鄭學(xué)文

廣東水電二局股份有限公司 廣東 廣州 510000

水庫大壩作為水利工程的重要組成部分，對(duì)于水資源的調(diào)蓄、防洪、灌溉等方面具有重要的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)水資源的需求逐漸增加，水庫大壩的安全運(yùn)行成為了亟待解決的問題。碾壓混凝土是一種適用于水庫大壩加固的新型材料，具有良好的工程性能和施工性能。通過對(duì)水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術(shù)的研究，可以提高大壩的穩(wěn)定性和安全性，保障水利工程的正常運(yùn)行。在過去的幾十年里，水庫大壩的建設(shè)和管理已經(jīng)取得了顯著的成果。然而，由于各種原因，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、建設(shè)技術(shù)、自然災(zāi)害等，部分大壩存在潛在的安全隱患。為此，有關(guān)部門采取了一系列措施，如監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、加固等，以確保大壩的安全運(yùn)行。其中，碾壓混凝土加固技術(shù)因其優(yōu)越的性能和施工便捷性，逐漸成為研究熱點(diǎn)。

1 水利工程概述

本研究以A水庫為實(shí)例進(jìn)行探討，該水庫始建于20世紀(jì)80年代，由人工筑壩完成。在使用過程中，尚未開展地質(zhì)勘探。為達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的，委派某勘探公司進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)[1]。

1.1 水文地質(zhì)狀況

依據(jù)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)》[2](GB50021-2001)進(jìn)行實(shí)地勘查?？辈榻Y(jié)果顯示，水庫所處區(qū)域主要為原生地貌，地勢(shì)較為平緩，壩頂高程介于48.12~51.40m之間，最大壩高約為4.5m。地下水中的礦物質(zhì)成分對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有一定腐蝕作用，進(jìn)而使水庫壩體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到一定程度的侵蝕。

1.2 水庫壩體工程狀況

所選用的水庫大壩填充材料主要來源于壩上下游以及兩側(cè)的山坡地，包括灰黃色和灰色兩類粉狀粘土，部分含有碎石，具備較強(qiáng)的塑性。壩體的最大厚度為10.2m，底部高程范圍在43.00~46.50m之間。為探究碾壓混凝土加固技術(shù)，需要找到較為脆弱的壩身進(jìn)行加固。對(duì)多個(gè)部位進(jìn)行檢測(cè)，在壩身與壩基接觸部位進(jìn)行野外注水實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域防滲能力較差，存在局部滲水現(xiàn)象。因此，對(duì)這些區(qū)域?qū)嵤┠雺夯炷良庸淌┕?。?為注水勘查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1 注水勘查實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 水庫大壩碾壓混凝土加固施工過程

2.1 拌制混凝土修建材料

為確保水庫大壩碾壓混凝土加固工程質(zhì)量，需選擇合適的原材料和拌合方法。首先，基于實(shí)際工程需求，選定膨潤(rùn)土作為泥漿材料，并利用實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行混凝土泥漿配比參數(shù)的設(shè)定。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用Q20型號(hào)的膨潤(rùn)土，表現(xiàn)出較好的性能指標(biāo)。除膨潤(rùn)土外，選用其他原材料，如42.5R水泥、粗細(xì)適中的砂子、篩選過的石料以及純凈無雜質(zhì)的水。同時(shí)加入分散劑純堿、羧甲基纖維素(CMC)增稠劑和水泥防漏劑等，以提高混凝土性能。

在拌和過程中，關(guān)注混凝土泥漿配比參數(shù)，按照實(shí)際工程需求和地層情況，嚴(yán)格控制膨潤(rùn)土、純堿、CMC、聚丙烯和水等材料的比例。泥漿濃度應(yīng)大于5.2%，漏斗黏度為40～60s，配置密度需小于1.5g/cm3。靜切力需要在10min后達(dá)到1.615N/m2，pH值控制在9.6~12.5之間，以減少材料腐蝕性[3]。

