胶凝砂砾石在挡渣墙中的应用

董柯楠,李 坤

(1.中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041; 2.福建永泰闽投抽水蓄能有限公司，福建 福州 350700)

胶凝砂砾石是介于碾压型混凝土与堆石材料之间的一种新型胶凝材料[1]，其特点为根据施工条件就地取材、施工工艺简单，在施工过程中充分体现工程安全、经济合理、施工便捷、生态环保等方面的优势，在促进水利工程建设可持续发展中具有良好的推广意义。永泰抽水蓄能电站弃渣场挡渣墙为重力式挡墙结构，底宽为22 m、高为16 m、长为115 m，上游侧坡比为1:0.1、下游侧坡比为1:0.8。挡墙墙身采用C1806胶凝砂砾石，底部为C15混凝土基础，顶部设0.5 m厚C20混凝土面层，胶凝砂砾石总量约为17 000 m3。本文主要对胶凝砂砾石施工技术进行介绍，通过现场生产性试验和实际应用，形成了一套完整可行的施工工艺，为同类工程施工提供借鉴。

1 胶凝砂砾石施工工艺试验

胶凝砂砾石施工工艺试验内容主要包括配合比、拌和质量、铺料厚度及碾压遍数，依据施工规范及设计技术要求进行试验。

1.1 试验设备

试验设备包括施工机械及检测设备，施工机械主要有20 t自卸车6台、3.0 m3装载机、0.8 m3反铲、6 m3混凝土搅拌运输车及20 t振动碾。检测设备主要包括维勃稠度仪1台、含水量快速测定仪2台、凝结时间测定仪1台、核子密度/湿度检测仪1台及其他试块制作、养护、强度测定等相关试验检测设备[2]。

1.2 试验材料及配合比

1) 水泥：采用福建海峡水泥股份公司生产的建福牌P.O42.5袋装水泥。

2) 粉煤灰：采用福州开发区华能实业有限公司生产的Ⅱ级袋装粉煤灰。

3) 砂砾石：采用河滩砂砾石(最大粒径≤300 mm)，粒径<5 mm颗粒(砂)含量为31.3%(规范上不小于25%)。

4) 水：采用白云溪水。

5) 由工地试验室以设计技术参数要求为依据，结合现场原材料情况进行设计，经监理工程师批复同意，最终确定在本工程使用的施工配合比(见表1)。

表1 胶凝砂砾石C1806施工配合比

1.3 试验方法

分层厚度取50 cm、60 cm 2种，碾压遍数取无振2遍、有振6遍及8遍2种[3]。

铺料厚度按分层厚度增加为5～10 cm。分层厚度为 50 cm时，铺料厚度取55～60 cm；分层厚度为60 cm时，铺料厚度取65～70 cm。平整时大骨料集中部位进行现场翻拌，如有超径骨料剔除至墙体上游面。在各试验条带布置网格测点，在铺筑区外设置控制桩，在各条带的网格测点上以颜色进行标记和编号，用水准仪测量并记录初始厚度和相对高程，同时记录松铺厚度、大骨料分离情况、平仓速度等。

采用20 t振动碾进行压实，碾压方式采用进退错距法。平仓后及时碾压，振动碾行驶速度控制在1.0～1.5 km/h，相邻碾压带间搭接宽度为0.3～0.4 m，端头搭接不小于1.0 m。达到工艺试验规定碾压遍数后，表层基本泛浆。压实后分别测量各网格测点在碾压前后的相对高程变化，计算试验条带的平均沉降量，记录碾压遍数、压实厚度等。

1.4 试验结果

采用150 mm立方体试块测定7 d、14 d、28 d及180 d强度，各龄期均取样8组，强度检测结果见表2。

表2 胶凝砂砾石C1806不同龄期抗压强度检测结果

根据检测结果，7 d强度最小值为2.3 MPa，最大值为5.1 MPa，平均值为3.9 MPa；14 d强度最小值为4.4 MPa，最大值为7.2 MPa，平均值为6.1 MPa；28 d强度最小值为6.6 MPa，最大值为9.1 MPa，平均值为7.4 MPa。由于28 d强度均超过设计强度6.0 MPa，经参建各方讨论认为试验结果已满足要求，且本工程工程量较小，工期短，可按拟定的配合比、铺料厚度和碾压遍数先行组织施工[4]。180 d强度为施工后测定，结果均满足要求。

2 胶凝砂砾石挡渣墙施工

挡渣墙胶凝砂砾石利用附近河床砂砾石料经过装载机配合人工剔除超径卵石，在平整的拌和场地添加胶凝材料，用侧卸装载机、反铲挖掘机进行机械拌和。挡渣墙胶凝砂砾石每仓浇筑1层，间歇1 d用于备料。

2.1 砂砾石开采制备及运输

1) 从河床左侧开始采集砂砾石料，并清理1条过水通道，采集的砂砾石料用20 t自卸车运输至右侧备料场进行脱水。采集过程中需挑选含泥量少的部位，备料场砂砾料用水进行冲洗。

2) 拌和前将脱水的砂砾料使用1台挖机配合2台自卸车由备料场运至拌料平台，拌制8 m3胶凝砂砾石时沙砾石用量为2 326×8=18.608 t，在自卸车车斗标记对应的装车位置高度。

2.2 拌和及运输

1) 拌和材料用量

胶凝材料按重量法计量，砂砾料可按体积法简易计量，水可用流量阀计量，以1车8 m3的胶凝砂砾石计算。

胶凝材料用量为：① 水泥45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分称重计量)；② 粉煤灰45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分称重计量)。

