高性能混凝土在水工建筑物中的应用

仲深意

(华北水利水电学院工程监理中心 郑州 450011)

1 工程概况

阿拉沟水库枢纽工程位于新疆维吾尔自治区托克逊县境内，是吐鲁番地区重要控制性工程。总库容4450万m3，拦河坝高105.26m，兴利库容3050万 m3，死库容850万m3，为Ⅲ等中型水利工程。该流域属于干旱地区，植被差，地表裸露，土壤松散，河道纵坡较大，中上游河段水流流速大，山体切割破碎，当产生大量降水时，松散的土壤很容易被地面径流侵蚀带入河槽，增加水流中挟带的泥沙，同时将形成大量的悬移质和推移质冲向下游。根据阿拉沟站多年观测数据，平均悬移质输沙量为23.2万t，多年平均推移质输沙量为5.80万t，泥沙总量为29.0万t。

水库枢纽由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸岸边开敞式正槽溢洪道、右岸导流兼冲沙放空洞、左岸输水隧洞组和安全监测等组成。水库建成后具有防洪、供水、灌溉等综合利用效益。

导流洞布置在河床右岸，全长为1002.80m，由引水渠段、检修闸井段、隧洞有压段、工作闸井段、隧洞无压段和出口明渠段组成。隧洞衬砌成型断面为3.5m×4.5m，城门洞形，纵坡i=2%，隧洞无压段采用钢筋混凝土衬砌，厚度为0.8m。有压段采用钢筋混凝土衬砌，厚度为0.6m。

2 技术措施

初步设计中导流洞有压段和无压段均采用C25混凝土衬砌，导流洞在运行过程中水流速度达到39m/s，水流流速较快，且推移质较多，对底板和边墙下部易产生冲刷。为保证导流兼冲沙放空洞运行安全和增大抗冲刷能力，经参考新疆已建伊犁恰甫其海水利枢纽工程导流隧洞、伊犁南干渠八一大板长26km的隧洞和巴州博斯腾湖东泵站等多项工程，采用高性能混凝土提高了混凝土的抗侵蚀和抗磨的成功经验，又经咨询吐鲁番世界银行贷款项目执行办公室大坝安全专家小组后，建议进行优化设计。因高性能混凝拌和物具有良好的工作特性(亦称和易性)、高耐久性、高抗渗性、高抗冻性、高体积稳定性、高抗压强度、高抗侵蚀性、抑制碱骨料反应能力、低水胶比、低水化热、抗冲耐磨等特点，最后确定无压洞底板及底板以上2.5m边墙采用C40W6F200高性能抗冲耐磨混凝土，但在施工过程中，却发现该方案施工难度较大，考虑到隧洞冲刷主要由推移质产生，且仅发生在底部，为减少工程造价，提高施工进度，只将底板以上0.8m边墙采用C40W6F200高性能抗冲耐磨混凝土，工作闸井底板以上0.8m边墙也采用该混凝土，顶拱及其他部位采用C30W6F200混凝土。有压洞全断面采用C30W6混凝土，衬砌厚度0.6m。进出口段采用C20F200混凝土。

3 施工方法

3.1 隧洞混凝土浇筑的施工工艺

施工测量放样→人工整修隧洞轮廓→建基面清理→垫层混凝土浇筑→底板钢筋制安→止水带安装→模板安装→底板浇筑→边顶拱钢筋制安→止水带及埋件安装、固定→钢模台车定位加固→堵头模板安装→混凝土入仓→人工平仓→振捣器振捣密实→拆模→洒水养护→伸缩缝处理→回填灌浆→固结灌浆。

3.1.1 钢筋制安

钢筋安装完成后施工单位进行“三检”:ⓐ几何尺寸是否满足设计要求;ⓑ各部位钢筋的制作牌号与安装牌号是否相同;ⓒ钢筋绑扎和焊接是否牢固;ⓓ钢筋绑扎的间距是否准确及均匀;ⓔ钢筋与保护层的间距是否满足设计要求，砂浆垫块是否布置合理;ⓕ钢筋表面是否清洁无污;ⓖ架力筋是否按设计布置;ⓗ钢筋安装的垂直度是否满足设计要求;ⓘ橡胶止水安装是否牢固等。

3.1.2 模板制作

直线段模板采用10m长定型钢模台车，弯道段采用常规拼装钢模按不等长度拼装，以满足转弯半径的需要。定型钢模台车拼装前应对所到现场的钢模板进行打磨、清理、校正，使其模板面平整、清洁。就位前涂刷脱模剂，就位后用油压千斤配合螺旋杆将钢模台车加固锁定于洞身开挖面，防止混凝土浇筑过程中发生形变或位移。

