漆榮輝

(廣東省源天工程有限公司,廣州 511340)

0 引 言

埋石混凝土廣泛應(yīng)用于重力壩、拱壩、擋土墻、邊坡、閘、船塢、港口、堤防等水利水電工程大體積混凝土工程中,此類混凝土工程斷面尺寸>2.0m,在水熱化引起的內(nèi)部溫度和外界溫度差>25℃,采用C15、C20、C25劃分混凝土強(qiáng)度等級(jí),俗稱“金包銀”設(shè)計(jì)[1]。C15主要應(yīng)用于一般低中壩、邊坡?lián)鯄?、堤防?C20、C25則多應(yīng)用于高壩,對(duì)強(qiáng)度等級(jí)要求較高,一般埋石率在20%,部分可達(dá)30%～40%。一般埋石料主要是就近取材,如果不能滿足要求或者質(zhì)量不達(dá)標(biāo),則需要進(jìn)行成品埋石料的購買,故此該技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。埋石混凝土常常應(yīng)用于水利水電建筑及大尺寸垂拱建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)和防水滲漏等級(jí)較低、配筋較低的地方,可以改善水泥結(jié)合比,節(jié)約水泥用量,提高膠凝材料的利用率,盡可能減少水泥水化的溫度波動(dòng),減少由于收縮而出現(xiàn)裂縫等情況。同時(shí)埋石強(qiáng)度優(yōu)于相同質(zhì)量的普通水泥,適用范圍較寬,抗凍穩(wěn)定性優(yōu)良,提高混凝土施工質(zhì)量、降低工程投資、保證設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和耐久性。

1 埋石混凝土施工工藝與優(yōu)點(diǎn)

1.1 埋石混凝土施工原理

埋石混凝土澆筑法是指壩體在施工的過程中,采用埋石混凝工藝并加以適當(dāng)處理的一項(xiàng)技術(shù)手段。埋石混凝土澆筑方法,主要適用于水利水電工程及重力壩中大體積混凝土的澆筑,在水利工程施工設(shè)計(jì)中使用得相當(dāng)普遍。

埋石混凝土主要的作用就是改變壩體混凝土結(jié)構(gòu)以及澆筑方式,在實(shí)踐中要保障重力壩強(qiáng)度、適用性、安全性、使用壽命等要求的基礎(chǔ)上,在混凝土澆筑中埋入了大量的石塊,進(jìn)而減少水泥的應(yīng)用量,可以改變混凝土結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用性能,在石塊之間通過混凝土進(jìn)行填充,并進(jìn)行振搗密實(shí)處理,利用混凝土以及石塊之間的結(jié)構(gòu),提高構(gòu)件的抗壓能力和溫度調(diào)整能力,可以提升工程的整體效益。

1.2 埋石混凝土的優(yōu)點(diǎn)

重力壩具有壩身長、壩體大而重,澆筑量大的特點(diǎn),對(duì)內(nèi)外溫度的要求比較高,技術(shù)條件要求比較嚴(yán)苛,在建造過程中還需要限制外力和保證結(jié)構(gòu)的安全性?，F(xiàn)階段多數(shù)的水利水電工程都是混凝土壩體,而埋石混凝土作為一種科學(xué)的技術(shù)手段,在水利工程中應(yīng)用效果顯著。

埋石混凝土技術(shù)的使用可以有效地降低了水泥等材料的使用率,也可以增加結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度,從而降低了建筑裂縫等質(zhì)量問題,并且隨著水泥劑量的大幅度降低,也大大減少了建筑裂縫、變形等工程質(zhì)量問題。在埋石混凝土技術(shù)的使用過程中,會(huì)基于壩體施工合理地設(shè)計(jì)石塊的規(guī)格,對(duì)于一些大規(guī)格的石塊可以通過機(jī)械配合應(yīng)用,這樣就會(huì)提升施工效率,保障施工質(zhì)量與效果。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

大萬山島大水坑分級(jí)擴(kuò)容工程為新建二級(jí)水庫,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取30a一遇(P=3.3%),校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取200a一遇(P=0.5%),水庫總庫容為5.85萬m3。工程規(guī)模為小(2)型。主要建筑物和次要建筑物級(jí)別定為5級(jí),臨時(shí)建筑物低于5級(jí),但仍按最低等級(jí)5級(jí)考慮。