采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行混凝土拌和，制漿標(biāo)準(zhǔn)為40m3/h，每次攪拌時(shí)間不超過4min，且材料加料誤差不得超過3%。在拌和過程中，確?；炷辆鶆?，無顆粒沉積。拌和完成后，將混凝土材料放置于泥漿池中，等待施工。運(yùn)輸混凝土?xí)r，采用混凝土攪拌車或泵車，確保運(yùn)輸過程中不發(fā)生分層、離析等現(xiàn)象。在澆筑前，檢查施工現(xiàn)場(chǎng)條件，如壩體表面清理干凈、無殘留物等。澆筑過程中，使用機(jī)械振動(dòng)器進(jìn)行振搗，使混凝土充分密實(shí)，排除氣泡。同時(shí)，保持混凝土在澆筑過程中的適當(dāng)溫度和濕度，以避免干縮裂縫的產(chǎn)生。通過對(duì)拌制混凝土修建材料的嚴(yán)格控制和合理配比，可確保水庫大壩碾壓混凝土加固工程的質(zhì)量和效果。

在混凝土澆筑過程中，要關(guān)注施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素，例如溫度、濕度等。適當(dāng)調(diào)整混凝土的配方和澆筑速度，以適應(yīng)不同的施工環(huán)境。在施工過程中，對(duì)混凝土材料進(jìn)行定期檢測(cè)，確保材料性能符合要求，并對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。混凝土拌合完成后，對(duì)混凝土材料進(jìn)行抽樣檢測(cè)，以確保其性能達(dá)到預(yù)期。如有必要，可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整混凝土配比，以優(yōu)化混凝土的性能。在實(shí)際施工過程中，注重與其他施工環(huán)節(jié)的銜接和協(xié)調(diào)，確保整個(gè)水庫大壩碾壓混凝土加固工程的順利進(jìn)行。

2.2 設(shè)計(jì)加固槽段幾何尺寸

對(duì)于水庫大壩碾壓混凝土加固工程，設(shè)計(jì)加固槽段的幾何尺寸顯得尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@會(huì)直接影響到加固效果與施工安全。首先，根據(jù)大壩的實(shí)際情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及施工條件，確定槽段的寬度、深度和長(zhǎng)度。一般來說，槽段寬度應(yīng)在1.5～2.0m之間，深度在0.5～1.0m范圍內(nèi)，長(zhǎng)度則需基于大壩長(zhǎng)度和加固范圍來設(shè)定。在設(shè)計(jì)過程中，務(wù)必充分考慮大壩的力學(xué)性能和現(xiàn)場(chǎng)施工條件。

槽段鉆孔設(shè)備采用沖擊鉆，將3臺(tái)設(shè)備分為一組，對(duì)A3號(hào)位置和A5號(hào)位置進(jìn)行槽段鉆孔施工。在鋼筋裝置放置之前，進(jìn)行多網(wǎng)格劃分。待混凝土材料初次振實(shí)完成后，需滿足干容量要求，即27.5~29.7kN/m3范圍內(nèi)。然后，在加固位置進(jìn)行標(biāo)記，放置鋼筋裝置。接下來，考慮槽段之間的間距和錯(cuò)臺(tái)。槽段間距應(yīng)保證碾壓操作有足夠的空間，錯(cuò)臺(tái)有利于增強(qiáng)槽段間的抗剪能力，從而提高整體穩(wěn)定性。針對(duì)大壩的曲率和斜度，適當(dāng)調(diào)整槽段幾何尺寸，以適應(yīng)復(fù)雜的地形變化[4]。

將鋼筋欄板按順序下放，以滿足澆筑前壩基高程范圍，初始混凝土鋪設(shè)面為8cm。在鋼筋下放完成后，采用蒸汽加熱方式，確保后期混凝土加固過程中的澆筑溫度保持在12℃~16℃范圍內(nèi)。鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)槽段中心線，設(shè)置兩組鉆機(jī)間距為3.5m，先采用小沖擊間斷方式進(jìn)行開孔，每分鐘沖擊次數(shù)控制在40次。設(shè)計(jì)方案確定后，進(jìn)行詳細(xì)審查和評(píng)估，確保設(shè)計(jì)合理、安全可靠。通過計(jì)算和模擬分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，如考慮滲透流、地震響應(yīng)等因素對(duì)大壩穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜页浞譁贤ǎ髑笠庖?，以期?yōu)化設(shè)計(jì)方案。在導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行抓槽工作。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，按順序從兩側(cè)向中間移動(dòng)，首次抓長(zhǎng)不得超過3.2m。對(duì)選定的壩體進(jìn)行混凝土加固施工，通過修建施工平臺(tái)，對(duì)水庫壩體的導(dǎo)墻進(jìn)行防滲加固[5]。

