玄武岩骨料碾压混凝土坝浇筑与裂缝处理措施

2023-08-31朱自立

陕西水利 2023年8期

李成,梁林,朱自立

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州贵阳 550000）

1 引言

水利水电工程施工成本较高,为控制成本,导致混凝土骨料一般由附近料场加工。用于水工混凝土的砂石骨料,涉及到的原岩种类繁多。目前涉及到的材料来源有正长岩、白云岩、石灰岩、大理岩、砂岩、石英岩、花岗岩、片麻岩、玄武岩、辉绿岩等。不同品种的骨料特性迥异,对混凝土的性能必然造成影响。

玄武岩骨料碾压混凝土力学、变形、热学性能方面,其抗压强度大、波动大又不稳定,但能够基本满足施工要求。由于玄武岩骨料的特点是弹性模量大,线膨胀系数高,同时由于玄武岩骨料的热物理性能不佳,骨料内部的气孔稍多,比热较大,玄武岩混凝土的导温、导热方面的性能较差,这给混凝土的热传导带来不利的影响。上述特点造成了玄武岩混凝土在施工中经常会出现温度裂缝的现象[1]。

目前国内水利水电工程上,二滩、溪洛渡、白鹤滩等工程项目主要为玄武岩骨料常态混凝土坝,官地、金安桥、大朝山、象鼻岭等工程项目[2-13]主要为玄武岩骨料碾压混凝土坝,玄武岩骨料混凝土坝工程项目见表1。

表1 玄武岩骨料筑坝工程

表2 防洪墙沿基底面的抗滑稳定安全系数

综合目前国内玄武岩筑坝材料应用情况,主要分析其存在制砂石粉含量低；制沙产量不高,细度模数较大；针片状粗骨料含量较高,粒状较差；水泥用水量明显上升；制砂脱水难；干缩及抗裂性能等方面存在一定的不足。

2 雨汪河水库玄武岩骨料碾压混凝土筑坝特点

2.1 项目介绍

雨汪河水库工程位于贵州省水城县龙场乡境内,水库总库容为1112 万m3,工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型。枢纽工程部分主要包括大坝、泄洪表孔、取水兼放空管等建筑物。大坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高为49.5 m,坝顶长度和宽度分别为157.3 m 和6 m。混凝土浇筑工程量为105505 m3。

2.2 玄武岩骨料生产加工

大坝使用的砂石料是玄武岩。玄武岩骨料生产加工时碎石针片状较多,粒形差,加工及制砂困难,产砂率低,制砂脱水难。项目部对玄武岩骨料进行了改进。选用单缸液压圆锥破和双电机立轴式制砂机（石打铁）,解决破碎整形和制砂要求高问题。增加两台制砂机,同时对各层的筛网尺寸进行反复调整,增设几种不同孔径的筛网以用于搭配使用,便于石粉快速沉积,降低石粉流失,提升制砂量和含砂量,从而改善洗砂机尾堰中水流速度。

2.3 碾压混凝土配合比

根据配合比试验,本工程水泥采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥,由水城海螺盘江水泥有限责任公司生产；粉煤灰采用II 级粉煤灰,由大唐贵州发耳发电有限公司生产,二级配和三级配碾压混凝土中, 粉煤灰的掺量分别为55%、60%。粗骨料粒径小石:5 mm～20 mm,中石:20 mm～40 mm,大石:40 mm～80 mm；二级配小石：中石比例为40∶60；三级配小石：中石：大石比例为30∶30∶40；碾压混凝土用减水剂为GTA聚羧酸高性能减水剂,掺量为1.2%,由贵州鑫科信建材有限公司生产；引气剂采用GTA,由贵州鑫科信建材有限公司生产,在二级配和三级配碾压混凝土中,引气剂的掺量分别为0.15%、0.12%。

砂细度模数FM=3.00,由于砂子的细度模数略微偏大,且含粉量偏少,所以配合比设计中采用粉煤灰取代5%的砂,以弥补砂中石粉含量不足的情况,改善混凝土的施工性能,确保混凝土的施工质量。

3 大坝混凝土浇筑过程

3.1 施工场地布置

施工期场地平面布置（图1）主要包括大坝施工区、加工厂、临时营地、料场、渣场、骨料加工及混凝土生产系统等。由于场地限制,前期加工厂及临时营地设置于库区截流水位以上1465 m 高程位置。

图1 施工场地布置

3.2 碾压混凝土重力坝分仓浇筑规划

大坝除齿槽、垫层、首层及顶层碾压混凝土外,均设置3 m 一阶,每一阶分10 层浇筑。溢洪道采用阶梯消能,同时下游坝面为台阶式布置,综合坡比1∶0.8。大坝设置4 条诱导缝。1479 m 高程以下以3 号诱导缝为界,分两仓浇筑,其他诱导缝以切割方式成型。1479 m 高程以上,以溢洪道两侧为界,分三仓浇筑。大坝内部设置灌浆廊道。

