傅志達(dá)，王浩軍，鄭永鋒，徐海勇

(1.浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院， 浙江 杭州 310002；2.浙江廣川建設(shè)有限公司， 浙江 諸暨 311800)

自密實(shí)混凝土(Self-compacting Concrete，簡稱SCC)，具有高流動(dòng)性、不離析、均勻性和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，澆筑時(shí)依靠其自重流動(dòng)，無需振搗而達(dá)到密實(shí)的混凝土。其突出特點(diǎn)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，只要依靠自重而無需振搗便能均勻密實(shí)填滿堆石的空隙，為施工操作帶來極大方便。而且兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、縮短施工工期、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低工程投資等技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新性，自密實(shí)混凝土被稱為“近幾十年混凝土建筑技術(shù)最具革命性的發(fā)展”[1]。目前在水利工程中其廣泛的應(yīng)用，均取得了較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1-10]。

1 工程概況

永寧水庫位于諸暨市城關(guān)鎮(zhèn)東部，行政區(qū)屬楓橋鎮(zhèn)永寧村，壩址距諸暨市城關(guān)鎮(zhèn)26 km，距楓橋鎮(zhèn)9 km，有公路直通，交通極為便利。

壩址位于諸暨市楓橋鎮(zhèn)石砩自然村，水庫功能以防洪為主，結(jié)合供水，兼顧灌溉等綜合利用。壩址以上集水面積73.6 km2，水庫總庫容2 388 萬m3，正常蓄水位44 m，正常蓄水位以下庫容1 332 萬m3，壩頂高程51.0 m。根據(jù)規(guī)劃要求，永寧水庫建成后流域年均供水量為1 159 萬m3，灌溉農(nóng)田820 ha2。工程主要建筑物由主壩(含泄水、供水和放水建筑物)、副壩及管理生活區(qū)等組成。主壩壩型為混凝土重力壩，1#副壩壩型采用自密實(shí)堆石混凝土重力壩，2#副壩壩型為常態(tài)混凝土重力壩。

2 設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按抗剪斷公式和材料力學(xué)方法對壩基抗滑穩(wěn)定及壩基面應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：左岸1#壩段壩基應(yīng)力最大值為0.25 MPa，小于強(qiáng)—全風(fēng)化巖石承載力標(biāo)準(zhǔn)值0.50 MPa，各工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及壩基應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，計(jì)算成果見表1。

表1 1#副壩典型斷面穩(wěn)定及壩基應(yīng)力計(jì)算成果表

1#副壩較原設(shè)計(jì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)不變，包括高程、壩高、壩寬及上部結(jié)構(gòu)等。根據(jù)現(xiàn)場情況，設(shè)計(jì)延長壩軸線的同時(shí)，僅對壩體、底板、刺墻及防滲面板的施工材料及施工方式進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后指標(biāo)比較表見表2，1#副壩典型斷面見圖1。

表2 調(diào)整后指標(biāo)比較表

圖1 1#副壩典型斷面圖

2.2 地基處理

根據(jù)壩基地質(zhì)條件，1#副壩至主壩左岸壩肩高程40 m一線山脊上部基巖巖性為橄欖玄武巖，巖石風(fēng)化劇烈，工程地質(zhì)條件較差，接觸帶為強(qiáng)透水通道，存在壩基滲漏問題。

通過地質(zhì)資料分析，壩基采用防滲帷幕，防滲帷幕孔布置于上游基礎(chǔ)面，1#副壩壩基及兩側(cè)岸坡帷幕灌漿孔設(shè)1排，孔距1.0 m。要求伸入相對隔水層(q≤5 Lu)以下5 m。左岸帷幕與山體相連，右岸帷幕與主壩左岸帷幕相連，形成封閉的防滲體系。

防滲處理的同時(shí)采用固結(jié)灌漿處理，范圍為整個(gè)壩基。固結(jié)灌漿孔的方向應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場裂隙形狀，使鉆孔方向盡量垂直于節(jié)理裂隙面。灌漿孔應(yīng)呈梅花形布置，孔距及排距均為3.0 m，遇橫縫位置可做適當(dāng)調(diào)整。

2.3 構(gòu)造設(shè)計(jì)

1#副壩共設(shè)置4道橫縫，每道間距20 m。迎水側(cè)橫縫內(nèi)設(shè)止水銅片一道，止水銅片鼻子內(nèi)填SR填料，縫寬2 cm，內(nèi)嵌聚乙烯閉孔低發(fā)泡塑料板。止水銅片底板伸入基巖內(nèi)的止水坑內(nèi)，采用C25W4細(xì)骨料微膨脹混凝土回填。止水處理斷面圖見圖2。

圖2止水處理斷面圖(單位：cm)

3 質(zhì)量控制措施

(1) 基礎(chǔ)準(zhǔn)備。建基面清理：巖石基礎(chǔ)建基面在破碎錘開挖清理后再用人工清理，高壓水泵沖洗，混凝土建基面用高壓水沖毛機(jī)沖毛，局部用人工手風(fēng)鎬鑿毛。

