李凱庭

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津301700)

1 概述

獅子坪水電站壩基混凝土防滲墻施工區(qū)海拔2 408 m，防滲墻為嵌固式設(shè)計(jì)，墻體厚度1.2 m，最大槽孔深度為101.8 m，槽段長(zhǎng)度4.4～9.0 m，且槽段內(nèi)的孔底高差比較大。

防滲墻墻段連接采用“接頭管法”連接，下設(shè)直徑96 cm的接頭管，接頭管起拔完成后，再用120 cm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，以滿足設(shè)計(jì)墻體搭接厚度。

槽孔內(nèi)下設(shè)鋼筋籠、預(yù)埋管，鋼筋籠的厚度為100 cm，高度為5.0 m，底部安置高程為2 402.85 m，頂部安置高程為2 407.85 m;灌漿預(yù)埋管為雙排設(shè)計(jì)，軸線對(duì)稱布置，排距80 cm，孔距250 cm，下設(shè)到槽孔孔底。

2 防滲墻墻體材料及配合比設(shè)計(jì)

2.1 墻體材料與混凝土性解指標(biāo)

防滲墻墻體材料為普通混凝土。防滲墻混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。另外，為了使混凝土具有良好的工作性能，根據(jù)防滲墻規(guī)范要求，混凝土塌落度為180～220 mm，擴(kuò)散度340～400 mm，初凝時(shí)間＞6 h，終凝時(shí)間＜24 h。

表1 防滲墻混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo) MPa

配制混凝土的原材料有:①水泥:P.O42.5水泥;②粉煤灰:Ⅱ粉煤灰;③粗骨料:均為天然骨料，小石粒徑5～20 mm，中石粒徑20～40 mm;④砂:采用天然砂，粒徑＜5 mm，細(xì)度模數(shù)2.4～2.8;⑤外加劑:QHHP高性能泵送劑;⑥水:雜谷腦河河水。

按照施工合同，防滲墻混凝土用的砂石骨料為甲供材，且全部為人工料，但前期防滲墻試驗(yàn)(槽孔深度80 m)使用人工料攪拌的混凝土顯示:混凝土的和易性、流動(dòng)性、保水性等工作性能不佳，骨料易離析，且澆筑易堵管，混凝土芯樣的表面麻面多、芯樣短、混凝土不均一等，因此使用人工砂石骨料攪拌的混凝土不宜深槽澆筑。為了能更好保證防滲墻混凝土澆筑質(zhì)量，最終使用天然砂石骨料。

2.2 混凝土配合比

根據(jù)上述“2.1”對(duì)混凝土性能的要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)大量混凝土配比實(shí)驗(yàn)，選定配合比中水膠比為0.44，砂率為47%。粉煤灰摻量為40%，可降低混凝土的早期強(qiáng)度，有利于接頭孔施工。防滲墻的混凝土特性要求高強(qiáng)、低彈、大塌落度、泵送，骨料的彈性模量與它在混凝土中所占體積對(duì)混凝土彈性模量均會(huì)有影響，因此為降低混凝土骨架的剛度，采用二級(jí)配比例小石∶中石=60%∶40%?；炷僚浜媳仍斠姳?。

表2 防滲墻混凝土配合比 kg/m

在每倉混凝土攪拌前，對(duì)砂石骨料的含水率、超遜徑等進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)上述配合比進(jìn)行校正。

3 混凝土拌和系統(tǒng)

防滲墻混凝土澆筑具有單位時(shí)間澆筑強(qiáng)度大，而且澆筑過程不能中斷的特點(diǎn)。為保證澆筑質(zhì)量、便于澆筑過程中前臺(tái)與拌和站的協(xié)調(diào)，根據(jù)施工區(qū)場(chǎng)地具體情況，在距左岸防滲墻軸線下游35 m處建造混凝土系統(tǒng)?；炷料到y(tǒng)布置圖詳見圖1?；炷料到y(tǒng)包括混凝土攪拌機(jī)、混凝土輸送泵、水泥庫房、砂石骨料堆放場(chǎng)及給水加熱鍋爐。

3.1 混凝土攪拌機(jī)

