自密实堆石混凝土坝施工质量控制过程分析

2021-07-15陈才明

陕西水利 2021年6期

陈才明

(余庆县水务局，贵州余庆 563000)

1 工程概况

贵州省余庆县小乌江水库工程是列入国家“三位一体”规划，贵州省水利“十三五”发展规划、贵州省乡乡有稳定水源规划的骨干水源工程。该项目位于余庆县龙溪镇红军村，坝址位于麻溪河中游河段。坝址距龙溪集镇3.4 km、距余庆县城25.4 km，距遵义市城区193.4 km。

余庆县小乌江水库大坝工程于2017年9月动工，于2020年12月下闸蓄水。工程任务是解决龙溪镇集镇及周边农村人畜用水、工业园区用水。余庆县小乌江水库大坝为堆石混凝土重力坝，水库总库容434万m3，属小(1)型水库。水库下游河段无重防洪对象，故水库大坝、表孔溢流坝、取放水建筑物设计标准为30 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核；消能防冲建筑物按20 a一遇洪水设计；施工导流及其他临时建筑物洪水标准：重现期5年。泵站工程等别为Ⅳ等，主要建筑物按4级建筑物设计，次要建筑物按5级建筑物设计。泵站按30 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核，输水管道建筑物按20 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核。

2 自密实混凝土施工参数

小乌江水库大坝挡水建筑物为自密实堆石混凝土坝体。自密实混凝土是清华大学金峰教授研究并获得国家科技进步二等奖的新技术，现在西南地区应用推广较多[1-5]。本次以小乌江水库自密实堆石混凝土坝施工过程为例，根据工程实际施工过程，其施工自密实堆石混凝土浇筑工艺流程图见图1。该项目自密实混凝土配比相关参数见表1。

图1 自密实堆石混凝土现场浇筑流程图

表1 专用自密实混凝土配合比单位：kg/m3

3 自密实混凝土坝施工方法分析

小乌江水库堆石料为项目自开采，堆石料新鲜、完整、质地坚硬，堆石料粒径为300 mm～1000 mm，堆石大于200 mm石料控制每平方不得多于10块，堆石料使用允许使用少量片石但其重量不得超过堆石料总重的10%，堆石料的饱和抗压强度≥30 MPa，堆石清洗干净，堆石料的含泥量指标≤0.5%，不允许含有泥块。

堆石料自采石场开采后，挖掘机筛选，高压水枪冲洗，采用自卸车运输至仓面，堆石采用人工配合挖掘机进行堆砌，每仓堆石作业仓面设置集中卸料点，卸料点渣石人工及时清理运除，堆石质量保证。本项目根据大坝结构特点、人员及设备配制情况，坝体自密实堆石混凝土施工模板采用3000 mm×2600 mm×5 mm悬臂钢模，在仓内预埋螺栓作为锚固加固模板。根据大坝结构特点及施工作业工艺，堆石料运输配置20 t自卸汽车4辆，2台PC320挖掘机开采、铺设石料，配置一台HBT80输送泵，半径为15 m布料机，砂石加工系统、拌合系统。

3.1 施工方法及操作要点

(1)自密实堆石混凝土浇筑实验

在自密实堆石混凝土浇筑施工前，必须先进行自密实堆石混凝土实验段施工，设置实验仓面为30 m×4 m×1.5 m仓面，对自密实混凝土的性能状态进行检测实验，浇筑时自密实堆石缝隙填充试验，观察自密实堆石混凝土施工质量、效果，对自密实混凝土试块取样(3 d、7 d、28 d、90 d)检测自密实混凝土抗压强度、抗渗性及抗冻性，并现场破坏性实验检测。

(2)模板支护

由于自密实混凝土流动性大，混凝土凝结以前可持续对钢模板产生较大的侧压力，其刚度和强度必须能够抵抗高自密实性能混凝土产生的侧向较大压力，尤其是模板底部，侧向压力大小计算认为密度为2.5 t/m3进行侧压力计算，所以在模板施工，对模板要求极高，防止漏浆、爆模[6-11]。模板支护施工时，配置两套模板交替上升作业，模板采用完整未损坏、尺寸为3000 m×2600 m×5 m悬臂钢模，在仓内预埋螺栓作为锚固加固模板，螺栓强度≥10.9级。

(3)仓面凿毛、清洗

自密实堆石混凝土浇筑完后，待混凝土达到初凝后，采用高压水枪进行冲毛，对大坝上游面及冲毛不到位的地方采用电镐人工凿毛，再对仓面进行清洗，清除仓面渣石、乳皮、杂物，确保仓面清洁干净、无积水、渣石。

(4)堆石入仓

自密实堆石混凝土堆石料筛选清洗后采用自卸汽车直接运输入仓，仓面设置集中卸料点卸石，采用挖机堆铺摆石，人工辅助堆石，确保大坝结构尺寸，堆石施工机械设备控制在距上游面板2/3距离、下游面板1/3距离，仓面中间作业，机械设备进入仓面必须待混凝土强度达到2.5 MPa才能上坝(一般24 h就能满足，冬季时间约延长)。自密实堆石混凝土堆石料选新鲜、完整、质地坚硬石料，堆石料粒径为300 mm～1000 mm，堆石大于200 mm石料控制每平方不得多于10块，堆石料使用允许使用少量片石但其重量不得超过堆石料总重的10%，堆石料的饱和抗压强度≥30 MPa，堆石清洗干净，堆石料的含泥量指标≤0.5%，堆石仓面禁止泥块进入，堆石上面渣石禁止往仓面石缝清扫，仓面铺石后未及时浇筑混凝土时必须进行覆盖，避免还未浇筑被雨水冲刷，导致仓面沉积石渣。

