提高福地水库砼砌石重力坝块石比例的措施

2022-09-27陈旺雄

陕西水利 2022年10期

关键词：福地块石石料

陈旺雄

（福建省水利水电工程局有限公司,福建泉州 362000）

1 工程概述

1.1 工程概况

福地水库工程所在地为福建省连城县,位于文川河上游文亨镇福地村,枢纽建筑物包括拦河坝、溢洪道、进水口和供水（灌溉）输水系统,水库具有防洪、供水、灌溉等综合利用功能。

福地水库坝顶高程418.5 m,坝体最大高度为36.5 m,坝顶轴线长度为258.0 m,大坝从左至右的布置依次为：左岸挡水坝段,长147.0 m；溢流坝段,长26.0 m；右岸挡水坝段,长85.0 m。挡水坝段坝顶宽5m,最大坝底宽27.5 m,上游面直立,下游面412.0 m高程以上直立,412.0 m高程以下为1∶0.75。溢流坝段设在河床位置,最大坝底宽29.0 m,堰顶高程为412.0 m,布有3 孔6.0 m×4.0 m（净宽×净高）的工作闸门,总溢流净宽18.0 m,溢流坝段的消能方式为挑流消能（见图1、图2）。

图1 福地水库大坝工程现场航拍图

图2 福地水库大坝典型断面

1.2 初步设报告中石料场的选择与开采

福地水库工程砼浇筑总量为5.07万m3,砌石6.96万m3,经计算,各天然建筑材料设计需用量分别为：砼粗骨料7.61万 m3,砼细骨料6.76万m3,毛块石料4.95万m3。根据现场勘察,工程区附近没有找到合适的可供开采的石料场,因此本工程考虑在充分利用建筑物基础开挖料的前提下,就近从已开采的“金鸡岭”石料场采购。

“金鸡岭”石料场距大坝约8.0 km（料场通往国道泥石道路1.0 km+国道水泥路面1.7 km+国道通往坝区约5.3 km）。

2 砼砌石重力坝常规施工方法及效果检测

2.1 砼砌石重力坝常规施工方法

根据设计文件《挡水坝段典型剖面图》（图号：水工-大坝-02）总说明：福地水库大坝工程坝体砌筑采用“坐浆法”施工,砌缝为竖缝,缝宽为8 cm～10 cm,砌缝内的砼应用插入式振捣器仔细振捣到密实为止。具体施工流程见图3。

图3 “坐浆法”施工流程图

坝体石料砌筑所需的砂浆采用0.4 m3砂浆机拌和,砼用0.75 m3强制式拌和机供料,石料及砼骨料由“金鸡岭”石料场采购,砂浆、砼水平运输采用5 t自卸汽车,垂直运输用塔吊。石料由8 t自卸汽车运到坝前,395 m高程以下可直接入仓,395 m高程以上用塔吊垂直运输至砌筑部位。坝体为C15 W6 二级配砼砌毛块石,砌筑时首先在砌筑面上进行座浆,然后在已座浆的砌筑面上摆放毛块石,摆放完成后及时进行竖缝注浆并振捣密实。当砌体中的胶结材料终凝后,即对砌体进行洒水养护。

2.2 效果检测

（1）砼砌石重力坝块石比例是大坝施工成本控制的重要因素,为检测块石比例,在坝体横向桩号：K0+163 m～K0+164 m,纵向桩号：坝下0+14 m～坝下0+15.5 m,高程391m处开挖出1 个尺寸为 1.5 m×1.0 m×1.0 m试坑。

（2）采用试坑灌水法,试坑的开挖采用人工结合手风钻、风镐等工具进行开挖,并记录具体数据。现场检测结果见表1。

表1 大坝块石比例试验表

设计文件要求坝体的块石比例是不低于30%,本次检测块石比例为36.4%,结果虽然满足设计要求,但是仍有很大的提高空间。

3 提高坝体块石比例的重要性

（1）坝体块石比例作为本工程的关键控制性项目,关系到大坝工程的施工质量和成本,首次检测的坝体块石比例仅为36.4%,对比公司其它同坝型的块石比例（≧50%块石比例）有着一定的差距。

（2）提高坝体块石比例可以减少砼用量,从而减少大坝的水泥总用量,降低了水化热,减少裂缝发生的概率,提高坝体质量。

（3）提高坝体块石比例可以降低施工成本。

（4）采用先进的施工工艺不仅能够提高坝体块石比例,还可以提高施工效率和加快施工进度。

（5）通过实践积累施工经验,可为其他类似工程提供指导。

4 影响坝体块石比例的因素分析

根据现场实际情况和施工成果,项目部成员对各种制约施工技术水平的因素进行了深入调查和研究分析,确认出影响本工程坝体块石比例低的三点主要因素。

4.1 上坝材料的级配控制不理想和质量较差

由于初步设计报告要求上坝材料从“金鸡岭”石料场采购,“金鸡岭”石料场运送过来的毛块石未进行筛选,部分上坝毛块石较小,仅为0.3 m3～0.8 m3,局部有风化、裂隙的毛块石较多,不但增加毛块石摆放工序和毛块石之间的缝隙,还减小了坝体的块石比例,而且需要处理不合格毛块石,影响施工效率。