2.3 修建壩體施工平臺(tái)

修建壩體施工平臺(tái)是確保水庫壩體工程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。首先，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)條件，選定適當(dāng)?shù)钠脚_(tái)位置和尺寸，確保平臺(tái)能夠容納施工設(shè)備、材料和人員，同時(shí)保證平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性?？紤]到施工設(shè)備和材料的占地面積，平臺(tái)的寬度和長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，以便于施工操作和設(shè)備的進(jìn)出。在修建壩體施工平臺(tái)的過程中，按照1∶1.4的坡度將高程進(jìn)行修筑，采用薄混凝土防滲墻技術(shù)，在原有水庫壩體檢測(cè)位置上修建厚度為0.5m的防滲墻。墻底嵌入風(fēng)化麻巖石，厚度為0.8~1.4m。地層內(nèi)的適應(yīng)范圍可以適當(dāng)加寬，增加砂土層，以確保壩基的密實(shí)程度。本次修建工程中，最大建墻深度需達(dá)到45m。

施工平臺(tái)建設(shè)過程包括土方開挖、填筑、夯實(shí)和排水等環(huán)節(jié)。首先進(jìn)行土方開挖，清理施工平臺(tái)范圍內(nèi)的松散物。然后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行填筑，采用夯實(shí)機(jī)械對(duì)填筑土進(jìn)行分層夯實(shí)，確保土體達(dá)到所需的密實(shí)度和承載能力。接下來，設(shè)置合適的排水設(shè)施，防止雨水和地下水對(duì)施工平臺(tái)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[6]。

完成壩體施工平臺(tái)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行導(dǎo)墻體的施工。采用蛙式打夯機(jī)對(duì)導(dǎo)墻底進(jìn)行夯實(shí)，為導(dǎo)墻底部鋪設(shè)砂漿墊底。當(dāng)砂漿墊底形成初凝效果后，放置導(dǎo)邊墻線，并進(jìn)行導(dǎo)墻的鋼筋捆綁和扎實(shí)，以固定澆筑模板和調(diào)直經(jīng)緯儀。根據(jù)工程現(xiàn)況，儀器放置在導(dǎo)墻鋼筋中，綁扎找準(zhǔn)，并利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行找準(zhǔn)設(shè)定。待所有導(dǎo)墻處于同一平面后，進(jìn)行混凝土澆筑。整個(gè)澆筑過程采用插入式振搗器，對(duì)混凝土材料充分振動(dòng)。填筑材料達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除模板。導(dǎo)墻應(yīng)平行于防滲墻的中心線，允許偏差為1.5cm。

拆除混凝土導(dǎo)墻模板后，對(duì)壩體進(jìn)行混凝土碾壓加固。首先對(duì)壩基進(jìn)行多次碾壓，形成較為堅(jiān)固的水壩基底。在混凝土回填過程中，每次碾壓都需進(jìn)行密實(shí)處理，采用分段碾壓方式，對(duì)混凝土材料進(jìn)行鋪設(shè)。施工平臺(tái)建設(shè)過程中，應(yīng)定期進(jìn)行質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，以確保施工質(zhì)量。如發(fā)現(xiàn)平臺(tái)存在不穩(wěn)定、沉降等問題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理和整改[7]。

2.4 分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料

分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料對(duì)于加固工程至關(guān)重要，它直接關(guān)系到壩體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在鋼筋結(jié)構(gòu)填筑完成并抹平表面之后，按照設(shè)計(jì)要求和施工計(jì)劃，將混凝土分段鋪設(shè)在壩體槽段內(nèi)，確保厚度和密實(shí)度滿足要求。輔助設(shè)備如挖掘機(jī)和推土機(jī)可提高鋪設(shè)效率和質(zhì)量。