(5)自密实混凝土浇筑

堆石完成后进行自密实混凝土浇筑，浇筑拌制混凝土时，先对自密实混凝土砂石骨料含水、含泥、细度模数进行检测，再根据配合比进行混凝土生产，每盘自密实混凝土搅拌生产时间70 s，搅拌完成后对混凝土性能(扩展度、塌落度、过V漏斗)状态检测，要满足工作性能指标要求(见表2自密实混凝土工作性能指标)，确保混凝土状态稳定后入仓浇筑，浇筑实时控制混凝土状态(每间隔4h进行性能检测)，再混凝土浇筑时，中途出现混凝土状态不稳定发生变化时，需立即停止浇筑，进行混凝土状态优化调整，重新进行性能检测，合格后才继续浇筑作业。

表2 自密实混凝土工作性能指标

自密实混凝土采用溜桶输送至输送泵，仓面采用泵管配合布料机进行布料浇筑和泵管直接浇筑两种方式，混凝土浇筑时控制从一个方向进行浇筑，先浇筑上游面确保坝体防渗面板质量，再浇筑下游面，上游面浇筑高度低于下游面浇筑高度，形成倒坡，仓面浇筑控制裸露石头，裸露高度控制100 m～150 m左右，满足上下层间有效齿合。混凝土浇筑每浇筑点间距最大控制3 m，斜距流淌约4 m～5 m。每仓自密实堆石混凝土浇筑完成后，待强度达到2.5 MPa后(一般24 h就能满足，冬季时间约延长)才能进行下一道工序施工，同时保持对混凝土养护。余庆县小乌江水库工程大坝筑坝施工对自密实堆石混凝土使用，根据施工技术规范、施工数据分析堆石与自密实混凝土占比(堆石使用55%～58%，自密实混凝土45%～42%)。

(6)自密实混凝土浇筑温度、雨季控制

自密实堆石混凝土浇筑受温度影响较大，高温自密实混凝土工作性能损失过快，浇筑需选择有利时间段，控制28℃以下温度浇筑(现场浇筑时实测夏天一般在22℃～30℃、冬季一般在13℃～22℃)，夏季主要控制时间段(18：00～次日10：00)浇筑，同时控制拌合用水、水泥、粉煤灰温度，减小混凝土温度；在雨季浇筑施工控制小雨不益浇筑，中雨以上不能浇筑。

3.2 施工质量控制

自密实堆石混凝土质量控制采用超声波检测和孔内电视进行检测。现场超声波检测及成果整理按照相关规定进行，超声波检测波速不宜小于3000 m/s。利用孔内电视利用设备对混凝土钻孔，通过对孔内表面全面拍照，分析堆石混凝土内部缺陷率对混凝土的密实度评定。

自密实堆石混凝土现场抗渗检测，采用钻孔压水试验检测大坝的抗渗性，检测方法按照《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL 31-2003)中的相关规定执行，进行90 d龄期的检验与评定，检测结果应满足设计要求。

4 自密实混凝土材料控制及分析

根据余庆县小乌江水库大坝工程施工实际情况，自密实混凝土在使用过程中，应该着重从原材料加以控制，确保混凝土性能状态。

4.1 原材料指标控制

根据相关规定，用于自密实混凝土的粉煤灰应满足Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰的技术性能标准。工程施工采用厦门益材粉煤灰有限责任公司提供的金沙县茶园电厂Ⅱ级粉煤灰。

砂：本工程主要采用人工砂，混凝土砂细度模数控制在中砂(2.4 m～3.0 m)范围内，超径量小于5%。小石：本工程主要采用人工粗骨料，用于本工程混凝土的粗骨料的粒径分级为5 m～20 m(自密实混凝土粗骨料)、20 m～40 m两种级配组成，粗骨料质地坚硬、清洁、级配良好，针片颗粒含量不大于15%(自密实混凝土不超过8%)，其超逊径含量必须控制在：以原孔筛检验时，超粒径小于5%，逊径小于10%，而以超逊径筛检验时，超径为零，逊径小于2%。堆石料：用于工程的块石选取新鲜、完整、质地坚硬石块，堆石料的粒径控制为300 m～1500 m，堆石料最大粒径不应超过结构断面最小边长的1/4，堆石粒径小于300 m时，每平方不得超过10块，允许使用少量片石但其重量不得超过堆石料总重的10%，不宜集中堆放。堆石料的饱和抗压强度宜满足表3要求。

表3 堆石料的饱和抗压强度要求

至于本项目工程采用的相关外加剂，均由北京华石纳固科技有限公司提供，高自密实性能混凝土的外加剂为北京华石纳固科技有限公司提供。

4.2 自密实混凝土浇筑温度指标控制

表4 自密实混凝土性能指标

5 结论

本文通过对自密实堆石混凝土坝技术在余庆县小乌江水库大坝施工过程的有效运用的基础上进行梳理总结，同时结合工程大坝结构形式，分析研究自密实混凝土配比、堆石比、自密实混凝土性能状态及原材料的影响、自密实堆石混凝土坝技术应用，并运用科学的管理水平和先进的检验手段，对自密实堆石混凝土重力坝施工技术特点、难点开展专项技术研究和主动创新，为筑坝技术多元化发展积累经验，提炼先进技术工艺，为筑坝提供技术支持与保障，对今后类似工程建设施工起到一定的指导作用。