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        自密實堆石混凝土在清油河水庫樞紐工程中的應(yīng)用

        2017-12-20 10:52:18,
        地下水 2017年5期
        關(guān)鍵詞:混凝土工程施工

        ,

        (陜西省地下水管理監(jiān)測局,陜西 西安 710003)

        自密實堆石混凝土在清油河水庫樞紐工程中的應(yīng)用

        胡濱,李小冰

        (陜西省地下水管理監(jiān)測局,陜西 西安 710003)

        堆石混凝土技術(shù)是在自密實混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型大體積混凝土施工技術(shù),其利用自密實混凝土的高流動抗離析性能,在粒徑較大的塊石內(nèi)充填自密實混凝土而形成混凝土堆石體,具有低水化熱、工藝簡便、施工速度快、綜合成本低廉、低碳環(huán)保等優(yōu)點。該技術(shù)已在水利水電工程上已有較多應(yīng)用并取得顯著成果。簡述了堆石混凝土技術(shù)的主要特點,介紹了堆石混凝土在清油河水庫樞紐中的應(yīng)用情況,并針對堆石混凝土和漿砌石以及碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較,得出結(jié)論堆石混凝土更優(yōu)于另外兩種筑壩材料??偨Y(jié)該技術(shù)的先進性將有助于該技術(shù)的推廣并可為同類工程提供經(jīng)驗借鑒。

        自密實堆石混凝土;水庫樞紐;重力壩;設(shè)計

        自密實混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱SCC)是指在澆筑過程中無需施加任何振搗,僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙并且不發(fā)生離析泌水的混凝土,已在工民建行業(yè)應(yīng)用多年。

        為了解決中小型工程中的大體積混凝土施工困難,科研人員利用自密實混凝土代替高流動砂漿充填堆石體施工工藝,研究出堆石混凝土工藝,即將一定粒徑的堆石直接入倉,形成有空隙的堆石體,然后從堆石體上部倒入自密實混凝土,利用自密實混凝土的高流動抗離析性能,使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石的空隙中,形成完整,密實,有較高強度的混凝土。該技術(shù)于2003年提出,并于2005年獲得國家發(fā)明專利的授權(quán),目前為止已成功應(yīng)用于筑壩、防洪、基礎(chǔ)處理、出險加固等多個建設(shè)領(lǐng)域。例如山西清峪水庫工程、廣東長坑水庫工程、福建楊莊防洪堤工程、四川向家壩水電站沉井填芯工程等。在施工成本、質(zhì)量、效率、環(huán)境等方面得到了建設(shè)各方的認可與肯定。在2008年4月獲得了水利部科技成果鑒定。自密實堆石混凝土雖然在多處成功應(yīng)用,但目前國內(nèi)對該混凝土的研究和應(yīng)用還處于初期階段,且每項工程的施工條件、原料條件也都不盡相同,清油河水庫大壩是陜西省第一座使用自密實堆石混凝土的壩高超過50 m的大壩,因此結(jié)合工程實際開展自密實堆石混凝土技術(shù)研究非常必要。

        1 自密實堆石混凝土技術(shù)

        自密實混凝土的突出特點是拌合物具有良好的工作性能,即使在密集配筋和復(fù)雜形狀的條件下,僅依靠自重而無需振搗便能均勻密實填滿堆石的空隙,為施工操作帶來極大方便。同時,兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、加快施工進度、提高勞動生產(chǎn)率、降低工程投資等技術(shù)先進性和創(chuàng)新性,自密實混凝土被稱為“近幾十年混凝土建筑技術(shù)最具有革命性的發(fā)展”。

        自密實堆石混凝土(Rock Filled Concrete,簡稱RFC),在粒徑較大的塊石(粒徑在300 mm以上)內(nèi)隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。堆石混凝土作為一種新型的混凝土施工工藝,特別適合大體積混凝土的施工。堆石混凝土的水泥用量與碾壓混凝土相當,單方水泥用量一般為70~90 kg,具有施工簡單、水化熱溫升較低、質(zhì)量容易得到控制等特點。堆石混凝土除強度、彈模等基本力學性能與普通大體積混凝土相近外,在施工速度、質(zhì)量保證率、溫控措施及降低施工成本等方面比常規(guī)混凝土或碾壓混凝土都具有一定的優(yōu)勢。

        1.1 低水泥用量與低水化熱

        C15~C25堆石混凝土只需要70~100 kg水泥,與常態(tài)混凝土相比減少了70%左右,絕熱溫升僅15℃~17℃,工程實測的大體積混凝土實際水化溫升在10℃左右,可以減少甚至取消溫控措施。

