朱昌河水库大坝变态混凝土施工关键技术

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179)

1 工程概况

朱昌河水库大坝采用碾压混凝土重力坝，共分10个坝段，最大坝高102.1m，坝顶长264.9m，坝顶宽度8.2m，坝底最大宽度约90m。坝体采用全断面碾压混凝土浇筑，并按照全坝段通仓连续浇筑的方案施工。在坝体碾压混凝土浇筑的过程中，模板边、钢筋埋件影响范围、与岸坡相接处及与其他结构相接处等周边和空间狭小区域无法有效碾压。为此，朱昌河水库大坝在碾压混凝土周边设计采用了变态混凝土浇筑方案：上游面下部(4号、5号坝段在1425.0m高程以下，其他坝段在1400.0m高程以下)0.8m厚、上部0.5m厚的范围内采用C18020W8F50二级配变态混凝土，下游面1.15m厚(垂距)范围内采用C18015W6F50三级配变态混凝土；与左右岸坡相接处分别设置0.573m、 0.447m厚变态混凝土，与预制廊道、垫层常态混凝土等其他结构相接处采用0.5m厚变态混凝土，钢筋、埋件等构件影响范围及空间狭小区域等不宜碾压的部位均采用变态混凝土，浇筑时按照级配分区采用相应级配种类的变态混凝土。

2 变态混凝土浇筑原理

变态混凝土是指在碾压混凝土拌和物中加入适量的水泥灰浆(一般在变态混凝土总量的4%～7%之间)，使其具有可振性，再用插入式振捣器振动密实，形成一种具有常规混凝土特征的混凝土[1]。因此，可在碾压混凝土周边及无法实施碾压作业的区域完成碾压混凝土料的卸料摊铺后，通过向已摊铺、未碾压的混凝土料(即变态混凝土底料)中注入一定量的灰浆后，采用常态混凝土的振捣工艺振捣密实。变态混凝土浇筑采用先碾后振工艺(变态区混凝土应在相邻条带碾压混凝土铺筑层碾压密实，并检测合格后施工)，通过控制灰浆比重，采用梅花形布点插管注浆、插管上下缓慢移动注浆，按核算的注浆时间来控制注浆量、控制振捣泛浆标准及碾压变态交界处交叉振捣等措施，有效保障变态混凝土浇筑质量。

3 变态混凝土施工特点

a.变态混凝土是在碾压混凝土的基础上注浆振捣形成的，既具备碾压混凝土便于运输、机械平仓、分层连续浇筑的特点，又具备常态混凝土的可塑性好、防渗性能高、振捣质量易于控制的特点，利于快速施工和提高混凝土浇筑质量。

b.变态混凝土性能可达到同等级常态混凝土的各项性能要求，且水泥胶材用量相较常态混凝土少，利于降低大体积混凝土水化热温升和提高混凝土浇筑质量，也节省了工程投资。

c.变态区碾压混凝土料与碾压区的混凝土料同步拌制、同步运输进仓、同步卸料、同步分层平仓摊铺、同步浇筑上升，采用推土机等摊铺机械统一摊铺，对于摊铺机械无法摊铺的区域则辅助采用反铲、人工等方式进行摊铺，机械化施工速度快、效率高，节省施工成本。

d.变态混凝土浇筑是在仓面已摊铺但未碾压的碾压混凝土料中进行注浆、振捣密实，其单独额外的工序分为拌制灰浆、注浆、振捣三个步骤；灰浆采用砂浆搅拌机按照出具的配比参数拌制，拌制好的浆液通过耐压输浆管输送至注浆面后，通过细钢管直接插入已摊铺的酥松碾压混凝土料中进行注浆，注浆后即可按照常态混凝土的振捣工艺振捣密实，施工方法简单、易于操作。

