李 鳳 玉

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

錦屏一級水電站樞紐建筑物主要由混凝土雙曲拱壩(包括水墊塘和二道壩)、右岸泄洪洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及開關(guān)站等組成。大壩設(shè)計壩高305 m，是目前世界上已建與在建水電工程中的最高拱壩。錦屏一級水電站左岸導流洞呈直線和圓弧段布置，穿過左岸大壩帷幕灌漿線至下游。導流洞總長度為1 209.1 m，采用過流有壓洞設(shè)計，斷面采用圓拱直墻式，斷面尺寸為15 m×19 m(寬×高)，進、出口底板高程分別為1 638.5 m和1 634 m，導流洞底板縱坡為3.832‰。

錦屏一級水電站蓄水發(fā)電前需對導流洞進行封堵，且其封堵順序為先左岸后右岸。左岸導流洞下閘后，右岸導流洞仍在導流且出口水流對沖左岸。受高速水流及推移質(zhì)的多年沖擊，左岸導流洞出口淤積層的最大厚度可達2 m，淤積層主要為細砂夾雜少量碎石且其水深為12 m。左岸導流洞出口如采用常規(guī)的堆石體圍堰，受右岸導流洞出口水流沖刷，將嚴重影響到左岸導流洞出口圍堰的施工，導致其施工質(zhì)量無法保證。鑒于上述情況，專家建議該電站左岸導流洞出口圍堰采用水下自密實混凝土施工。

自密實混凝土技術(shù)是20世紀80年代后期由日本研究開發(fā)并應(yīng)用的一項混凝土技術(shù)[1]，我國引進后廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)。由于水電水利行業(yè)施工的特殊性，部分混凝土需要進行水下澆筑施工，進而對自密實混凝土的應(yīng)用提出了更高的要求。但由于目前水電水利行業(yè)中關(guān)于水下自密實混凝土的應(yīng)用技術(shù)尚不完善，部分技術(shù)還處于探索階段，可供參考的技術(shù)資料和經(jīng)驗缺乏。鑒于此，項目部技術(shù)人員依托錦屏一級水電站左岸導流洞出口圍堰開展了水下自密實混凝土的相關(guān)研究與應(yīng)用，介紹了具體的研究與應(yīng)用過程。

2 原材料

水泥為P·MH 42.5級中熱水泥，產(chǎn)自樂山嘉華。滿足《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥》GB/T 200-2017中的中熱水泥要求。其主要物理性能檢測結(jié)果見表1，滿足相關(guān)規(guī)范要求。與硅酸鹽和普通硅酸鹽水泥相比，中熱水泥的水化熱更低，能夠有效降低大體積混凝土的內(nèi)部溫升，已在水電水利工程中廣泛使用。

表1 水泥物理力學性能檢測結(jié)果表

粉煤灰為F類Ⅰ級粉煤灰，產(chǎn)自云南曲靖，滿足《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》DL/T5055-2007中的F類I級粉煤灰要求，粉煤灰檢測結(jié)果見表2。高品質(zhì)的粉煤灰能夠降低混凝土的用水量，改善拌合物的和易性。

表2 粉煤灰檢測結(jié)果表

骨料為砂巖人工骨料，無堿活性。其中，粗骨料粒徑為0～20 mm，細骨料為Ⅱ區(qū)中砂，滿足《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2015中的相關(guān)要求，粗骨料檢測結(jié)果見表3，細骨料檢測結(jié)果見表4。

表3 粗骨料檢測結(jié)果表

表4 細骨料檢測結(jié)果表

外加劑采用JG-2H型緩凝高效減水劑和JM-2000型引氣劑。

3 混凝土配合比試驗

進行水下自密實混凝土的配合比設(shè)計[2]時，不僅要求其抗壓強度、耐久性滿足設(shè)計要求，還需保證混凝土拌合物具有良好的施工性能。水下自密實混凝土施工性能包括流動性、抗離析性和填充性，分別通過坍落度擴展度試驗、V漏斗試驗(或T50試驗)和U型箱試驗進行檢測[3]。此外，研究中模擬現(xiàn)場施工條件，同時在靜水和空氣中成型7 d和28 d抗壓強度試件用以對比不同成型條件下的混凝土強度關(guān)系?？紤]到水下混凝土長期處于急速水流中，且其實體下部處于高水壓環(huán)境，進行了混凝土抗?jié)B性、抗凍性等室內(nèi)耐久性試驗?？紤]到水下混凝土無法振搗，僅能通過自身重力和流動性達到自密實，因此，在靜水中成型時不振搗，對其外露表面通過切割打磨的方法進行平整處理。

3.1 配合比設(shè)計

參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS203:2006中的配合比設(shè)計要求，對其單位體積用水量、水粉比、單位體積粉體量、單位體積粗骨料絕對體積和單位體積漿體量等參數(shù)進行了選擇。所推薦的配合比參數(shù)見表5，混凝土性能試驗結(jié)果見表6。