振動(dòng)碾設(shè)備被用于對(duì)鋪設(shè)好的混凝土進(jìn)行多次碾壓，至少7次。碾壓過程中要控制行走速度、壓實(shí)厚度和遍數(shù)，觀察混凝土表面的平整度和裂縫情況，如有問題應(yīng)及時(shí)處理。每次加固的分段長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)置在150～300m之間，主壩區(qū)的鋪設(shè)厚度為1000mm，次壩區(qū)為1200～1600mm，過渡區(qū)厚度為600mm。碾壓完成后，對(duì)加固混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)措施包括灑水處理、覆蓋保溫材料等，保持混凝土表面濕度和溫度。在為期兩周的養(yǎng)護(hù)期間，定期檢查混凝土表面狀況，及時(shí)處理問題。加固后表面的滲水系數(shù)需經(jīng)測(cè)試超過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，以確保加固效果。

整個(gè)分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料過程中，重視質(zhì)量管理和現(xiàn)場(chǎng)安全。定期進(jìn)行質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理，制定嚴(yán)格的安全操作規(guī)程，為施工人員配備必要的安全防護(hù)設(shè)備，確保施工現(xiàn)場(chǎng)安全。

總之，水庫大壩碾壓混凝土加固施工過程需要嚴(yán)格控制混凝土材料質(zhì)量、設(shè)計(jì)合理的加固槽段幾何尺寸、修建穩(wěn)定可靠的施工平臺(tái)以及分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料。只有確保每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量和安全，才能實(shí)現(xiàn)水庫大壩的有效加固，保障水利工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 加固施工結(jié)果測(cè)定

在水庫大壩碾壓混凝土加固工程完成后，對(duì)加固效果進(jìn)行了測(cè)定。以下是施工35天后的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果和滲透系數(shù)檢測(cè)結(jié)果。

3.1 施工35天后抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

在加固工程完成35天后，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表明加固效果良好。具體數(shù)據(jù)如下：

主壩區(qū)：抗壓強(qiáng)度平均值達(dá)到8.5MPa，最低值為4.8 MPa，最高值為9.9MPa。次壩區(qū)：抗壓強(qiáng)度平均值達(dá)到7.7MPa，最低值為3.6MPa，最高值為9.1MPa。過渡區(qū)：抗壓強(qiáng)度平均值達(dá)到6.0MPa，最低值為2.2MPa，最高值為8.6MPa。

這些數(shù)據(jù)表明加固后的混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，有利于保證水庫大壩的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 施工35天后滲透系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

在加固工程完成35天后，對(duì)混凝土的滲透系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)。滲透系數(shù)反映了混凝土防滲性能，較低的滲透系數(shù)意味著較好的防滲效果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，加固后的混凝土滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，具體數(shù)據(jù)如下：

主壩區(qū)：滲透系數(shù)平均值為1.0×10-6cm/s，最低值為0.8×10-6cm/s，最高值為1.2×10-6cm/s。次壩區(qū)：滲透系數(shù)平均值為1.3×10-6cm/s，最低值為1.0×10-6cm/s，最高值為1.5×10-6cm/s。過渡區(qū)：滲透系數(shù)平均值為1.6×10-6cm/s，最低值為1.2×10-6cm/s，最高值為1.9×10-6cm/s[8]。

通過對(duì)水庫大壩碾壓混凝土加固工程施工35天后的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明加固效果顯著，混凝土強(qiáng)度和防滲性能均滿足設(shè)計(jì)要求。這為水庫大壩的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和安全提供了有力保障。

4 總結(jié)

綜上所述，本文針對(duì)水庫大壩碾壓混凝土加固工程中的關(guān)鍵問題，提出了一套完整的施工方案。通過對(duì)混凝土材料質(zhì)量的嚴(yán)格控制、合理設(shè)計(jì)槽段幾何尺寸、穩(wěn)定的施工平臺(tái)以及分段碾壓鋪設(shè)混凝土材料等措施，確保了工程質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)安全。實(shí)施本文提出的方案有助于加固水庫大壩，確保水利工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。最終，本研究對(duì)水庫大壩碾壓混凝土加固工程提供了有力的技術(shù)支持。