李獻(xiàn)斌

(惠州市潼湖水利工程管理中心，廣東 惠州 516243)

0 引 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，在基建項(xiàng)目和各種水利工程項(xiàng)目中的投入占比越來(lái)越多，加強(qiáng)水利工程項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展以及各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，均能夠起到保駕護(hù)航的作用。

楊紅艷在文獻(xiàn)[1]中提出，在大壩混凝土施工過(guò)程中，運(yùn)用碾壓加固技術(shù)，可以最大程度保證水利工程整體質(zhì)量，以有效融合新方法為施工條件，對(duì)大壩的施工質(zhì)量進(jìn)行有效管控。

但碾壓混凝土施工技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)行不斷優(yōu)化，從而更好地促進(jìn)我國(guó)水利工程施工建設(shè)的發(fā)展。魏留建在文獻(xiàn)[2]中提出，在碾壓混凝土施工過(guò)程中，因?yàn)楣芾聿划?dāng)、人員操作失誤以及施工人員工藝存在偏差性等，導(dǎo)致施工出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，必須對(duì)常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題采取相應(yīng)措施。

由于水利項(xiàng)目建設(shè)的工程量和規(guī)模較大，必須在專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的工作人員監(jiān)督下進(jìn)行施工。而在水庫(kù)大壩施工中，需要對(duì)整個(gè)周期內(nèi)的施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。夏弘帥在文獻(xiàn)[3]中提出，以碾壓混凝土技術(shù)為施工方法，在水庫(kù)大壩建設(shè)工程中，針對(duì)從施工準(zhǔn)備到混凝土養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行了分析。

本文以實(shí)際工程為例，研究水利工程水庫(kù)大壩碾壓混凝土加固施工技術(shù)，為類(lèi)似工程的施工建設(shè)提供一定的參考與借鑒。

1 水利工程概況

1.1 水文地質(zhì)條件

本文以建設(shè)年份較早的A水庫(kù)為例，對(duì)混凝土加固技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析。該水庫(kù)于上世紀(jì)80年代經(jīng)人工挑筑施工完成，在使用期間并未進(jìn)行過(guò)地質(zhì)勘查工作，為滿足水庫(kù)大壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要求，將該工程委托于某勘查公司，進(jìn)行外業(yè)勘查工作。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地下水文地質(zhì)條件，按照《巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50021-2001)，進(jìn)行水庫(kù)壩區(qū)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)查。勘查期間水庫(kù)壩體的各個(gè)孔位，穩(wěn)定水位高程在15.26～16.21 m左右。

根據(jù)勘查報(bào)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(kù)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(zhì)元素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有一定腐蝕性，因此水庫(kù)壩體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也會(huì)受到微弱腐蝕。

1.2 水庫(kù)壩體工程條件

此次選定的水庫(kù)大壩填土的材料，主要來(lái)源于大壩上下游以及壩體的兩側(cè)山坡，分為灰黃和灰色兩種粉質(zhì)黏土，局部含有碎石，具有較強(qiáng)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(shù)的施工方法，需要找到較為薄弱的壩身進(jìn)行加固操作。選擇多個(gè)部位進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)壩身和壩基接觸部位進(jìn)行野外注水試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 壩身與壩基接觸部位注水勘查成果

根據(jù)表1可知，在此次水庫(kù)壩體中選擇5個(gè)位置，對(duì)每個(gè)孔位進(jìn)行土層標(biāo)記，每組勘查段的長(zhǎng)度范圍一致，均為1.4～4.2 m。

對(duì)具有中透水性的壩體位置進(jìn)行觀察，其壩身與壩基接觸處防滲性較差，有局部滲水的現(xiàn)象，因此對(duì)其進(jìn)行碾壓混凝土加固施工。

2 水庫(kù)大壩碾壓混凝土加固施工過(guò)程

2.1 拌制混凝土修建材料

對(duì)選定的水庫(kù)壩體進(jìn)行加固，利用碾壓混凝土加固技術(shù)進(jìn)行施工，修建混凝土灌注泥漿池，選擇型號(hào)為120#的漿砌塊石進(jìn)行砌筑，內(nèi)部進(jìn)行抹面。

在修建完畢泥漿池后，對(duì)施工材料進(jìn)行拌制。選定制漿材料，以?xún)?yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土作為泥漿材料，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2[4]。

表2 膨潤(rùn)土性能指標(biāo)

根據(jù)表2可知，此次選擇的3種類(lèi)型膨脹土中，Q20型號(hào)的性能指標(biāo)最優(yōu)，以此作為混凝土施工原材料。

除膨潤(rùn)土以外，還需選擇其他材料。在水庫(kù)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(shí)際檢測(cè)結(jié)果，對(duì)標(biāo)記的壩體加固標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，以一般卵石層和漏失地層為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)攪拌材料的配合比進(jìn)行設(shè)定，具體情況見(jiàn)表3。