表5 推薦配合比參數(shù)表

表6 混凝土性能試驗結(jié)果表

3.2 模擬施工試驗

為保證工程質(zhì)量，在現(xiàn)場選取適合的部位進行了水下自密實混凝土澆筑模擬試驗[4]。模擬試驗采用混凝土攪拌車運輸、導管法澆筑水下混凝土。模擬試驗主要考察了水下立模工藝、混凝土施工性能、導管直徑、導管之間的間距、導管埋入混凝土中的深度、拔管速度等工藝。導管法澆筑水下混凝土情況見圖1。結(jié)果證明：采用以下工藝在左岸導流洞出口澆筑水下自密實混凝土切實可行。(1)采用2.5 mm厚的鋼板作模板并用Φ48 mm鋼管對模板進行支撐加固；水下混凝土上游側(cè)不立模，由水下混凝土自然堆積。(2)所推薦的混凝土配合比基本上能夠滿足施工性能要求，但模擬試驗與配合比試驗使用的骨料存在差異，故應(yīng)對配合比進行微調(diào)。(3)導管直徑為225 mm、間距為3.5 m，應(yīng)將導管距離底板的起始距離控制在0.5 m以內(nèi)，導管埋入混凝土的深度為4～6 m時開始拔管，拔管后導管埋入混凝土的深度以2 m左右較為適宜。

a.裝第一斗混凝土；b.排走導管內(nèi)的水或泥漿;c.混凝土向下推進。①隔水塞；②導管；③接頭；④混凝土圖1 導管法澆筑水下混凝土示意圖

4 實際工程中的應(yīng)用

4.1 混凝土澆筑施工質(zhì)量控制

(1) 混凝土拌和所用的原材料必須滿足《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015、《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS 203:2006及其它相關(guān)規(guī)范與設(shè)計要求，必需加強對原材料的檢測，若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場使用的原材料與配合比中的原材料品質(zhì)存在較大差異時，應(yīng)及時調(diào)整配合比參數(shù)以確?；炷翝仓倪B續(xù)性。

(2)水下混凝土立模及澆筑施工過程中會受到右岸導流洞出口水流的巨大沖擊，且易受到由于左岸導流洞進口處閘門不嚴密產(chǎn)生的下泄水流沖擊，對模板的穩(wěn)定和混凝土澆筑造成影響。針對這種情況，在圍堰外修筑了一個擋流用的丁壩，將急流的水頭減小，使圍堰施工處于一個接近靜水的環(huán)境。澆筑前，派潛水員用高壓水槍將底板上的淤泥清理干凈。

(3)由于混凝土在澆筑過程中不能振搗，主要靠混凝土的自重壓力自行密實，故無法直觀了解到澆筑情況[5]。澆筑前，由專業(yè)的試驗檢測人員對混凝土拌和物的性能進行檢測并確認，并對導管進行閉水試驗、流暢性試驗，在導管內(nèi)放置一個用于排水排氣的球，用混凝土將球壓出(混凝土加壓管內(nèi)的氣壓將管內(nèi)的水和氣體一起排出)。放料過程中，應(yīng)嚴格控制放料的連續(xù)性和均勻性。

(4)采用預冷混凝土，埋設(shè)冷卻水管，按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求實施溫控。

(5)為保證結(jié)構(gòu)物的運行安全，混凝土澆筑完成后應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求實施封堵灌漿。

(6)鑒于水下混凝土澆筑的工序復雜，澆筑過程因人為原因造成質(zhì)量事故的可能性極高，因此，施工前必須對每個參與施工的員工進行質(zhì)量技術(shù)交底，并在澆筑過程中加強對現(xiàn)場質(zhì)量的巡查和監(jiān)督管理工作。

4.2 施工質(zhì)量

錦屏一級水電站左岸導流洞出口圍堰采用導管法水下自密實混凝土施工，歷時7 d，所澆筑的混凝土總量約為5 000 m3。采用調(diào)整后的水下自密實混凝土配合比進行圍堰施工，整個澆筑過程連續(xù)、均勻，澆筑質(zhì)量得到有效控制。所拌制的混凝土和易性、黏聚性、流動性較好，澆筑過程中無泌水、離析、堵管現(xiàn)象。對于混凝土硬化性能方面，其抗壓強度、抗凍性、抗?jié)B性均滿足設(shè)計要求，圍堰施工完成后無滲漏。左岸導流洞封堵施工期間，基坑內(nèi)基本無滲水。圍堰施工完成后，采用聲波法對混凝土結(jié)構(gòu)進行了檢查，圍堰整體結(jié)構(gòu)密實，無空洞、蜂窩、斷層、裂縫等質(zhì)量缺陷。水下自密實混凝土檢測結(jié)果見表7。

表7 水下自密實混凝土檢測結(jié)果表

5 結(jié) 語

水下自密實混凝土作為一種新興的混凝土技術(shù)，通過采用適宜的配合比和施工工藝，能夠保證混凝土的施工性能及澆筑質(zhì)量。水下自密實混凝土在錦屏一級水電站左岸導流洞出口圍堰中的實際應(yīng)用取得了以下成果：

(1)配合比設(shè)計時，應(yīng)對各種原材料進行優(yōu)選，通過采用中熱水泥、摻加適量的摻合料(如粉煤灰)、使用高性能減水劑等技術(shù)手段，可以設(shè)計出性能良好、經(jīng)濟合理的配合比。

(2)配合比設(shè)計時，其不僅應(yīng)滿足設(shè)計指標，還應(yīng)重點考察混凝土的施工性能，且其施工性能應(yīng)與施工工藝相匹配。

(3)大體積水下混凝土應(yīng)采取預冷混凝土，在混凝土中埋設(shè)冷卻水管并通水冷卻。還應(yīng)埋設(shè)混凝土溫度監(jiān)測設(shè)備，密切監(jiān)控混凝土的內(nèi)外溫差，以便于即時調(diào)整冷卻水的流量、溫度及通水時間。

(4)澆筑過程中，為減少水流對澆筑部位的擾動，應(yīng)采取一定的保護措施，使?jié)仓课恢車幱陟o水狀態(tài)。此外，采用導管法施工時，其導管直徑、間距、拔管速度等工藝參數(shù)對混凝土施工質(zhì)量的影響較大，應(yīng)通過探索找出適宜的施工參數(shù)。