楊 敏

(中國葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司,陜西 西安 710000)

1 堆石混凝土和自密實(shí)混凝土

自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete,簡(jiǎn)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。

自密實(shí)混凝土充填堆石體施工工藝,是采用自密實(shí)混凝土代替高速流動(dòng)砂漿,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(shí)混凝土,利用自密實(shí)混凝土的高速流動(dòng)抗分離性能,使自密實(shí)混凝土依靠自重自動(dòng)填充到堆石的空隙中,形成完整、密實(shí)、有較高強(qiáng)度的混凝土；這樣形成的混凝土成為堆石混凝土(Rock Filled Concrete,簡(jiǎn)稱RFC),如圖1所示。

圖1 自密實(shí)混凝土充填堆石體形成堆石混凝土示意圖

堆石混凝土簡(jiǎn)而言之就是用自密實(shí)性能優(yōu)良的自密實(shí)混凝土充填堆石體形成的致密混凝土,它由大塊的堆石和帶有小骨料的自密實(shí)混凝土構(gòu)成。該混凝土的堆石界面與專用自密實(shí)混凝土的膠結(jié)致密渾然一體,其強(qiáng)度、抗?jié)B、密實(shí)性能等指標(biāo)完全達(dá)到工程技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

堆石混凝土由清華大學(xué)金峰教授和安雪暉教授在2003年提出,是清華大學(xué)所有的國家專利技術(shù),現(xiàn)已成功在山西清峪水庫、安徽大龍譚水庫、山西恒山水庫、山東蒙山水庫、黑龍江羅家店水電站、黑龍江東升水電站、甘肅吉利水電站、新疆布爾津山口水電站、江西浯溪口水電站、金沙江向家壩水電站、河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能電站、蘭新線鐵路第三標(biāo)段等工程中得到應(yīng)用。

2 工程概況

巴基斯坦Azad Pattn水電站工程(以下簡(jiǎn)稱“本工程”)位于巴控克什米爾地區(qū)與旁遮普省交界的杰盧姆(Jhelum)河上,壩址落于Azad Pattn大橋上游7公里附近,本工程與首都伊斯蘭堡相距約90km,是杰盧姆河梯級(jí)水電開發(fā)中的第三級(jí),以發(fā)電為主。

本工程壩址多年平均流量814.3m3/s,水庫正常蓄水位526.00m,水庫庫容1.119億m3,水庫面積約3.8km2。裝機(jī)四臺(tái),總裝機(jī)容量為700.07MW,引水流量1260m3/s。本工程樞紐主要由右岸導(dǎo)流洞、碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成,其中地下廠房共布置四臺(tái)混流式機(jī)組。

本工程壩址地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),杰盧姆流域內(nèi)的氣候可以分為四季,12月～2月東北季風(fēng)季節(jié)、6月～9月西南季風(fēng)季節(jié)和3月～5月、10月～11月的過渡期。年內(nèi)降雨分配受地形和季節(jié)影響,時(shí)空分布不均,年內(nèi)以6月～9月降雨量較大,年際間變化也較大。本工程定義杰盧姆河汛期為3月～9月,杰盧姆河枯水期為10月～翌年2月。

3 導(dǎo)流建筑物

3.1 導(dǎo)流建筑物標(biāo)準(zhǔn)

本工程水庫庫容1.119億m3,電站總裝機(jī)容量700.7MW,年發(fā)電量為30.13億度。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000),本工程等別為II等,工程規(guī)模為大(2)型,其主要建筑物為2級(jí),次要建筑物為3級(jí)。

導(dǎo)流建筑物級(jí)別按《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5397-2007)的規(guī)定執(zhí)行。根據(jù)圍護(hù)的永久建筑物等級(jí)、失事后果、圍堰使用年限和規(guī)模,確定導(dǎo)流建筑物級(jí)別。本工程導(dǎo)流保護(hù)對(duì)象為2級(jí)永久建筑物,故選定本工程導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為4級(jí)。

3.2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)樞紐布置方案,上游圍堰布置在壩軸線上游約65m處,為堆石混凝土圍堰,堰頂高程475.00m,最大堰高30.00m,堰頂寬5.0m,堰頂長(zhǎng)75.5m。圍堰上游邊坡為1∶0.33,下游邊坡為1∶1.0,?？紤]到施工需要,圍堰下游坡面為臺(tái)階式,圍堰基礎(chǔ)采用帷幕灌漿防滲。圍堰典型橫斷面如圖2所示,圖中高程與尺寸單位均以m計(jì)。

圖2 堆石混凝土圍堰典型橫斷面

4 堆石混凝土施工

本工程堆石混凝土施工工藝主要包括堆石料選取、倉面處理、堆石料入倉、堆石混凝土模板、自密實(shí)混凝土生產(chǎn)與澆筑、堆石混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.1 堆石料選取

堆石混凝土宜使用新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬、無剝落層和裂紋的石料作為堆石料,堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足表1的要求。

表1 堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度要求

在本工程棄渣場(chǎng)內(nèi)或沖溝內(nèi)選取粒不小于0.3m的開挖毛料或卵石、漂石,同時(shí)最大粒徑不應(yīng)大于結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4,也不宜大于澆筑層高。選取過程中需對(duì)堆石料進(jìn)行沖洗,沖洗干凈的堆石料碼放整齊備用。

4.2 倉面處理

圍堰建基面上的雜物、泥土及松動(dòng)巖石均應(yīng)清除、沖洗干凈,并排凈倉內(nèi)積水,處理完畢經(jīng)驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行下一道工序。