表3 混凝土泥漿配比參數(shù) /%

根據(jù)表3可知，按照上述比例進(jìn)行混凝土配制，以保證材料達(dá)到施工性能指標(biāo)。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(dá)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(biāo)為制備基礎(chǔ)，設(shè)定混凝土攪拌方式：選擇高速攪拌機(jī)，制漿標(biāo)準(zhǔn)為40 m3/h，每次攪拌時(shí)間不超過(guò)4 min，且各類(lèi)材料的加料誤差不得超過(guò)3%。將拌制完成的混凝土材料放置在泥漿池中，等待施工。

2.2 設(shè)計(jì)加固槽段幾何尺寸

以沖擊鉆為槽段鉆孔設(shè)備，將3臺(tái)設(shè)備為一組，對(duì)A3號(hào)位置和A5號(hào)位置進(jìn)行槽段鉆孔施工，設(shè)計(jì)其幾何尺寸。

此次加固過(guò)程在多網(wǎng)格放置前提下，在初次振實(shí)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(duì)劃分完畢的加固位置進(jìn)行標(biāo)記，放置鋼筋裝置，見(jiàn)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(jìn)行下放，使其能夠滿足澆筑前壩基高程范圍，設(shè)定初始混凝土鋪設(shè)面為8 cm[5]。在鋼筋下放完成后，采用蒸汽方式進(jìn)行加熱，控制后期混凝土加固過(guò)程中的澆筑溫度能夠保持在12℃～16℃范圍內(nèi)。

將沖擊鉆鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)槽段中心線，設(shè)置兩組鉆機(jī)之間距離為3.5 m，先使用小沖擊間斷的方式進(jìn)行開(kāi)孔，控制每分鐘沖擊次數(shù)40次。

當(dāng)導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行抓槽工作，按照順序從兩側(cè)向中間移動(dòng)，首次抓長(zhǎng)不得超過(guò)3.2 m。對(duì)選定的壩體進(jìn)行混凝土加固施工，設(shè)定具體施工內(nèi)容，通過(guò)修建施工平臺(tái)，對(duì)水庫(kù)壩體的導(dǎo)墻進(jìn)行防滲加固。

2.3 修建壩體施工平臺(tái)

設(shè)計(jì)壩體修建圖紙，將高程按照1∶1.4的坡度進(jìn)行修筑。利用薄混凝土防滲墻技術(shù)，在現(xiàn)有的水庫(kù)壩體檢測(cè)位置上，修建厚度為0.5 m的防滲墻，墻底嵌入風(fēng)化麻巖石，厚度為0.8～1.4 m。對(duì)地層內(nèi)的適應(yīng)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(shí)程度，此次最大建墻深度最低需達(dá)到45 m。

設(shè)計(jì)完畢壩體施工平臺(tái)后，對(duì)導(dǎo)墻體進(jìn)行施工，采用蛙式打夯機(jī)對(duì)導(dǎo)墻底進(jìn)行夯實(shí)，并對(duì)導(dǎo)墻底部進(jìn)行砂漿墊底。當(dāng)砂漿墊底形成初凝效果后，在其面上放置導(dǎo)邊墻線，并進(jìn)行導(dǎo)墻的鋼筋捆綁和扎實(shí)，以此固定澆筑模板和調(diào)直經(jīng)緯儀。見(jiàn)圖2。

圖2 對(duì)標(biāo)澆筑模板與工具

圖2中，將儀器放置在導(dǎo)墻鋼筋中，對(duì)其進(jìn)行綁扎找準(zhǔn)，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行找準(zhǔn)設(shè)定，當(dāng)所有導(dǎo)墻處于同一平面后，可以進(jìn)行混凝土澆筑。整個(gè)澆筑過(guò)程中會(huì)采用插入式振搗器，對(duì)混凝土材料進(jìn)行充分振動(dòng)，待填筑材料達(dá)到一定強(qiáng)度后，才可以拆除模板。導(dǎo)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(dǎo)入墻模板后，需要對(duì)壩體進(jìn)行混凝土碾壓加固，先對(duì)壩基進(jìn)行多次碾壓，以形成較為堅(jiān)固的水壩基底。在混凝土回填時(shí)，需要對(duì)每一次的碾壓過(guò)程進(jìn)行密實(shí)處理，按照分段碾壓的方式，對(duì)混凝土材料進(jìn)行鋪設(shè)。

2.4 分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料

在完成鋼筋結(jié)構(gòu)填筑后，對(duì)表面進(jìn)行抹平處理，利用多臺(tái)振動(dòng)碾設(shè)備，在其表面進(jìn)行數(shù)次碾壓，次數(shù)至少為7次。通過(guò)不同施工壩體的槽段設(shè)計(jì)，以分塊分段的方式對(duì)壩體進(jìn)行加固，每次加固的分段長(zhǎng)度設(shè)置在150～300 m之間。