(2) 砂石料系統(tǒng)。施工用粗骨料按二級配軋制，最大粒徑40 mm。在石料場開采加工，施工用砂在沙灘挖取后，經(jīng)破碎、篩分和清洗后運(yùn)到料場。

(3) 混凝土拌和系統(tǒng)。在1#副壩下游側(cè)空地布置強(qiáng)制式拌和站一座，配2臺拌和機(jī)，供自密實(shí)性混凝土拌制用。

(4) 垂直運(yùn)輸。配置履帶式吊機(jī)一臺，混凝土裝入吊罐后用履帶吊入倉。

(5) 堆石料入倉。考慮模板的配套，堆石混凝土分層厚度為2.0 m，在堆石入倉前根據(jù)防滲體厚度先在底板上放出堆石范圍的樣線，以保證混凝土防滲層的厚度。堆石入倉是制約堆石混凝土施工速度和控制成本的關(guān)健環(huán)節(jié)，而采用自卸汽車直接將堆石運(yùn)至倉面是最為經(jīng)濟(jì)的方式。施工第一層堆石采用修通施工道路以自卸車倒車入倉，要求盡量堆高，同時(shí)采用挖掘機(jī)平倉。第二層堆石由挖掘機(jī)進(jìn)行入倉、平倉，靠近模板部位的堆石用人工堆放。堆石高度自下游向上游傾斜；將粒徑大的堆石布置在倉面的中下部，粒徑小的堆石布置在倉面的中上部。在堆石混凝土的施工過程中，堆石體部分的外露面其所含的粒徑需小于200 mm的石塊量不能超過10 塊/m2，同時(shí)不能集中。對于堆積在倉面的堆石塊粒徑小于200 mm的應(yīng)將其清除。堆石面高度有適量塊石高出混凝土澆筑面50 mm～150 mm。

(6) 拌制。自密實(shí)混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制，混凝土的級配須嚴(yán)格按照試驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表3)進(jìn)行施工，并通過調(diào)整骨料粒徑、含水率以達(dá)到數(shù)據(jù)要求。生產(chǎn)過程中每個(gè)臺班應(yīng)不小于二次測定含水率，當(dāng)含水率發(fā)生變化時(shí)，需增加測定的次數(shù)，同時(shí)根據(jù)檢測的結(jié)果及時(shí)調(diào)整原來數(shù)據(jù)中的用水量及骨料用量，切不可毫無根據(jù)的調(diào)整配合比。與生產(chǎn)常規(guī)混凝土相比適當(dāng)延長攪拌時(shí)間(一般為90 s左右，低溫時(shí)延長至120 s，高溫時(shí)可降低至60 s)。出機(jī)的自密實(shí)混凝土的坍落度一般控制在26 cm～28 cm，擴(kuò)散度在65 cm～75 cm，V形漏斗通過時(shí)間7 s～25 s，泌水率≤1%，自密實(shí)性能穩(wěn)定性≥1 h。保證各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3 混凝土實(shí)驗(yàn)材料用量表

(7) 自密實(shí)混凝土運(yùn)輸。由于拌和站就布置在1#副壩邊，因此自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸采用拌和機(jī)出料→裝入泵車→泵送入倉。料斗中的自密實(shí)混凝土采用挖掘機(jī)挖裝入混凝土汽車泵泵斗中，嚴(yán)禁挖裝時(shí)向自密實(shí)混凝土加水。

(8) 自密實(shí)混凝土澆筑。

① 澆筑順序。自密實(shí)混凝土澆筑之前需檢查模板、支架及預(yù)埋件等的位置和尺寸，在確認(rèn)正確無誤后才可進(jìn)行澆筑。對于澆筑成型的堆石混凝土表面外觀有要求的部位，為了防止表面產(chǎn)生氣泡，澆筑時(shí)應(yīng)在模板的外側(cè)進(jìn)行輔助敲擊。運(yùn)抵現(xiàn)場的混凝土自密實(shí)性能不滿足要求時(shí)不施工，需采取添加外加劑攪拌等已經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)的可行方法來調(diào)整混凝土自密實(shí)的性能?；炷恋臐仓?yīng)保持連續(xù)性，澆筑速度保證在初凝前完成相鄰澆筑點(diǎn)混凝土覆蓋，澆筑時(shí)的最大自由落下高度不超過5 m。澆筑點(diǎn)應(yīng)呈規(guī)則的均勻布置，澆筑點(diǎn)的間距需不超過3 m，其澆筑過程中需遵循單向逐點(diǎn)澆筑的原則，在每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后方可移動(dòng)至下一澆筑點(diǎn)澆筑，澆筑點(diǎn)的位置不可重復(fù)使用。施工現(xiàn)場的倉面澆筑原則為兩個(gè)：澆筑點(diǎn)距離不超過3 m；沿倉面短邊或從上游往下游進(jìn)行“S”形路線澆筑。澆筑時(shí)防止模板、定位裝置等的移動(dòng)和變形。