        1.2 施工工藝簡便,施工快速,縮短工期

        堆石混凝土施工過程簡單,最大限度地降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量,現(xiàn)場控制管理更加簡便易行;堆石混凝土免除了混凝土澆筑的振搗工序,減少溫控及層面處理措施,施工工藝簡單流暢。實際工程應(yīng)用表明,堆石混凝土技術(shù)采用機械化施工,能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率,有效降低了工人技術(shù)水平和施工管理水平對工程質(zhì)量的影響,能有效縮短工期。

        1.3 顯著降低施工成本

        堆石混凝土使用了大量的塊石作為原材料減少了膠凝材料用量,且施工工藝簡單,其施工的綜合成本在相同條件下較常態(tài)混凝土可降低10%~20%。

        1.4 綜合性能穩(wěn)定,安全系數(shù)高

        堆石混凝土具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架,具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性,體積收縮小,而自密實混凝土具有卓越的流動性能、充填性能和抗離析性能,使得堆石混凝土具有高密實度與高強度。

        1.5 環(huán)境友好,使用面廣

        堆石混凝土減少水泥用量和大功率的碾壓機械,可以減少溫室氣體排放和能量消耗,澆筑期間不需振搗,減少施工噪音,是一種環(huán)境友好的混凝土。國內(nèi)應(yīng)用十余年期間,已成功應(yīng)用于筑壩、防洪、基礎(chǔ)處理、出險加固等多個建設(shè)領(lǐng)域。

        2 工程概況

        清油河水庫樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的水源工程,位于陜西省商南縣清油河鎮(zhèn)團坪村下游0.6 km處,距商南縣約18 km。清油河水庫壩址控制流域面積145 km2,總庫容984.00萬 m3,屬Ⅳ等小(一)型工程。工程樞紐主要由溢流壩段、非溢流壩段、引水孔和泄洪排沙洞等部分組成。最大壩高58.50 m,壩頂總長295.9 m,堆石砼重力壩體自左岸至右岸共分為12個壩段,主要工程量為:土石方開挖27.81萬 m3,現(xiàn)澆砼4.46萬 m3,自密實混凝土6.77萬 m3,堆石8.28萬 m3,固結(jié)灌漿6004 m,帷幕灌漿2 843 m。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝閘門7扇、電動蝶閥1個、啟閉機7臺,測壓系統(tǒng)2套,超聲波泥沙監(jiān)控儀一套,閘門及埋件總量合計約194.39 t。

        3 堆石混凝土擋水壩設(shè)計

        3.1 壩體設(shè)計

        清油河水庫堆石混凝土重力壩采用上游面鉛直、下游面650.5高程以上部分鉛直,以下部分坡比采用1:0.7的結(jié)構(gòu)形式。壩頂長度295.9 m,最大壩高58.5 m,壩頂寬度6.0 m,壩底寬39.0 m。

        3.2 大壩基礎(chǔ)處理

        根據(jù)壩基巖體特性,結(jié)合重力壩設(shè)計和類似工程經(jīng)驗,大壩基礎(chǔ)座落在弱風化巖體中部,即挖除全部的河床覆蓋層、強風化巖體和部分弱風化巖體??紤]到開挖可能使壩基巖石松動,為保證大壩基礎(chǔ)的整體完整性和承載能力,對壩基巖體進行固結(jié)灌漿處理,灌漿孔在壩基范圍內(nèi)均勻布置,孔向垂直于基巖面,灌漿孔深6.0 m,孔距3.0 m,梅花形布置。

        為提高壩基接觸面強度,防止沿基礎(chǔ)接觸面滲漏,并增強表層固結(jié)灌漿效果,須進行接觸灌漿,接觸灌漿在混凝土和巖體接觸面上進行。

        為保證壩體堆石混凝土與壩基巖石連接可靠和壩基固結(jié)灌漿的需要,在壩基設(shè)厚度1.0 m的C15常態(tài)混凝土墊層。

        3.3 壩體、壩基防滲及排水

        堆石混凝土重力壩采用高自密實性能混凝土防滲層作為大壩防滲體,防滲體厚度0.6 m,內(nèi)置φ12@200單層鋼筋網(wǎng)加強抗拉、抗裂和防滲性能。

        為及時降低壩體滲透壓力,排除滲透水流,在壩體內(nèi)設(shè)排水系統(tǒng)。壩體排水管設(shè)置在高自密實性能混凝土防滲層后,設(shè)計采用無砂混凝土排水管,排水管將壩體排水匯集到基礎(chǔ)灌漿廊道的集水井內(nèi),用水泵將集水抽排到壩體外。

        為提高壩基滲透穩(wěn)定,保證大壩安全,在重力壩基礎(chǔ)進行帷幕灌漿。帷幕灌漿采用單排孔,其深度原則上深入透水率q<3 Lu的相對不透水層下3 m,帷幕灌漿最大深度20.5 m,帷幕灌漿孔距1.5 m,在重力壩左岸設(shè)長25 m,右岸設(shè)長50 m的帷幕灌漿平洞,以增加繞壩滲流的滲徑。