如遇建基面為易風(fēng)化的巖石,在模板安裝前,澆筑一層厚約0.3m的常態(tài)混凝土墊層于建基面之上,形成倉面基礎(chǔ)。

4.3 堆石入倉

對(duì)檢查合格的堆石料,采用挖掘機(jī)配自卸車運(yùn)輸至施工部位,再利用挖掘機(jī)進(jìn)行入倉、平倉。堆石料入倉前利用高壓水槍二次沖洗,確保堆石料干凈入倉。堆石料在建基面入倉前,在建基面上澆筑一層0.5m厚的自密實(shí)混凝土或其他常規(guī)混凝土,并在混凝土初凝前將堆石料拋入其中,以確保堆石混凝土與基礎(chǔ)膠結(jié)良好。

在上一倉面的堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa前,不得進(jìn)行下一倉面的準(zhǔn)備工作。

倉內(nèi)的堆石料遵循“下大上小、中大外小”的原則進(jìn)行碼放,倉內(nèi)堆石體與四周模板應(yīng)至少預(yù)留0.1m的間距作為保護(hù)層。堆石分層的厚度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)確定,最大厚度不宜超過2m。

4.4 堆石混凝土倉面設(shè)計(jì)

堆石混凝土的澆筑層厚以1.5m～2m為宜,經(jīng)研究論證后澆筑層厚可以適當(dāng)增加。圍堰橫縫間距以20m～30m為宜,圍堰不設(shè)置縱縫。

4.5 堆石混凝土模板安裝

堆石混凝土模板主要采用散裝鋼模板,局部邊角、異形部位采用木模板補(bǔ)縫。因自密實(shí)混凝土流動(dòng)性高,在模板接縫處粘貼密封條,以保證模板密封性好。無論是采用鋼模板或木模板,模板接縫主要是以保證不漏漿為原則。

為減少鋼模板在現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間,提高模板施工技術(shù)水平,加快現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度,可考慮用厚度不小于6mm的鋼板在金屬加工廠內(nèi)提前制作成尺寸為1 m×8m的大模板。

現(xiàn)場(chǎng)拼裝大模板時(shí)縫隙需不大于2mm,在其強(qiáng)度和剛度能抵抗混凝土產(chǎn)生的側(cè)向壓力。模板拉條周邊宜采用人工平倉,堆石完畢后對(duì)模板進(jìn)行校正。

4.6 自密實(shí)混凝土生產(chǎn)與澆筑

拌制自密實(shí)混凝土的材料,必須嚴(yán)格按混凝土配料單進(jìn)行配制,不得擅自更改配料單。配料采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和,攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土配合比、氣溫、混凝土出機(jī)狀態(tài)等因素綜合確定。

自密實(shí)混凝土的攪拌順序：先將稱量好的骨料和膠凝材料分別投入攪拌機(jī)中干拌,在加入水和外加劑后繼續(xù)攪拌1分鐘以上(氣溫小于15度時(shí),攪拌時(shí)間不低于90秒)。在出機(jī)口進(jìn)行自密實(shí)混凝土流動(dòng)性與擴(kuò)散度測(cè)試,待其工作性能達(dá)到要求時(shí)方可出機(jī)。

與生產(chǎn)常態(tài)混凝土相比,自密實(shí)混凝土應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。生產(chǎn)過程中應(yīng)檢測(cè)骨料的含水率。每個(gè)工作班次應(yīng)進(jìn)行不少于2次檢測(cè)。當(dāng)含水率有顯著變化時(shí)應(yīng)增加測(cè)定次數(shù),并應(yīng)依據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整用水量及骨料用量。

由于自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性對(duì)于澆筑效果有很大影響,因此混凝土出機(jī)后必須在半小時(shí)內(nèi)完成澆筑。澆筑時(shí)自密實(shí)混凝土的最大自由下落高度不宜超過3m,自密實(shí)混凝土的澆筑點(diǎn)應(yīng)均勻布置,間距宜為3m～5m。澆筑點(diǎn)可采用“Z”字形、“N字形”布置,但不應(yīng)重復(fù)使用。

混凝土澆筑收倉時(shí),除表層自密實(shí)混凝土外,每一倉的澆筑頂面留有塊石棱角,塊石棱角應(yīng)高出自密實(shí)混凝土頂面約5cm ～20cm,以省去混凝土鑿毛工序,也便于與下一倉的自密實(shí)混凝土膠結(jié),澆筑完畢的倉面宜傾向上游。

4.7 堆石混凝土養(yǎng)護(hù)

堆石混凝土澆筑完畢后應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù),在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)保持堆石混凝土表面濕潤(rùn)。

5 結(jié)論

堆石混凝土概念在2003年提出,至今已在水利、公路、鐵路等類型工程的實(shí)踐中證明該技術(shù)的可行性。

本工程通過此技術(shù)的應(yīng)用,大量使用石方開挖料、當(dāng)?shù)貨_溝漂石,減少水泥用量,降低造價(jià)成本,為項(xiàng)目爭(zhēng)創(chuàng)收入發(fā)揮重要作用。

堆石混凝土施工技術(shù)簡(jiǎn)單,施工速度快,施工效率高,綜合單價(jià)低,同時(shí)兼具綠色環(huán)保特性,是一項(xiàng)值得在水利工程上推廣應(yīng)用的技術(shù)。

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