3.3 大坝混凝土入仓方式及施工工艺

根据现场地形条件,工程全程采用自卸汽车直接入仓,随着大坝浇筑高程逐步提升,将入仓道路随之升高的方法,避免溜槽或溜管等复杂的工艺。均衡连续地进行碾压混凝土的铺筑作业,对铺料和卸料方向进行严格控制,减少交叉影响,保证铺筑的施工质量。根据现场碾压工艺性试验,碾压遍数采用先无振2 遍,再有振8 遍,见图2～图3。

图2 混凝土入仓方式模拟

图3 混凝土施工工艺

3.4 4D 施工进度模拟

利用BIM 技术对工程导流洞开挖、工程截流、边坡开挖支护、混凝土浇筑、安全度汛等工作进行施工进度模拟,以协助对资源配置及工程进度管理的合理安排。本工程关键线路为：工程准备→导流工程施工（坝肩土石方开挖）→截流→坝基开挖→大坝垫层混凝土浇筑→坝基固结灌浆→大坝坝体混凝土浇筑→闸墩及边墙混凝土浇筑→交通桥及启闭机室混凝土浇筑→闸门制安→导流洞下闸封堵、蓄水→完工清场,见图4。

图4 4D 施工进度模拟

图5 雨汪河水库大坝裂缝标记

图6 雨汪河水库大坝裂缝标记

4 雨汪河水库大坝裂缝成因分析与处理措施

4.1 裂缝成因分析

雨汪河水库碾压混凝土坝体上、下游面出现裂缝情况：下游坝面裂缝位于2#诱导缝与3#诱导缝之间,桩号坝横0+068～0+073 范围,在1456 m～1474 m 高程之间的台阶立面、平面均有出现,裂缝宽度为0.2 mm～0.5 mm 不等,裂缝近似于竖直分布；上游坝面裂缝位置为桩号坝横0+074.5 附近,在1456 m～1459 m 高程,裂缝宽度为0.2 mm～0.3 mm,裂缝近似于竖直分布。通过BIM 技术应用,结合三维模型、实体建筑及设计图纸,将裂缝详细情况在三维模型中还原,使得裂缝分类井然有序。

经过对大坝基础地质素描、坝体内温度计监测数据、冷却水管统计台账,测缝计监测数据等资料分析,裂缝由温度应力产生。

4.2 裂缝处理措施

（1）施工期处理：为防止现有裂缝进一步向上扩展,在裂缝处布设骑缝钢筋,用以对裂缝进行并缝处理,在浇筑下一仓坝体碾压砼（1477 m～1480 m）时,在下部坝体裂缝位置的仓面上布置骑缝钢筋网,垂直于裂缝方面的受力筋采用25@200,分布钢筋采用12@200；骑缝钢筋共布置2 层,层间间距250 mm；在平面上,上游面在桩号坝横0+072.5～0+076.5 范围布置,下游面在桩号坝横范围布置。

（2）施工期后期处理：施工期经布设骑缝钢筋处理之后,大坝继续浇筑,待大坝封顶后,需对裂缝进一步检测、分析,进而对坝体上下游面的裂缝做进一步的灌浆等相关处理,以保证大坝的整体防渗效果。

（3）施工期温控需加强。从相关监测等数据显示,冷却效果不理想,存在冷却水管进水温度偏高,导致坝内混凝土降温不及时,坝内混凝土峰值温度、稳定温度均偏高等问题,结合已提交的《大坝冷却水管设计图》,落实好通水冷却温度控制的相关规定和要求。

①温控指标要求

②冷却水应采用低温河水或者制冷水,冷却水温度应为10℃～12℃,通水流量为20 L/min～25 L/min,每12 h 改变一次通水方向；初期通水时间可为21 d,且停止初期通水后的坝体稳定温度,不超过20℃～25℃；坝内混凝土最终的稳定温度应为14℃～18℃。

③大坝混凝土人工冷却分为初期、中期、后期冷却。初期冷却主要作用是为削峰,通过通冷却水的方式,控制坝体混凝土温度,使其在合理范围内。且停止初期通水后的坝体稳定温度不超过20℃～25 ℃；中期冷却应该在冬季低温来临之前通冷却水,可选择外界大于8℃的天气,通冷却水,使得坝体混凝土温度稳定在14℃～18 ℃。通冷却水时应结合坝体内温度计实时监测数据,保证冷却效果,满足坝体混凝土温控指标要求。

④对于已拆模的坝体混凝土表面, 当日平均气温低于3 ℃时,需采用泡沫、喷聚氨酯等材料对坝面进行保温,保证混凝土表面温度不低于5 ℃。