4.2 施工方法不合理

采用传统“坐浆法”砌筑,同坝段同高程的仓面要分段、分块进行施工,仓面往往无法连续作业。为了在水泥砂浆初凝前摆放好毛块石,需加快摆石速度,容易增加毛块石之间接缝间隙,从而影响坝体的块石比例。经检测,坝体的块石比例为36.4%,虽然满足设计要求,但是还有很大提高空间。

4.3 毛块石摆放不到位,缝隙大

施工员在对现场摆石进行调查,发现通过塔吊吊运毛块石,现场作业工人不容易控制毛块石摆放,导致毛块石之间留有较大空隙,且施工过程中还存在一定的安全隐患。

5 针对坝体块石比例低的改进措施

5.1 改善上坝材料的级配控制和质量

坝体所用的毛块石级配和质量情况决定了大坝砌体质量,要控制好毛块石的质量和级配,首先要在源头石料场进行控制。

（1）“金鸡岭”石料场作为连城县唯一石料场,供应着连城县所有在建工程的原材料,由于产量有限,在大坝工程施工过程中,存在供应量少和经常断供的问题,且原材料的质量项目部难以直接控制,进场的石料中出现残料率高（不符规格、没有连续级配、风化程度高）的问题,直接影响着大坝的施工质量和进度要求。通过参建各方的努力,本工程申请的自采料场经县水利局、县国土局、冠豸山管委会、县公安局、县政府等相关部门的批准同意后开始开采。

（2）开采前先进行爆破试验,确定爆破参数。本工程采用微差挤压爆破技术,在爆破前参照爆破试验参数和实际开挖过程中岩石的岩性,节理发育等情况,微调爆破参数,分层有序开挖出符合质量要求的石料。

（3）爆破出的石料还需做进一步筛选,剔除分化严重的不合格料,选用新鲜、坚硬的合格料,为便于机械设备装运、吊放和提高坝体块石比例,选用毛块石的规格尽量在0.5 m3～1.5 m3之间,超1.5 m3以上的石料需用破碎锤解小后再运送至大坝上游的毛块石堆放场。

（4）上坝前由工人选好适当的毛块石,并用高压水枪进行冲洗,待清洗干净后由吊车、塔吊或抓铲挖掘机运至坝上,由现场工人控制毛块石的摆放间距,达到密实合理。

（5）改进后成果见表2。

表2 先后料场的毛块石质量对比表

5.2 大坝砌筑施工方法改进

在征得参建各单位负责人的同意后,项目部通过设计变更,把坝体砌筑施工方法改为“不铺浆砌筑法”,具体施工流程图和优点见图4。

图4 “不铺浆法砌筑法”施工流程图

（1）摆砌毛块石和竖缝浇筑砼可以分开上坝,在不同的坝段或仓面,项目部可根据现场情况分别进行施工,既提高施工机械的利用率,也提高整体施工效率。

（2）在季节性施工时,可以根据实际天气情况相互调整摆砌毛块石或浇筑砼,以达到工程质量最优、施工最佳的目的。如夏季施工时,白天气温高时安排摆砌毛块石,早晚气温较低时安排浇筑砼,错开白天气温高时浇筑砼,可以避免砼出现冷缝。冬季施工时,早晚气温较低时安排摆砌毛块石,白天气温较高时安排浇筑砼,可以减少因气温低对浇筑砼的影响。雨季施工时,下雨时段安排摆砌毛块石,不下雨时段安排浇筑砼,可以避免频繁调整水灰比,保证施工质量。

（3）采用“不铺浆砌筑法”可在各个坝段内先通仓摆放好毛块石,再连续进行竖缝砼浇筑,这样能更好的控制毛块石的摆放间隙,增加坝体的块石比例,无需像传统“坐浆法”砌筑时为避免在水泥砂浆初凝前需快速摆放好毛块石,施工时毛块石之间容易有较大的接缝间隙,从而降低坝体的块石比例。

“不铺浆砌筑法”还能够有效减少砼浇筑过程中产生的施工缝,本工程的通常做法为：在坝体宽度≥15 m时,上下游总共分3 仓浇筑；在坝体宽度在5 m～15 m之间时,上下游共分2 仓浇筑；在坝体宽度为5 m时,1仓连续浇筑完成。每仓砼须连续浇筑完成,严禁在浇筑过程中产生施工缝或冷缝,从而减少大坝蓄水后可能出现的漏水点。

（4）改进后成果：

采用“不铺浆法砌筑法”,底层砼振捣密实后,由吊车、塔吊或抓铲挖掘机吊运抓取小毛石至毛块石之间的缝隙中,边填边振捣砼,提高砌体质量和块石比例。