4 变态混凝土浇筑技术措施

4.1 灰浆制备

灰浆采用自制制浆站统一拌制，制浆站就近布置于浇筑部位上方高处平台，采用φ30～40的耐压输浆管引至注浆工作面，采用自流或灌浆泵加压输送浆液。采用灰罐储存水泥、粉煤灰料，螺旋输送机输料入电子称量斗称量后放入下方砂浆搅拌机；配置外加剂池，提前按照一定比例将水和外加剂稀释成混合液(外加剂混合液所含水量应在计算配比加水量时予以扣除)，通过水泵按照掺量将混合液抽提至搅拌机(根据掺量和水泵流量核算出时间，以此作为掺量控制标准)；水则通过水泵抽提至搅拌机，并通过刻度线控制加水量(按照单盘灰浆所需加水量提前核算好水深线，并予以刻度标识)。灰浆拌制按照先加水、后加外加剂、最后加水泥粉煤灰的顺序投料，并按照配比参数控制各料掺量，以保证灰浆施工配比的准确性。

4.2 变态混凝土底料注浆

采用先碾后振工艺，变态区铺筑层应随同仓号同层碾压混凝土一同摊铺平整，并在变态区相邻条带完成碾压，并检测压实度合格后实施注浆。常规的变态混凝土加浆方式主要有表层加浆、分层加浆、掏槽加浆、插孔加浆等[2]，朱昌河水库大坝变态混凝土浇筑则在插孔加浆上进行了改进，采用插管注浆，实现了成孔和注浆并行，具体如下：

采用人工插管注浆方式，利用端部做成斜坡口、直径15～25mm的细钢管作为插管，其尾部与耐压输浆管相连，利用插管尖锐的端部插入松散状的变态混凝土底料下部进行注浆。在注浆过程中，插管上下缓慢移动注浆，实现上、中、下不同高度同时注浆，尽可能使灰浆均匀渗入松散料的缝隙或空隙中。当单排孔不能满足设计要求的厚度时，就应采用两排及以上的多排孔进行注浆的原则[3]，改进实施了多排插点注浆的方式，插入点呈梅花形交错布置，并按照插入后的有效注浆时间来控制注浆量，具体要求为：根据坝体变态混凝土设置厚度提前拟定插管点布置的间排距，每个插入点的注浆时间则根据配比确定的加浆比例(通常按碾压混凝土体积的5%控制)、插入点辐射范围(核算出辐射范围需注浆的混凝土体积)、注浆管流量(开仓前应实测注浆管输浆流量)等参数核算，具体按下式计算：

h=abcd103/e

式中h——每个插入点的注浆时间，s；

a——插入点布置排距，m；

b——插入点同排间距，m；

c——振捣密实后的分层厚度，m；

d——变态混凝土加浆比例，%；

e——仓面实测的注浆管流量，L/s。

4.3 注浆后振捣

加浆后放置10～15min，使浆液泌入后即可振捣[4]。变态混凝土振捣与常态混凝土振捣工艺一致，采用人工振捣方式，振捣采用100型高频振捣器，配直径100mm振捣棒，应垂直插入下层已振捣密实的混凝土约5cm，振捣至表面充分泛浆、无明显气泡上返为止。与碾压混凝土搭接部位要求高频振捣器向碾压混凝土一侧振捣,使两者互相融混密实[5]，故在变态混凝土振捣过程中，重点应将振捣棒自变态区倾斜插入与碾压区的交界面，并尽可能伸入碾压区内进行交叉式振捣(插入部位宜在碾压层的中部)，以保证碾压区与变态区的结合强度。

5 质量控制关键措施

a.制浆站尽量采用电子称量装置称量各料，严格按照施工配比参数配料拌制；变态混凝土浇筑期间，应在制浆站定时对灰浆比重进行检测，检测合格方可开阀供浆；浆液随拌随用，暂时未使用的浆液注意循环搅拌，避免因浆液沉淀造成比重不合格。

b.首层料摊铺前，应进行基面的冲洗(斜层铺筑法施工时应进行基面二次冲洗)和砂浆铺设(砂浆铺设厚度1～2cm，并铺设均匀)；在仓面碾压混凝土平仓摊铺时，可使变态区侧略低于碾压区，以防止加浆、振捣过程中浆液流入碾压区而造成浆液流失。

c.加快仓面摊铺碾压速度，摊铺完成后应优先进行变态区相邻条带的碾压，以便尽早实施注浆振捣；摊铺碾压时，保持机械沿交界线碾压一侧平行笔直行驶，避免驶入变态区造成摊铺料硬结而影响注浆振捣效果。