本次新建二級(jí)水庫壩頂高程為90.50m,壩長123m(計(jì)入壩肩段壩體總長145m),壩頂寬度4m。壩體上游面和下游面均取折面,壩體88.0m高程處以下取坡折為1∶0.1,下游壩坡在88.0m高程處以下壩坡為1∶0.7。大壩基礎(chǔ)厚2.0m的C25混凝土,底板中間設(shè)2m寬槽后,澆C25膨脹混凝土封閉。壩身上游作50cm～100cm厚C30鋼筋混凝土防滲面板。大壩為C30埋石混凝土重力壩,埋石率10%。

本施工方案只針對(duì)C30埋石混凝土施工,各部位具體埋石混凝土工程量見表1。

表1 埋石混凝土主要工程量

2.2 埋石料技術(shù)要求

埋石與堆石在原材料巖石抗壓強(qiáng)度及軟化系數(shù)指標(biāo)沒有區(qū)別,壩體設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)既有相同之處,也有較大的差別。目前國內(nèi)修建埋石混凝土壩越來越多,尤其在西南地區(qū)建造了較多的埋石混凝土重力壩及拱壩,但是關(guān)于埋石混凝土筑壩埋石料相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程還未發(fā)布,在設(shè)計(jì)壩體填筑材料時(shí)仍參照《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》SL678-2014中的技術(shù)要求[2]。根據(jù)工程實(shí)踐及有關(guān)研究,將埋石混凝土重力壩與堆石壩原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對(duì)比情況如表2所示,可依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)為參考進(jìn)行質(zhì)量控制。

表2 堆石壩原巖與建議埋石原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

3 施工方案設(shè)計(jì)

3.1 分層、分塊方法

壩體結(jié)構(gòu)屬大體積混凝土,混凝土澆筑擬定為1.5m一層。按照壩段將澆筑塊劃分為9個(gè)壩段。按照澆筑能力為標(biāo)準(zhǔn),將大面積壩段分為兩塊,降低出現(xiàn)施工冷縫的可能性。在每塊底板常態(tài)混凝土澆筑,同時(shí)在帷幕、固結(jié)灌漿施工完后,澆筑大壩埋石混凝土。預(yù)留壩體上游防滲面板及溢流壩段溢流面板鋼筋混凝土[3]。

3.2 混凝土、塊石入倉施工技術(shù)

在對(duì)倉面的施工按要求進(jìn)行后,應(yīng)立即展開倉面沖洗,并清理倉面雜質(zhì),以清除施工縫內(nèi)的面水。經(jīng)公司質(zhì)量檢驗(yàn)部門測試合格并由監(jiān)理工程師合格后才能進(jìn)行混凝土。

大壩埋石混凝土采用地泵輸送入倉。拌合站生產(chǎn)的混凝土直接卸至泵車裝料斗中。在泵送時(shí),應(yīng)對(duì)油泵和管路進(jìn)行潤滑,在試油泵合格后,才能使用。用1∶2的水泥漿進(jìn)行潤管,但要分散布料,不得集中在一處進(jìn)行[4]。

開始抽走砂漿時(shí),砂漿泵在慢速、勻速且隨時(shí)可能會(huì)發(fā)生反泵的狀況。泵送速率應(yīng)先慢后快,然后逐步加快,待混凝土泵的水壓穩(wěn)定和各系統(tǒng)工作狀況正?；?各系統(tǒng)運(yùn)行順暢后,再按常規(guī)速率進(jìn)行泵送。

泵送混凝土應(yīng)當(dāng)持續(xù)推進(jìn),如可能發(fā)生供給物資跟不上時(shí),應(yīng)當(dāng)降低泵送混凝土速率,以保持管道中的混凝土保持流通狀況,并采取慢速間歇泵送混凝土。當(dāng)需要間歇時(shí),其中的斷時(shí)不能大于混凝土自拌和至施工結(jié)束所允許時(shí)間(初凝時(shí)間),否則需要對(duì)泵機(jī)和管路加以沖洗。在使用慢速間歇泵送混凝土?xí)r,以每隔4～5min為宜,采用4個(gè)程序的正、反向泵。

在泵送混凝土作業(yè)中,要經(jīng)常注意檢查料斗內(nèi)的混凝土料存量,絕對(duì)不可以發(fā)生完全空泵的狀況,以防壓縮空氣流入泵內(nèi),產(chǎn)生氣錘,從而影響泵機(jī)的使用壽命,并防止活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)處在干磨狀況。出現(xiàn)有骨材卡住彈斗中的攪拌器和阻塞現(xiàn)象。當(dāng)逆泵仍無法去除阻塞現(xiàn)象時(shí),可以緊急停泵,重新檢查阻塞部位并進(jìn)行清除。