砂砾料用量为：1车拌制8 m3胶凝材料的砂砾石量。

水：现场准备1个体积为V的水桶，计算将桶装满水所用时间t，则水流速为V/t。

2) 1次拌料堆使用3车砂砾料进行拌制，胶凝砂砾石拌和场地选在砂石系统2#中转料场附近，理论拌和能力约为45 m3/h，满足生产进度要求。

3) 现场安排10～12个袋装水泥、粉煤灰的搬运、拆包、铺撒工人，人工装水泥、粉煤灰至装载机铲斗内，装载机运输水泥、粉煤灰至备料堆顶部进行人工拆包均匀铺撒在料堆上。

4) 胶凝砂砾石拌和采用平地拌和法，用1台反铲挖掘机、2台装载机配合进行现场拌制，投料顺序：砂砾石→水泥/粉煤灰→水。

5) 混凝土运输采用20 t自卸车。混凝土VC值宜控制在3～8 s之间，骨料分离较小，满足自卸车水平运输要求。

2.3 卸料及平仓

1) 现场布置及卸料平仓示意见图1。自卸车卸料时，堆料旁出现的分离骨料应剔除，防止大骨料集中。

图1 现场施工布置及平仓、碾压示意(单位：m)

2) 采用平铺法连续铺筑，自卸汽车直接进仓退铺法卸料，自进料口的另一侧退铺至进料口处。

3) 摊铺时为保证压实范围，要求墙体下游加铺0.2 m宽，碾压完后对边坡采用反铲挖机配合人工进行修整。

4) 根据生产性试验结果，50 cm碾压层摊铺厚度约为55～57 cm，60 cm碾压层摊铺厚度约为66～69 cm，滩铺厚度应均匀，平整大骨料集中部位进行现场翻拌，如有超径骨料剔除至墙体上游面。

5) 采用反铲挖掘机进行平铺，边角部位可以采用人工进行补料。

6) 运输车辆进入浇筑仓面前，车轮冲洗干净，避免污染浇筑仓面。

2.4 碾压

1) 碾压方向[5]垂直于水流方向，碾压条带间的搭接宽度为30～40 cm，纵向端头搭接不小于1.0 m。

2) 现场碾压层厚度为50 cm时，振动碾行走速度为1.0～1.5 km/h，碾压遍数为先无振2遍，再有振6遍，检测其表观密度、压实度指标，直至检测结果满足设计要求。

3) 现场碾压层厚度为60cm时，振动碾行走速度为1.0～1.5km/h，碾压遍数为先无振2遍，再有振8遍，检测其表观密度、压实度指标，直至至检测结果满足设计要求。

2.5 坡面处理

下游1:0.8的坡面在摊铺时加宽填筑20 cm胶凝砂砾石料，挖机配合人工清理结构线外的胶凝砂砾石料，压路机压实后坍塌的部位人工铲细料补齐，最后抹2 cm水泥砂浆收面。

2.6 层间处理

施工缝应进行缝面处理，清除缝面硬化的浮浆及松动骨料，冲洗干净，缝面处理干净后刮铺2 cm的砂浆，砂浆强度等级高出胶凝砂砾石强度一个等级[6]。

2.7 分缝

在挡墙南北两侧边坡起坡处附近各设置1道2 cm宽的结构缝，预埋侵沥青松木板，再回填碾压料进行压实。

2.8 墙背卵石层回填

墙背卵石层在胶凝砂砾石开仓前备置在挡渣墙体上游结构线外，在胶凝砂砾石铺筑完成后用反铲挖机将卵石同胶凝砂砾石同铺，并同时进行碾压。

2.9 养护

施工过程中保持仓面湿润，胶凝沙砾石终凝后用土工布覆盖并喷水养护，养护工人2个，白天和夜间各安排1人进行养护。养护至下一层铺设，顶层养护至面层混凝土浇筑。

2.10 胶凝砂砾料质量控制要求

1) 砂砾料要有一定的脱水时间[7]，将河滩料提前挖运至备料平台，给予一定的脱水时间。

2) 拌制过程中，严格控制各种材料的称量准确性，确保胶凝砂砾石的原材料用量满足配合比要求。

3) 胶凝砂砾料碾压混凝土质量的检测，可从拌和厂随机取样，检测项目、频次按相关的试验规程及施工规范确定。

4) 胶凝沙砾石摊铺时应按表3进行检测，并做好记录[8]。

2.11 施工过程质量检测结果

在施工过程中，所检测的主要项目结果为：共检测压实容重34个测点，检测结果最低值为97.1%，最大值为98.8%，平均值为98.4%，满足设计及规范要求(设计要求为93%)；共检测VC值509次，检测结果为3.2～6.8 s，满足设计及规范要求；共取样试件43组，抗压强度检测结果为6.7～9.2 MPa，满足设计及规范要求。从上述检测结果分析，永泰抽水蓄能电站弃渣场挡渣墙胶凝砂砾石施工中各项质量检测项目结果符合设计及规范要求。

3 结语

永泰抽水蓄能电站弃渣场挡墙设计施工过程中，充分发挥了胶凝砂砾石施工技术的特点， 利用工程当地的河滩砾石就地取材、施工工艺简单、速度快、经济性好。施工前通过生产性试验对工艺参数进行验证优化，施工中加强工序质量控制，保证按照拟定的工艺参数施工，在保证工程质量的前提下，加快施工进度，降低施工成本，具有良好的社会效益和经济效益。试验及施工过程中强度检测结果表明28 d强度即可达到设计要求，文中配合比、强度、铺料厚度、碾压遍数等数据可供同类工程参考，应用前根据实际情况进行试验调整。

表3 胶凝砂砾石铺筑现场检测项目及标准