對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行鋪料厚度設(shè)定。其中，在主壩區(qū)的鋪設(shè)厚度為1 000 mm，次壩區(qū)的厚度為1 200～1 600 mm，過(guò)渡區(qū)厚度為600 mm。設(shè)定混凝土的碾壓鋪設(shè)順序，以進(jìn)占法為碾壓方式，選擇碾壓機(jī)對(duì)鋪設(shè)完畢的混凝土進(jìn)行壓制，最后一次碾壓過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 最后一次碾壓鋪設(shè)過(guò)程

圖3中，此次選擇推土機(jī)設(shè)備，對(duì)混凝土材料進(jìn)行最后碾壓鋪設(shè)，采用邊振動(dòng)邊碾壓的方式對(duì)其進(jìn)行壓制。

在完成全部碾壓后，靜止其表面干燥，對(duì)每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)位置中的鋪設(shè)成果進(jìn)行清理和保水養(yǎng)護(hù)，在加固后的表面間斷性進(jìn)行灑水處理，見(jiàn)圖4。

圖4 清理并養(yǎng)護(hù)加固表面

圖4中，利用自動(dòng)養(yǎng)護(hù)儀對(duì)壩體表面進(jìn)行處理，在為期2周的養(yǎng)護(hù)時(shí)間中，對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的施工壩體進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)測(cè)試加固壩體的滲水系數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)需要超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，以此完成碾壓混凝土加固施工全過(guò)程。

3 加固施工結(jié)果測(cè)定

混凝土碾壓質(zhì)量直接影響壩體施工質(zhì)量，在施工完成后需要對(duì)壩體材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，以此驗(yàn)證其是否達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度。對(duì)選定的兩處施工點(diǎn)，A3號(hào)和A5號(hào)進(jìn)行隨機(jī)取樣，檢測(cè)碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)。

在混凝土施工過(guò)程中，此次對(duì)兩處碾壓點(diǎn)均標(biāo)記了澆筑槽口，且在兩組加固的位置上，分別留取了測(cè)試樣本，按照實(shí)際施工時(shí)間，對(duì)樣本材料進(jìn)行放置，使其與加固壩體所處環(huán)境一致。對(duì)留取的混凝土樣本材料進(jìn)行測(cè)試，以施工35天為標(biāo)準(zhǔn)，分別檢驗(yàn)其抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)，驗(yàn)證碾壓混凝土加固技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.1 施工35天后抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

在碾壓加固施工過(guò)程中，對(duì)混凝土攪拌材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，由施工單位進(jìn)行室內(nèi)成型和養(yǎng)護(hù)工作，在達(dá)到35天齡期后，送去測(cè)試中心進(jìn)行性能檢驗(yàn)。

按照施工標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的樣本材料，其顏色較為均勻，沒(méi)有明顯缺陷，并對(duì)成型的混凝土槽塊進(jìn)行鉆孔檢測(cè)。

對(duì)兩組加固修復(fù)位置中的混凝土槽塊，均鉆取5個(gè)孔位，以拉力檢測(cè)機(jī)器為測(cè)試工具，對(duì)上述孔位進(jìn)行測(cè)試。由于鉆孔檢測(cè)能夠直接對(duì)整個(gè)墻體的質(zhì)量進(jìn)行整體性分析，分別設(shè)置不同孔深為變量條件，即7和10m，依次完成測(cè)試，具體結(jié)果見(jiàn)圖5。

根據(jù)圖5可知，在孔深7 m變量條件下，兩組加固點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度最大值接近9.00 MPa，符合抗壓施工標(biāo)準(zhǔn)。

為保證在強(qiáng)洪水標(biāo)準(zhǔn)下，大壩壩體仍具有高抗壓性質(zhì)，對(duì)孔深進(jìn)行加深，進(jìn)行深度為10 m的抗壓檢測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖5 孔深7 m變量下抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖6 孔深10 m變量下抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖6可知，在孔深10 m變量條件下，兩組加固點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度最大值為8.0 MPa，符合抗壓施工保準(zhǔn)。

綜合試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.2 施工35天后滲透系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

在抗壓強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)其滲透系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以注水方式為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在不同孔深下進(jìn)行防滲性能測(cè)試。仍以上述兩種鉆孔深度為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)孔位進(jìn)行注水，在超強(qiáng)壓力下保持30 min的留置時(shí)間。在完成放置后，為減少測(cè)試時(shí)間，直接采用滲水系數(shù)檢測(cè)儀器，具體結(jié)果見(jiàn)圖7。

根據(jù)圖7可知，在兩個(gè)施工位置中，無(wú)論是7 m測(cè)試孔深還是10 m測(cè)試孔深，其防滲系數(shù)均低于2.42×10-6cm/s，具有實(shí)際應(yīng)用效果。

圖7 滲透系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以某水利工程中的大壩施工過(guò)程為例，針對(duì)碾壓混凝土加固技術(shù)提出了新的要求和養(yǎng)護(hù)方法，并得到較好的施工效果。研究結(jié)果表明，按照本文方法進(jìn)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。