泵送工作快要完成前,必須在一段時(shí)間停止向彈斗中提供物資,這樣管道的混凝土才能充分獲得使用。泵送過程結(jié)束后,應(yīng)當(dāng)認(rèn)真進(jìn)行泵機(jī)和管道的清理工作。所有沖洗后產(chǎn)生的廢漿、垃圾,都必須進(jìn)入臨時(shí)的水洼中,并做好適當(dāng)攪拌的處理,以防止結(jié)塊。

埋石混凝土澆筑通常采取靜態(tài)法和移動(dòng)法的組合完成。這樣既能夠增加埋石量,也能夠增加混凝土入倉施工效率,保證混凝土質(zhì)量滿足工程要求。

靜態(tài)埋石混凝土澆筑法:

1)首先泵送鋪筑2～3cm厚的水泥砂漿和50cm厚混凝土料并振搗。

2)選擇充分濕潤滿足條件的塊巖吊入倉時(shí),人工配合擺好片石。

3)用混凝土入倉覆蓋片石并澆筑在片石中的混凝土,循環(huán)直到收倉。

動(dòng)態(tài)埋石混凝土施工技術(shù)要求為:按壩段長度,由上至下游平行于大壩軸線的方向,先泵送混凝土鋪砌成一層長10～20m,寬4～8m的水泥砂漿和混凝土料,然后用塔吊掛入塊石中,并充分每點(diǎn)埋石間及底層水泥。換句話說,即邊埋石邊振搗[5]。

4 埋石混凝土質(zhì)量檢測檢驗(yàn)要點(diǎn)

4.1 埋石料

如需購買埋石料,要在選定料場購買,論證評(píng)論工程開挖棄渣料的質(zhì)量,當(dāng)符合表2的標(biāo)準(zhǔn),才符合可使用的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)。

綜合儀器測試和定性外觀質(zhì)量判別兩種方法,進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。一一檢查主控項(xiàng)目中表觀質(zhì)量、含泥量和倉埋石粒徑等指標(biāo)[6]。通過儀器測試確定干密度、凍融損失率、硫酸鹽和硫化物濃度、堿活性、最大吸水率、完全飽和耐壓性能等,一般每2000t檢驗(yàn)1次。通過觀察、量測相結(jié)合的方式確定一般項(xiàng)目中的埋石間距和埋石率。

4.2 埋石率

埋石在單位體積埋石混凝土中的體積占比,就是埋石率(%),對(duì)于施工控制過程來說,是一個(gè)重難點(diǎn)。想要避免出現(xiàn)埋石質(zhì)量缺陷,一定要從根本上控制埋入倉內(nèi)埋石率[7]。埋石形狀差異明顯,所以很難精準(zhǔn)計(jì)量埋石體積,要根據(jù)埋石混凝土澆筑倉面積對(duì)埋石量體積進(jìn)行反算預(yù)估。公式如下:

V=g/ρ

(1)

式中:V為埋石體積,m3;g為埋石質(zhì)量,kg;ρ為巖石密度,kg/m3。

用地磅對(duì)埋石質(zhì)量進(jìn)行稱量確定,埋石密度試驗(yàn)值不會(huì)發(fā)生太大的變化,因此將其作為入倉埋石率的近似計(jì)算值。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)要求,埋石率要嚴(yán)格落實(shí)10%的標(biāo)準(zhǔn)。最合理和最優(yōu)埋石率有待工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究進(jìn)一步論證。

4.3 溫控

要嚴(yán)格按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《混凝土壩溫度控制設(shè)計(jì)規(guī)范》要求執(zhí)行埋石混凝土溫控,根據(jù)實(shí)際情況和需求,落實(shí)養(yǎng)護(hù)和表面養(yǎng)護(hù),若埋石混凝土倉內(nèi)溫度與外界氣溫之差>25℃,或存在特殊需求時(shí),需要進(jìn)行溫控措施[8]。

5 結(jié) 論

基于通過埋石混凝土在大萬山島大水坑分級(jí)擴(kuò)容工程中的應(yīng)用實(shí)例,對(duì)水利水電工程大體積水工混凝土中應(yīng)用埋石混凝土展開系統(tǒng)性的深入分析。隨著工程建設(shè)中應(yīng)用越來越多的新興技術(shù),更需要與高壩埋石混凝土重力壩及拱壩高度融合,更好地應(yīng)用埋石混凝土技術(shù),同時(shí)制定并發(fā)布設(shè)計(jì)、施工、檢測、評(píng)定、驗(yàn)收、管理、運(yùn)行等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,進(jìn)一步加大應(yīng)用埋石混凝土技術(shù),使其發(fā)展空間更大,同時(shí)也進(jìn)一步推動(dòng)埋石混凝土技術(shù)創(chuàng)新的不斷創(chuàng)新融合。