浅谈自密实堆石混凝土坝层间水平施工缝处理技术

2022-08-16谌益

低碳世界 2022年5期

谌益

（广东水电二局股份有限公司，广东广州 510000）

0 引言

堆石混凝土的水平施工层间通常由外露堆石和自密实堆石混凝土层间构成。一般情况下，采用自卸汽车直接运输、挖掘机辅助平仓的堆石入仓方式，重型设备需重复在仓面活动，容易导致施工层间出现碾压损伤、施工层间的堆石外露少等情况，同时堆石在装卸过程中不可避免地会产生碰撞，强烈的碰撞容易导致堆石料破碎并产生逊径料、粉等，进而清理困难、工期过慢、施工成本高，不利于层间结合。

在湖南省安化县大湖坪水库工程项目中对层间水平施工缝进行处理，在自卸汽车堆石入仓的过程中，规划设备行进路线、分区堆石、控制浇筑高度的操作步骤以达到有效保护层间及提高堆石外露比例，通过卸料点清理优化、挖掘机行进时铺设隔离护垫、灵活的浇筑方式等一系列措施，确保堆石混凝土层间水平施工缝的处理效果。

1 工程概况

大湖坪水库位于安化县东坪镇大湖村境内的资水支流槎溪上，是一座以供水、灌溉为主的水利工程。坝址以上控制流域面积为16.3 km2，水库正常蓄水位为310 m，相应水库库容为697万m3。本工程为Ⅳ等小（一）型工程，主坝的建筑物级别为4级。

主坝采用自密实堆石混凝土重力坝，坝轴线总长233.0 m，坝顶宽6.0 m，最大设计坝高61.8 m。工程自密实堆石混凝土总量约为97 935 m3。采用合理堆石混凝土层间水平施工缝的处理技术对加快施工进度和降低施工成本有非常重要的意义。

2 堆石混凝土层间处理原理

堆石混凝土层间可用冲毛等方法清除混凝土表面的乳皮及松动骨料，达到微露粗砂的效果。同时，也应凿除包裹在外露堆石料上的混凝土或砂浆，通过规划设备行进路线、分区堆石、控制浇筑高度对整个堆石混凝土施工环节进行层间水平施工缝处理施工。

第一步：在冲毛等方式处理层间，本项目采用25 MPa～50 MPa高压水冲毛机需清除混凝土表层的松动块石、杂物、泥土、油污等，层间需冲洗干净且无积水、积渣，混凝土软弱部分必须完全剔除，包括浮浆、乳皮层及浇筑时产生的无强度泡沫，以达到微露粗砂的效果[1]。

第二步：规划设备行进路线及分区堆石。堆石料采用1.6 m3挖掘机装车，20 t自卸汽车运输入仓。在自密实堆石混凝土仓面上游侧距坝轴线3 m的位置设5 m宽的主道路，确保自卸汽车能够将堆石料运至与坝轴线平行的各处位置[2]。

堆石入仓采用“倒退法”，由里向外进行布仓，通过布置在仓面内的挖掘机平仓、模板、预埋件、结构较小的部位人工辅助堆码。

堆石料处理场地冲洗干净后的堆石料用自卸车直接运至仓面，入仓道路前端进入仓面的路段，铺设9 m长、30 cm厚的碎石垫层，入仓前对轮胎进行冲洗，待冲洗干净后方可入仓进行堆石卸料，避免自卸车轮胎上的泥土带入仓内。

