔深下,大壩壩身具有較大抗壓強度,具有實際應用價值。
在抗壓強度滿足標準的前提下,對其滲透系數進行檢測,以注水方式為檢測標準,在不同孔深下進行防滲性能測試。仍以上述兩種鉆孔深度為標準,對每個孔位進行注水,在超強壓力下保持30 min的留置時間。在完成放置后,為減少測試時間,直接采用滲水系數檢測儀器,具體結果見圖7。
根據圖7可知,在兩個施工位置中,無論是7 m測試孔深還是10 m測試孔深,其防滲系數均低于2.42×10-6cm/s,具有實際應用效果。
圖7 滲透系數檢測結果
本文以某水利工程中的大壩施工過程為例,針對碾壓混凝土加固技術提出了新的要求和養(yǎng)護方法,并得到較好的施工效果。研究結果表明,按照本文方法進行大壩碾壓加固,混凝土的抗?jié)B處理有大幅度的提升效果。