選擇2臺(tái)JS750型強(qiáng)制攪拌機(jī)和1臺(tái)ZPL1200配料機(jī)，可滿足澆筑強(qiáng)度。在個(gè)別澆筑方量大的槽段，為了保證澆筑速度，縮短澆筑時(shí)間，同時(shí)使用了另外一個(gè)同規(guī)格的拌和站。

水泥、粉煤灰及外加劑采用人工上料，為了能便于上料和上料的準(zhǔn)確，每盤實(shí)際攪拌0.6 m3，即每盤加入的水泥為150 kg(三包)、粉煤灰100 kg(兩包)、外加劑2 kg。砂石骨料自動(dòng)稱重配料。

3.2 原材料儲(chǔ)存

水泥庫房?jī)勺?，布置在攪拌機(jī)兩側(cè)，以便于上料，庫房可存放400 t水泥、粉煤灰，滿足最大槽孔混凝土澆筑。

砂石骨料場(chǎng)在配料機(jī)的后面。砂、小石、中石用2 m高的混凝土擋墻隔離，根據(jù)混凝土配比用量，砂用量最多，為便于上料，布置在距配料機(jī)最近的地方，小石居中，中石最遠(yuǎn)。砂石骨料庫容能夠滿足最大槽孔混凝土澆筑。

3.3 混凝土運(yùn)輸

考慮到本工程槽孔混凝土方量大、澆筑強(qiáng)度高的特點(diǎn)，由于混凝土拌和系統(tǒng)距澆筑面不遠(yuǎn)，采用1臺(tái)HBT60型混凝土泵輸送混凝土，接Φ150mm輸送管使用。

在澆筑S08槽(槽長(zhǎng)6.8 m，平均孔深100.23 m)、S06槽(槽長(zhǎng)6.8 m，平均孔深94.3 m)、S10＆11A 槽(槽長(zhǎng)9 m，平均孔深89.1 m)時(shí)，由于混凝土澆筑方量大，尤其是S10＆11A槽，混凝土實(shí)際澆筑1 313.4 m3;為了滿足混凝土上升速度，使用了兩個(gè)混凝土拌和站，另一個(gè)拌和站距施工現(xiàn)場(chǎng)約1 km，其混凝土使用2臺(tái)8 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸。

圖1 混凝土拌和系統(tǒng)

3.4 給水加熱鍋爐

防滲墻有部分槽段在冬季施工，并進(jìn)行混凝土澆筑。冬季氣溫在0℃ ～-10℃，為保證入槽混凝土的溫度≥5℃，需要用熱水?dāng)嚢?。為了控制水溫和熱水用量，在拌和站安設(shè)2級(jí)加熱鍋爐:第一級(jí)鍋爐將水加熱至沸騰;第二級(jí)鍋爐將沸騰的水調(diào)和到60℃以下用于混凝土攪拌。第二級(jí)鍋爐用電熱管加熱保溫，并安有溫控裝置，當(dāng)水溫到達(dá)60℃時(shí)，電熱管停止加熱。兩個(gè)鍋爐用Φ50 mm鋼管連接，并安有行程開關(guān)，自動(dòng)上水。

4 混凝土澆筑過程控制

防滲墻混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑，自上而下置換孔內(nèi)泥漿，在漿注壓力下自行密實(shí)，不用振搗。澆筑前在導(dǎo)管內(nèi)放入一個(gè)直徑比導(dǎo)管內(nèi)徑略小的充氣膠球作為導(dǎo)管塞，以便將最初進(jìn)入導(dǎo)管的混凝土和管內(nèi)泥漿隔離開來。

4.1 混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作

在清孔驗(yàn)收前:①準(zhǔn)備混凝土澆筑用器具(澆筑導(dǎo)管、井架、漏斗、儲(chǔ)料槽、溜槽、拆卸導(dǎo)管的工具、起吊導(dǎo)管用的鋼絲繩套、膠球等);②檢修拌和系統(tǒng)、混凝土泵、吊車、裝載機(jī)等設(shè)備;③檢測(cè)砂石骨料，校正混凝土配合比。