d.严格按照碾压工艺试验确定的铺料厚度控制变态混凝土底料的实际摊铺厚度，并摊铺平整；对于机械无法精细摊铺的部位，安排人工辅助找平；最终使变态混凝土底料摊铺的厚度符合工艺参数控制要求，且厚薄均匀，从而确保注浆量控制的准确性。

e.在进行碾压混凝土料的平仓摊铺作业期间，应注意检查变态混凝土底料水分蒸发损失情况，采用喷雾机或冲毛枪进行喷雾补水，必要时采取临时覆盖防晒措施。

f.应严格按照提前拟定的插入点布置间排距进行插管注浆，以保证按拟定注浆时间控制注浆量的准确性，注浆完成并按要求的时间静置后及时安排振捣密实。

g.在变态混凝土相邻条带碾压完成后，变态混凝土底料VC值未过多损失时及时进行注浆振捣，并根据变态混凝土底料VC值损失情况调整注浆量和振捣时间，若VC损失较多，应适当增加注浆量，并加强振捣，保证振捣均匀、充分泛浆。

h.保证碾压变态交界处结合强度是保证坝体浇筑质量的关键，采用交叉振捣，尽可能使振捣棒端部深入碾压体侧，以使碾压变态相互融合并提高结合强度。

6 综合评价

6.1 效果分析评价

朱昌河水库大坝变态混凝土浇筑过程中采用了试件成型检测的方式来验证其浇筑质量，主要进行了抗压、劈裂抗拉、抗冻、抗渗等指标检测，试件安排在仓面变态混凝土注浆振捣密实后，并在初凝前开挖取料制作成型。

6.1.1 抗压强度及劈裂抗拉强度检测

变态混凝土抗压及劈拉强度检测结果统计见表1。

表1 朱昌河水库大坝变态混凝土抗压及劈拉强度检测结果统计

6.1.2 抗冻指标

变态混凝土抗冻检测结果统计见表2。

表2 朱昌河水库大坝变态混凝土抗冻检测结果统计

6.1.3 抗渗指标

C18015W6F50三级配变态混凝土抗渗性能检测不低于W6标准，C18020W8F50二级配变态混凝土的抗渗性能检测不低于W8标准，检测结果均合格。

前述各项检测结果显示，朱昌河水库大坝变态混凝土的浇筑质量良好，其采用的变态混凝土浇筑技术能够保证混凝土达到所需各项性能指标要求。同时，通过浇筑后外观检查，其表面能够达到常态混凝土浇筑的外观效果，蜂窝、麻面等缺陷较少，平整、光面效果较好。

6.2 存在问题及建议

在实际浇筑过程中也发现，碾压变态交界处交叉振捣实际操作存在一定难度，由于碾压侧经有效碾压后较为密实，会影响浆液的渗入和振捣棒的有效插入振捣，从而影响交叉振捣质量。而从其他工程实施经验看，可以通过采用手扶振动碾辅助振动碾压的方式加以解决，经振动碾压的交界处相互融合较好、泛浆均匀，无明显分界痕迹。因此，变态混凝土浇筑期间，可以配置手扶振动碾等小型碾压设备，在碾压变态交界处实施交叉振捣的同时，根据需要辅助采用振动碾压方式进一步改善碾压变态分界处的结合质量。

7 结 语

碾压混凝土材料的结构建筑物，其周边防渗结构施工和模板边、钢筋埋件影响范围、与岸坡相接处及与其他结构相接处等周边和空间狭小区域的碾压混凝土浇筑，一直都是影响碾压混凝土快速施工的难题。朱昌河水库大坝通过采用变态混凝土施工技术，实现了碾压变态同步快速浇筑上升，并提高了碾压混凝土结构的防渗能力和整体浇筑质量，使碾压混凝土快速施工的优势发挥至最佳。同时，通过控制灰浆比重，采用梅花形布点插管注浆、插管上下缓慢移动注浆，按核算的注浆时间来控制注浆量、控制振捣泛浆标准及碾压变态交界处采取交叉振捣等技术措施，有效保障了变态混凝土浇筑质量，其成功应用的经验可为类似工程提供借鉴参考。