用于运输块石的自卸汽车自重约17 t，6个轮胎，单个轮胎宽度156 cm，接地面积可根据经验近似于以宽度为短边的长方形，取正方形进行计算。单胎宽度×接地长度×轮胎数量=156 m×156 m×6=146 016 mm2=0.146 m2。货箱尺寸5.2 m×2.3 m×1.2 m，双溪口料场块石料表观密度2.69 t/m3，块石装车松散系数按常规取值1.5[3]，运输车辆满载时的重量=17 t+（5.2 m×2.3 m×1.2 m×2.69 t/m3）/1.5=42.74 t，满载时对地面的压强=（42.74 t×1000 kg/t×9.8 N/kg）/0.146 m2=286 616 N/m2≈2.87 MPa。考虑车辆轮胎转向、局部不平等因素影响，控制仓面混凝土在强度≥5.0 MPa时方可进行块石料入仓作业。一般在自密实堆石混凝土浇筑完成24 h后，块石车辆可以进入仓面作业，该时间参数可以通过现场试验确定。

由于自密实堆石混凝土采取的是“后退法”浇筑，因此，只有每层浇筑层的最后一仓会存在浇筑完成后，需要准备下一个仓块石料而通车的情况。

用于堆码块石的两台挖掘机最大重量为22.6 t，履带接地长度为3.9 m，宽度为0.6 m，接地比压45 kPa=0.045 MPa＜2.5 MPa，即当混凝土抗压强度达到2.5 MPa时，挖掘机可进入仓面作业，但需注意转向时履带对混凝土面造成损坏，其损坏部件必须清理干净，而开裂的部分必须凿除。

第三步：控制浇筑高度，使用布料机灵活浇筑，自密实混凝土采用混凝土泵输送入仓，本工程的仓面面积为1024 m2，层厚2.4 m，投入1台HTB8018C-5型泵输送混凝土，并准备1台HBT60输送泵备用。仓面采取布料机布设混凝土的方式进行卸料，根据本项目的仓面尺寸要求，为减少布料机的移动次数，选用臂长20 m的电动布料机，以提高浇筑效率。

自密实混凝土浇筑需满足以下要求[4]。

（1）自密实堆石混凝土浇筑之前必须检查模板及支架、预埋件等的位置、尺寸，确认正确无误后，方可进行浇筑。

（2）对自密实堆石混凝土表面外观有较高要求的部位，为防止表面出现气泡，浇筑时，可在模板外侧辅助敲击。

（3）自密实堆石混凝土的泵送和浇筑应保持连续性，当因停泵时间过长，混凝土不能达到要求时，需及时清除泵及泵管中的混凝土，重新浇筑。

（4）对现场浇筑的混凝土进行监控，若到达浇筑仓面的混凝土坍落扩展度低于设计扩展度下限值不得施工，可采取经试验确认的可靠方法调整坍落扩展度。

（5）自密实堆石混凝土浇筑点均匀布置，浇筑点间距应为3～5 m[5]。在浇筑过程中遵循单向逐点浇筑的原则，每个浇筑点浇满后方可移动至下一浇筑点浇筑，浇筑点不重复使用。

（6）当分层连续浇筑混凝土时，为使上、下层混凝土实现一体化浇筑，在下层混凝土初凝前完成上层混凝土的浇筑。

（7）混凝土的泵送和浇筑应保持其连续性，若浇筑中断4 h以上，需按照冷缝措施处理[6]（在形成的缝面浇筑覆盖5～10 m3自密实砂浆，再恢复浇筑自密实混凝土，自密实砂浆能够填充微小的空隙，提高界面的黏结力）。

3 堆石混凝土层间处理流程

堆石混凝土层间水平施工缝处理施工工法工艺流程如图1所示。

图1 堆石混凝土层间水平施工缝处理施工工法工艺流程

3.1 冲毛等方式处理层间

（1）高压水枪冲毛。该方法冲毛速度快，质量易控制。宜采用25 MPa～50 MPa的高压水冲毛机，冲毛机宜距混凝土面10～15 cm且与混凝土面宜呈70°～75°。冲毛时按射流与混凝土表面接触的宽带状轨迹自左向右进行扫描，且应少量重叠。