在清孔驗(yàn)收合格后:①開始下設(shè)接頭管、鋼筋籠、預(yù)埋管及監(jiān)測(cè)儀器，最后下設(shè)澆筑導(dǎo)管，導(dǎo)管底部距孔底25 cm，導(dǎo)管間距要符合規(guī)范要求。②安裝混凝土泵管到儲(chǔ)料槽;用混凝土攪拌車運(yùn)輸時(shí)，還需在儲(chǔ)料槽前布置馬道;③用5 cm厚度的木板將槽口遮蓋，防止施工人員或異物掉入槽孔內(nèi);④攪拌混凝土，準(zhǔn)備開始澆筑。

4.2 開澆階段控制

1)檢查膠球是否已經(jīng)放入導(dǎo)管內(nèi)，然后用擋板將漏斗底部出口封住，向漏斗內(nèi)注入適量砂漿，是為了潤(rùn)濕混凝土泵管、導(dǎo)管和防止混凝土中的骨料卡球。

2)混凝土由攪拌站出料口經(jīng)混凝土泵(或由混凝土攪拌車)輸送至槽口旁的儲(chǔ)料槽內(nèi)，當(dāng)儲(chǔ)料槽內(nèi)蓄滿混凝土、同時(shí)2臺(tái)混凝土攪拌機(jī)已將料攪拌好備用，將儲(chǔ)料槽的放料閘門打開，混凝土經(jīng)溜槽流入漏斗，及時(shí)將漏斗中的擋板提出，大量的混凝土涌入導(dǎo)管，將膠球和管內(nèi)泥漿從導(dǎo)管底部壓出，此時(shí)混凝土要連續(xù)放入導(dǎo)管內(nèi)，絕不能中斷，直到混凝土將開澆的導(dǎo)管埋入至少0.3m。

3)因防滲墻槽孔底部有坡度或成臺(tái)階狀，要先開澆下設(shè)最深的導(dǎo)管，當(dāng)混凝土面與較淺的導(dǎo)管底部一平時(shí)，開澆此套導(dǎo)管。

4)首批混凝土澆筑完畢后，用加重的測(cè)餅測(cè)量混凝土面高度，判斷導(dǎo)管是否已埋入混凝土中。

5)經(jīng)測(cè)量計(jì)算，頂部的短管拆卸后導(dǎo)管埋深≥2 m時(shí)，進(jìn)行短管拆卸。

4.3 中間階段控制

最上面的一節(jié)短管拆除后，混凝土澆筑進(jìn)入中間階段。

1)控制澆筑速度。一期槽兩端下設(shè)接頭管，混凝土的初凝時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)約13 h，澆筑速度過快，接頭管埋深多，起拔就困難，混凝土未初凝就起拔成孔效果會(huì)很差，為了保證拔管成孔效果，混凝土上升速度應(yīng)控制在3 m/h左右。二期槽孔可根據(jù)混凝土拌和能力加快澆筑速度。本工程一期槽孔平均上升速度為3.3 m/h，二期槽孔平均上升速度為4.9 m/h。

2)控制導(dǎo)管埋深。每次導(dǎo)管拆卸后，孔內(nèi)導(dǎo)管埋入混凝土中的深度≥2 m;當(dāng)孔內(nèi)導(dǎo)管長(zhǎng)度＞70 m時(shí)，導(dǎo)管達(dá)到埋深要求后，須一節(jié)一節(jié)(中間部位每節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)2.5 m)的拆卸;當(dāng)孔內(nèi)導(dǎo)管長(zhǎng)度＜70 m時(shí)，根據(jù)澆筑情況可每?jī)晒?jié)導(dǎo)管同時(shí)拆卸。

3)拆卸導(dǎo)管時(shí)，不要將灑落在槽口蓋板上的混凝土沖到槽孔內(nèi);放料時(shí)，不要過猛、過快，避免混凝土從漏斗內(nèi)溢出灑落槽孔內(nèi)。

4)勤測(cè)量混凝土面深度，使槽孔內(nèi)最大混凝土面高差控制在0.5 m以內(nèi)。當(dāng)一側(cè)混凝土面較高時(shí)，可減少最近那套導(dǎo)管的混凝土流入量，等到混凝土面的高差很小時(shí)，再均勻放料。