3.1.3 橡胶止水安装

采用专门定做的环形闭合橡胶止水带，从而避免了接缝，内部用钢筋固定，外部用木模固定，以保证混凝土浇筑时不发生位移。

3.1.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑前对混凝土仓面进行清洗，仓面保持清洁无污物和无集水时方可混凝土入仓。混凝土由拌和站集中拌制，采用混凝土罐车将混凝土运送至现场，然后采用混凝土泵直接入仓。

隧洞底板采用跳仓浇筑，混凝土浇筑时保持连续性。待混凝土达到初龄后，将其对应的边墙部位混凝土凿毛并冲洗干净。边顶拱浇筑前，用泵送同标号砂浆，厚度3～5cm人工摊铺均匀，以保证与二期混凝土衔接紧密，并选择经验丰富的混凝土工从钢模台车两侧预留的洞口进入仓内且仓内有足够照明，待混凝土入仓后人工平仓，厚度约40～50cm，采用插入式振动器振捣，墙体两侧分层、均衡上升连续浇筑，防止钢模台车倾斜和受力不均造成钢模变形。振捣时以一个方向开始到末端结束，依次振捣密实，振捣时间应控制适宜，防止过振、欠振和漏振，振捣时以混凝土表面无气泡、无明显流动和沉降为宜，上一层混凝土振捣时，振动器插入下一层混凝土5～10cm;无压段待高性能混凝土浇筑至距底板0.8m时，更换混凝土配合比并加强振捣。当浇至起拱线顶拱时采用附着式振动器振捣。

3.2 养护

尽管高性能混凝土有许多特点，但也有缺点，即易产生早期开裂。所以拆模后应派专人及时养护并作好记录，底板用线毯覆盖并保持湿润，养护期为28天。在工程实施过程中为了防止早期混凝土受风吹，在导流洞进出口处挂门帘，防穿堂风通过，从而避免了隧洞边拱混凝土表面干裂。

隧洞回填筑灌浆和固结灌浆以及伸缩缝施工方法与普通混凝土隧洞施工方法相同，在此不再赘述。

4 质量控制

高性能混凝土的高性能不只是一个优质的设计方案和混凝土配合比能够体现的，更重要的是施工单位开仓前要做好技术交底和安全交底，提高员工的实际操作能力，从各个环节上做到科学施工。监理要严格把关，通过参建各方的共同努力才能达到预期的目的。

4.1 原材料和中间产品

凡进场钢筋、水泥、粉煤灰、外加剂(高效减水剂、引气剂、膨胀剂)、橡胶止水、硅粉等原材料，以及砂石骨料等，监理工程师均按规范要求跟踪检测和平行检测，合格后方可使用并做好标示，从源头上把好质量关，做好事前控制。

4.2 混凝土开仓前检查

监理工程师仓面验收是在施工单位“三检”合格的基础上，对钢筋型号、数量、模板、橡胶止水安装是否满足规范要求进行检查检测，同时检查施工单位的质量保证体系如管理人员、技术员、施工员、测量员、试验员、安全员等，施工人员如模板工、钢筋工、混凝土工、电工、焊工等的到位情况，施工设备如混凝土搅拌车、混凝土泵、装载机、备用电源等，原材料和中间产品如水泥、粉煤灰和砂石骨料的储量等是否满足开仓要求，以确保混凝土连续浇筑。混凝土开仓前，监理工程师对施工单位提交的混凝土施工配合比进行复核，且外加剂(其中引气剂用85℃热水按比例稀释搅拌均匀后用量杯计量)、硅粉等分袋计量。经检查检验全部合格后，最后由监理工程师签发开仓证。

4.3 混凝浇筑及养护

混凝浇筑是重要工序，监理工程师要加强旁站监理，严把质量关，做好事中控制。因此在混凝土的拌和过程中严格控制水灰比，控制混凝土拌和时间和运输时间，以满足泵送混凝土的要求。定时或不定时地对出机口和入仓口处混凝土的坍落度、含气量进行检测，并按规范要求见证抗压、抗冻和抗渗试件取样并做好监理台账。

高性能混凝土养护十分重要，其目的就是保证混凝土硬化以及水泥的水化热达到一定的程度，从而获得性能优良的混凝土。因此在混凝土养护期间，监理工程师应定期不定期进行抽查，做好事后检查。

5 结语

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用低水胶比，掺加高效减水剂和掺加超细矿物质和料等现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计主要技术指标，并具有良好的工作性能、密实性、耐久性、强度、适用性和经济性的混凝土。高性能混凝土在新疆已建几个典型项目中成功的应用和实践，对未来新建工程项目水工建筑物的抗侵蚀和抗磨将起着借鉴作用。本工程导流兼放空冲沙洞采用了高性能混凝土，目前已投入运行，能否经得起汛期推移质冲刷磨损，还有待在今后的运行中检验。❋