（2）电（风）镐凿毛。该方法凿毛质量好，但处理速度较慢，适合施工速度要求低的仓面，多用于新老混凝土竖直结合面部位凿毛和上游面配有止裂钢筋的混凝土面板部位的凿毛。

（3）人工凿毛。人工凿毛形式多样，但操作速度较慢，适合施工速度要求低且面积小的仓面，一般采用铁锤配合凿子进行，凿毛过程要轻微细致，深度宜控制在10～20 mm，以达到清除所有乳皮，且满足微露粗砂、石子的要求。

（4）凿除包裹在外露堆石料上的混凝土或砂浆薄壳。该薄壳一般约1 cm厚，对混凝土层间结合有极大危害，需清除干净。

对于大坝防渗层施工层间处理宜采取凿毛等方式满足微露石子的要求，对于非防渗层施工层间采取冲毛等方式达到微露粗砂的效果。

3.2 规划设备行进路线、分区堆石

（1）根据仓面大小规划卸料点数量、位置，尽可能缩短设备行进路线、减少卸料点数量，以实现设备行进路线最短、卸料点最少为目标。一般挖掘机在卸料点周边移动范围可控制在3 m以内。不同高程的设备行进路线及分区堆石在条件允许下需有所差异。

（2）在入仓道路口铺设碎石，为了避免自卸车轮胎及挖掘机履带上的泥土带入仓内，入仓前通过碎石层进行冲洗，待冲洗干净不带泥水且直至清水风干后方可入仓工作。如有需要可在四周设置排水沟并通过集水井集中外排污水。必要时可使用风干机等设备辅助进行清水风干。

（3）挖掘机在层间移动过程中，采用废轮胎等材料进行铺垫，以此保护层间。

（4）卸料点处应铺设钢板等隔离护垫，便于清理碎渣、粉等，单车卸料时，应等待上一车所卸堆石料全部完成平仓后再卸料，尽量控制卸料过程中，块石料均落在隔离设备上。当卸料点处石渣等影响挖掘机装料时，需及时清理卸料点，以避免挖掘机平仓带入石渣等为原则。

3.3 浇筑高度控制

应在上下游一定范围内设置堆石外露区，由挖掘机或起重设备翻运堆石入仓，避免车辆设备进入。设置上下游侧堆石外露区时，首先仓内堆石高度要基本一致，通过控制自密实堆石混凝土的覆盖厚度实现堆石外露。设置上下游侧堆石外露区如图2所示，并采用布料机等设备灵活浇筑。上下游侧3～5 m范围内应保证堆石外露投影面积比例不小于25%。

图2 设置上下游侧堆石外露区

4 堆石混凝土层间处理应用效果

（1）经济效益。堆石混凝土层间处理可以提前对设备入仓前进行冲洗，对设备行进路线、堆石分区的提前规划以及在设备行进过程中提前隔离垫护，能最大限度保护层间不被污染，有效减少清理工作，提高工作效率。采用灵活浇筑的方式，可以控制浇筑高度，提高堆石外露率，有效减少混凝土用量，节约混凝土材料用量。

（2）社会效益。堆石混凝土层间处理可以节约混凝土材料用量，可有效减少CO2排放，环保效果突出，满足了低碳经济的发展需求。最大限度保护层间不被污染并提高堆石外露率，大幅减少了堆石混凝土层间薄弱层的质量隐患，大幅增强了大坝抗滑稳定性及抗渗性能，提高大坝安全保障率。

5 堆石混凝土层间处理存在的问题、解决措施及建议

堆石混凝土层间处理冲毛时间把控是冲毛效果的关键，冲毛时间过早，混凝土强度不足，容易造成混凝土离析。表面存在薄弱层，冲毛时间过晚，达不到微露粗砂的效果，包裹在外露堆石料上的混凝土或砂浆也应凿除，建议混凝土浇筑完成后，从试验室取得混凝土强度上升资料，并以此为依据，初步确定冲毛开始时间。各种标号混凝土开始冲毛时间估计（收仓后小时数）如表1所示。