5)在S10＆11A槽孔內(nèi)下設(shè)了監(jiān)測(cè)儀器，此槽的第二套導(dǎo)管離儀器的水平距離很近，為了保護(hù)儀器在澆筑時(shí)不受到破壞，拆卸導(dǎo)管后，導(dǎo)管底部盡量避開儀器下設(shè)的位置，且澆筑速度適當(dāng)放慢。

6)澆筑過程中因停電、配料機(jī)故障而發(fā)生中斷，中斷時(shí)間均未超過40 min。澆筑中斷后每隔10～15 min使用吊車上下活動(dòng)澆筑導(dǎo)管，防止恢復(fù)澆筑時(shí)造成堵管。非停電造成的中斷，每隔10～15 min泵送一點(diǎn)殘留在混凝土泵中的混凝土，防止發(fā)生泵管堵塞。

7)在機(jī)口和槽口取試樣檢測(cè)混凝土的塌落度、擴(kuò)散度，以便更好的控制混凝土質(zhì)量及澆筑效果;取強(qiáng)度、彈模、抗?jié)B、抗凍試塊來檢測(cè)設(shè)計(jì)指標(biāo);冬季施工還應(yīng)檢測(cè)槽口處的混凝土溫度，其溫度控制在5℃以上。

4.4 終澆階段控制

當(dāng)混凝土面上升至距孔口只剩5 m左右時(shí)，槽孔澆筑進(jìn)入終澆階段。

1)此時(shí)槽孔內(nèi)的泥漿很稠，澆筑越深的槽孔越明顯，有時(shí)泥漿會(huì)成絮凝狀，浮力大，用測(cè)錘已很難測(cè)準(zhǔn)混凝土面，此時(shí)應(yīng)用預(yù)備好的長(zhǎng)竹竿或鋼筋探測(cè)混凝土面。

2)導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差越來越小，經(jīng)常滿管，下料不暢，需要不斷地上下活動(dòng)導(dǎo)管，活動(dòng)導(dǎo)管時(shí)不易將導(dǎo)管提起過高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)管被混凝土托起，無法下放到井架上，造成混凝土無法流入導(dǎo)管內(nèi)，增加了澆筑的困難。

3)及時(shí)用清水稀釋稠漿，此時(shí)的泥漿已被污染，不能回收利用。

4)勤測(cè)量混凝土面高程，使混凝土終澆高程高出設(shè)計(jì)墻頂高程0.5～0.7 m;不易過高，否則一是浪費(fèi)混凝土，二是增加鑿除此部分混凝土的難度。

5 混凝土檢測(cè)

防滲墻17個(gè)槽段共取抗壓強(qiáng)度試件99組，其中28 d齡期抗壓強(qiáng)度19組;90 d齡期抗壓強(qiáng)度共40組;360齡期抗壓強(qiáng)度共40組。彈性模量試驗(yàn)共4組，90 d和360 d彈模各2組;360 d齡期抗?jié)B試驗(yàn)5組;360 d齡期抗凍試驗(yàn)2組。

28 d齡期抗壓強(qiáng)度并無設(shè)計(jì)指標(biāo)，是施工時(shí)的混凝土質(zhì)量過程控制的一個(gè)措施，為是否能夠滿足90 d、360 d齡期抗壓強(qiáng)度做參考。各齡期抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果詳見表3。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

2組試塊90 d彈性模量為2.61×104和2.83×104，2組試塊360 d彈性模量為3.39×104和3.21×104，各齡期彈性模量均符合設(shè)計(jì)要求。5組360 d齡期抗?jié)B試驗(yàn)和2組360 d齡期抗凍試驗(yàn)結(jié)果也均符合設(shè)計(jì)要求。

防滲墻完工后，施工了2個(gè)檢查孔，進(jìn)行混凝土澆筑質(zhì)量檢查工作。兩個(gè)檢查孔使用直徑 Φ 150 mm的雙層鉆具取芯，均打穿防滲墻進(jìn)入基巖。混凝土取芯率都為100%，且每段取芯長(zhǎng)度為5 m，表面光滑，混凝土分布均勻。壓水最大值滲透系數(shù)為3.0×10-7cm/s。檢查孔見基巖面深度和原槽終孔深度基本吻合，墻底落淤均＜3 cm。