        為減小壩基揚壓力,提高壩基穩(wěn)定性,在帷幕后設(shè)置排水孔,排水孔孔距3.0 m,排水孔最大孔深10 m?;A(chǔ)灌漿廊道內(nèi)設(shè)置排水井,內(nèi)置排水泵將水抽至下游河道。

        3.4 壩體混凝土

        根據(jù)國內(nèi)工程成功經(jīng)驗,本工程堆石混凝土壩體材料采用C15W4F50高自密實性能混凝土,壩體上游采用C25W8F100高自密實性能混凝土作為防滲層,基礎(chǔ)墊層采用C15常態(tài)混凝土,溢流面、閘墩等結(jié)構(gòu)采用C25常態(tài)混凝土。

        3.5 壩體廊道和壩頂結(jié)構(gòu)

        根據(jù)灌漿、大壩監(jiān)測、排水需要,按照簡化壩體集中布置的原則,在壩基600m高程及壩坡設(shè)置1層多功能基礎(chǔ)灌漿廊道。廊道設(shè)置在高自密實性能混凝土防滲層后,基礎(chǔ)灌漿廊道斷面尺寸為2.5 m×3.5 m,為圓拱直墻結(jié)構(gòu),襯砌為厚度0.8 m的C25鋼筋混凝土襯砌。

        重力壩壩頂高程655.50 m,壩頂上、下游側(cè)均設(shè)置1.2 m高鋼制欄桿,壩頂泄洪孔頂設(shè)工作橋,作為壩頂交通之用。

        4 方案比選

        清油河水庫樞紐重力壩根據(jù)筑壩材料的不同,主要選擇自密實堆石混凝土、漿砌石和碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較,樞紐結(jié)構(gòu)布置均采用壩頂溢流的形式,布置相對集中緊湊,泄洪和引水建筑物均集于壩體內(nèi),管理運行較為方便。附近料場均能滿足工程需要,且交通便利。

        表1 筑壩材料比較表

        自密實堆石混凝土重力壩、漿砌石重力壩和碾壓混凝土重力壩方案在結(jié)構(gòu)布置、壩基要求、壩體結(jié)構(gòu)尺寸等方面基本相同,三種筑壩材料各有利弊,但是堆石混凝土施工快、造價較低、溫度易于控制且環(huán)境友好?;谝陨峡紤],設(shè)計最終推薦自密實堆石堆石混凝土壩方案。

        清油河水庫自密實堆石混凝土重力壩,利用自密實混凝土充填大粒徑塊石,形成強度高,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體構(gòu)件。堆石混凝土低水泥用量的特點降低了工程造價,節(jié)約資源,并且降低混凝土施工過程中的水化溫升,通過分倉分層施工減少單次澆筑量。在保證堆石入倉能力和混凝土生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上,可形成連續(xù)循環(huán)澆筑,極大的提高施工進度。

        5 結(jié)語

        堆石混凝土技術(shù)作為一種新型的大體積混凝土施工技術(shù),由于其自身顯著的特點和優(yōu)勢,目前已開始在不同的工程建設(shè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。用自密實堆石混凝土建造的重力壩在工程造價、施工進度、溫控、環(huán)保等方面有許多優(yōu)越性。但目前堆石混凝土的研究和應(yīng)用還處于初期階段,在水利水電工程大壩尤其是高壩中應(yīng)用較少,缺少實踐經(jīng)驗。清油河水庫樞紐工程設(shè)計通過方案比選采用該技術(shù),縮短了施工工期,節(jié)約了工程投資,為今后堆石混凝土施工及類似工程的設(shè)計施工提供經(jīng)驗和借鑒。

        [1]JGJ/T283-2012 自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.

        [2]金峰,安雪暉,周虎.堆石混凝土技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2015.

        [3]金峰,安雪暉,石建軍,等.堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水利學報.2005.36(11):1347-1352.

        [4]吳永錦,劉清.C20自密實混凝土在堆石混凝土中的應(yīng)用[J].混凝土.2010(03).

        [5]李世民.堆石混凝土壩體工程施工工藝及質(zhì)量控制措施[J].河南水利與南水北調(diào).2014(22):10-11.

        [6]龐宇哲.堆石混凝土壩的方案比選及施工方法[J].建筑技術(shù)開發(fā).2017.44(1):6-8.

        TV641.4+3

        B

        1004-1184(2017)05-0191-03

        2017-06-08

        胡濱(1980-),男,陜西涇陽人,工程師 ,主要從事水利工程設(shè)計等方面工作。

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