② 澆筑層面處理。堆石混凝土在收倉時(shí)，應(yīng)達(dá)到結(jié)構(gòu)物所設(shè)計(jì)的頂面之外，同時(shí)自密實(shí)混凝土的澆筑應(yīng)使適量的塊石高出澆筑面約5 cm～15 cm，澆筑頂不宜采取人工平整，以達(dá)到加強(qiáng)層面結(jié)合的目的。堆石混凝土抗壓強(qiáng)度在達(dá)到2.5 MPa之前，不能進(jìn)行下一倉面的準(zhǔn)備工作。若有防滲要求的堆石混凝土，在新老混凝土結(jié)合的基礎(chǔ)倉面上，需對混凝土乳皮清除、包括表層裂縫以及由于泌水造成的低強(qiáng)混凝土(砂漿)和嵌入表面的松動(dòng)堆石，同時(shí)用高壓水沖毛或進(jìn)行有效的鑿毛，鑿毛深度達(dá)到監(jiān)理要求后再進(jìn)行下一道工序。倉面清理完成后，保證倉面的清潔，無積水存在。

(9) 溫控與防裂措施。

① 自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)合理減少水泥用量。宜采用中、低熱水泥。

② 施工中應(yīng)避免薄塊長間歇，澆筑塊體不宜早期過水。

③ 無須布置冷卻水管。在夏季高溫施工時(shí)，可在工作面采取必要的輔助溫控措施，亦可選在夜間等相對低溫時(shí)段進(jìn)行施工。

(10) 養(yǎng)護(hù)。

① 施工過程中，倉面應(yīng)保持濕潤。若遇光照強(qiáng)烈或大風(fēng)干燥時(shí)，應(yīng)對工作面進(jìn)行噴霧或表面水分補(bǔ)償?shù)氖┕ご胧?，保持表面不發(fā)白。

② 正在施工或剛碾壓完畢的倉面，應(yīng)防止外來水流入。

③ 施工間歇期間，堆石料終凝后即應(yīng)開始保濕養(yǎng)護(hù)。對施工縫，養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)持續(xù)到上一層堆石開始鋪筑為止；對永久暴露面，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28 d，有特殊要求的部位宜適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

4 質(zhì)量檢測

為檢測堆石混凝土的施工質(zhì)量，分別進(jìn)行了試塊抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能、抗凍性能的檢測[11-12]。按照《水工混凝土實(shí)驗(yàn)規(guī)程》[13](SL 352—2006)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果見表4～表6。所檢測內(nèi)容，均取得了良好的效果。

表4 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度檢測成果匯總表

表5 混凝土試塊抗?jié)B性能檢測成果匯總表

表6 混凝土試塊抗凍性能檢測成果匯總表

5 施工效益簡評

采用常態(tài)混凝土作為壩體填筑材料的施工技術(shù)成熟，工程實(shí)例較多，且無需開采大量的塊石，但其施工過程水泥用量很大，特別是本工程大體積混凝土的澆筑，有著水化熱影響顯著、施工過程中溫控措施要求高、施工質(zhì)量控制難度較大等不利因素，從而加大工程總投資的缺點(diǎn)。

采用堆石混凝土作為壩體材料，能較好的解決常態(tài)混凝土施工過程中的問題。因堆石混凝土是利用高流動(dòng)性、抗分離性能好、穿透能力強(qiáng)的高自密性能混凝土充填堆石空隙形成密實(shí)的混凝土，具有低水化熱、施工質(zhì)量控制簡便有效、澆筑過程速度相對較快、節(jié)能低碳等特點(diǎn)，從而節(jié)約工程總投資。近幾年國內(nèi)眾多水利工程都采用堆石混凝土作為建筑物材料，工程完工后均運(yùn)行良好。

1#副壩投入使用自密實(shí)堆石混凝土表明，在加強(qiáng)對施工的組織和管理以及質(zhì)量控制的條件下，采用堆石混凝土技術(shù)能夠達(dá)成質(zhì)量優(yōu)、快施工、降投資的工程理想效果，同時(shí)又有良好的經(jīng)濟(jì)效益。工程投資比較表見表7，綜合分析見表8。

表7 工程投資比較表

表8 綜合分析表

6 結(jié) 語

自密實(shí)堆石混凝土技術(shù)優(yōu)勢明顯，在保證混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，可避免常規(guī)大體積混凝土澆筑的溫控風(fēng)險(xiǎn)，加快施工工期，減少工程投資。永寧水庫1#副壩作為浙江省第一例采用自密實(shí)堆石混凝土技術(shù)的工程，填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)在浙江省應(yīng)用的空白。本工程的設(shè)計(jì)，對研究浙江省建設(shè)工程采用堆石混凝土有非常重要的意義，為堆石混凝土技術(shù)在浙江地區(qū)建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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