6 結(jié)語

超深槽孔混凝土澆筑前就要精心組織，從混凝土原材料選用、配合比設(shè)計(jì)、拌和系統(tǒng)、運(yùn)輸、澆筑器具、導(dǎo)管的布置、清孔等每一項(xiàng)工作都會(huì)影響混凝土澆筑能否順利、滿足質(zhì)量要求。通過本工程超深槽孔混凝土澆筑，總結(jié)如下施工經(jīng)驗(yàn):

1)混凝土應(yīng)使用天然砂石骨料拌制。本工程混凝土澆筑順暢，從未發(fā)生因混凝土本身原因而造成澆筑導(dǎo)管堵塞，混凝土芯樣光滑、無麻面，且混凝土均勻。

2)使用膨潤(rùn)土泥漿，清孔換漿后，泥漿性能指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范要求，但泥漿黏度應(yīng)適中，本工程清孔后泥漿的黏度控制在32～36 s。泥漿黏度高，澆筑時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土面附近的泥漿越稠，越容易絮凝成團(tuán)狀物質(zhì)，不利于混凝土面的測(cè)量，增加終澆階段澆筑難度。

3)澆筑前應(yīng)掌握此槽段的造孔資料，當(dāng)測(cè)得的混凝土面上升速度與混凝土澆筑方量出現(xiàn)異常時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確分析原因，避免出現(xiàn)導(dǎo)管拔出混凝土或鑄管事故。

4)控制好導(dǎo)管埋入混凝土中的深度，即使?jié)仓浅ｍ槙常瑢?dǎo)管提升也不困難，也應(yīng)及時(shí)拆卸導(dǎo)管，并不是導(dǎo)管埋深大，澆筑質(zhì)量越好:①混凝土的壓重會(huì)阻礙導(dǎo)管內(nèi)混凝土的正常擴(kuò)散、上升，尤其是終澆階段，導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差減小，混凝土擴(kuò)散范圍減小，混凝土?xí)訉?dǎo)管外壁上升，易與混凝土面的沉渣、泥漿混合，難以保證澆筑質(zhì)量;②若遇到特殊地層會(huì)造成混凝土流失。

為保證開澆和終澆階段澆筑順暢，應(yīng)在每套導(dǎo)管的頂部和底節(jié)導(dǎo)管以上部位設(shè)置數(shù)節(jié)長(zhǎng)度為0.3～1.0 m的短導(dǎo)管。

5)澆筑導(dǎo)管下設(shè)時(shí)應(yīng)盡量避開鋼筋籠、預(yù)埋管定位架的橫向鋼筋，導(dǎo)管外壁與橫向鋼筋的水平距離應(yīng)保持在30 cm以上，否則澆筑時(shí)，由于混凝土的擠壓，很可能使導(dǎo)管與橫向鋼筋相交，起管時(shí)導(dǎo)管接頭卡在鋼筋籠或定位架上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生鑄管事故。當(dāng)導(dǎo)管接頭卡在鋼筋籠或定位架上時(shí)，適當(dāng)減緩澆筑速度，將導(dǎo)管在孔口旋轉(zhuǎn)90°～180°，再起吊可將導(dǎo)管提起。

6)為防止長(zhǎng)時(shí)間停電而造成澆筑中斷。本工程備用了一臺(tái)250 kW的柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，能夠滿足拌和系統(tǒng)、混凝土泵和抽水泵的用電，在停電時(shí)發(fā)揮了作用。

7)氣候會(huì)影響混凝土澆筑，尤其是冬季、夏季、雨季，提前做好相關(guān)控制措施。

8)每次澆筑前，要對(duì)澆筑設(shè)備、器具進(jìn)行檢修、保養(yǎng)，同時(shí)混凝土原材料要備足。

［1］馬迎春.混凝土防滲墻施工技術(shù)綜述［J］.黑龍江水利科技，2005，33(6):41-42.