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水库工程高自密实混凝土堆石坝施工技术

2025-05-05 46 上传者：管理员

摘要：高自密实混凝土堆石坝施工技术是近年来才发展起来的一项大体积混凝土施工技术。结合东风水库特点和对堆石坝的要求，提出了高自密实混凝土配合比设计参数，总结了自密实堆石混凝土施工技术要点，介绍了高自密实混凝土浇筑和养护的质量控制要求，可供类似工程施工借鉴。

关键词：
堆石坝
施工技术
水利工程
水库工程
高自密实混凝土
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常态混凝土的薄层防渗敷设在坝体上游面,但薄层混凝土抗裂性较差,易出现贯穿性裂缝,压力水容易渗透｡变态混凝土需高胶凝掺量的混凝土,温控不理想且成本过高｡采用沥青混凝土防渗时,需依靠专门的设备,机械化要求高,而材料的老化问题也较为严重｡此外,若利用薄膜防渗,该薄膜与岸坡､坝基之间的连接是施工难点｡为提高施工效率,降低成本,高自密实混凝土堆石坝施工技术目前正逐渐在筑坝或加固工程中得到应用｡

随着国家对水利工程的重视和投入不断增加,高自密实混凝土堆石坝因其优异的性能在水利工程中得到了广泛应用｡由于堆石坝具有可以就地取材､能适应各种不同的地形地质条件和气候条件､抵御高烈度地震的能力强等优点[1],堆石坝的建设和筑坝技术得以快速发展｡堆石混凝土是一种新型大体积混凝土筑坝技术,采用大块堆石+高自密实混凝土浇筑胶结｡该技术充分利用当地初级开采的石料或者开挖料中的大粒径块石,以大粒径块石堆体充当骨架材料､自密实水泥浆液充当胶凝材料,利用自密实混凝土浆液高流动性和良好抗分离性等特性,可以使自密实混凝土在重力的作用下填充在堆石体的空隙中,形成强度满足要求的大体积混凝土[2]｡一方面,自密实堆石混凝土中大量块石的使用减少了混凝土方量,降低了水化热的产生;另一方面,自密实堆石混凝土具有施工过程无须振捣､施工机械化程度高､中后期混凝土浇筑与堆石入仓同时进行等优点[3],提高了施工效率,降低了施工成本｡本文将重点研究水库工程中高自密实混凝土堆石坝的施工技术,为相关工程提供技术参考｡

1、工程概述

东风水库位于遵义市汇川区山盆镇东南侧的哨午沟下游河段上,坝址位于山盆镇山盆村境内,地理位置东经106°41′24″,北纬27°55′48″,坝址距山盆集镇3.9km,距芝麻镇10.6km,距遵义市50km,有遵义市至山盆镇的公路通过坝址附近,交通较为便利｡东风水库坝址以上流域面积7.16km2,多年平均径流量326万m3,多年平均流量为0.1034m3/s,供水管道设计流量0.22m3/s｡水库正常蓄水位为895m,相应库容180万m3｡东风水库工程任务是集镇及农村人畜饮水供水､农田灌溉｡工程等别为Ⅳ等｡

东风水库大坝枢纽布置为:堆石混凝土重力坝+坝身开敞式溢洪道+坝身取水兼放空埋管+输水管线[4]｡溢洪道总净宽15m,设两孔,单孔净宽7.5m,堰顶高程895.00m｡大坝混凝土范围主要包括坝基0.5m厚C20(W6)二级级配垫层混凝土､坝体C15自密实堆石混凝土､上游面0.8m厚的C15(W6)自密实混凝土防渗层､闸墩等C25钢筋混凝土混凝土､溢流面､边墙､消力池底板､边墙C30(W6)抗冲磨混凝土等｡

2、高自密实混凝土的配合比设计

如何保证自密实混凝土的生产及质量,确保其性能得到最大化利用,配合比设计环节至关重要｡结合东风水库自身特点及对堆石坝的要求,高自密实混凝土配合比设计宜采用绝对体积法,合理设计各种成分的体积比例｡高自密实混凝土配合比设计包括理论配合比､实际配合比及生产配合比[5]｡

1)理论配合比,由配合比设计试验最终确定,由粉体､理论砂､理论石子､水和外加剂等表示的配合比,其中粉体根据种类不同可包括水泥､活性掺合料､惰性掺合料(独立掺加以及骨料包含粉体)等;配合比中粉体为干燥状态,理论砂和理论石子可以是饱和面干状态或干燥状态,但应予以说明｡

2)实际配合比,是以理论配合比为基准,保证配合比的粉体､水泥､水､理论砂和理论石子体积用量不变,结合实际砂和实际石子的含粉量､超逊径等指标变化换算得到的配合比,由水泥､活性掺合料､惰性掺合料(独立掺加)､实际砂､实际石子､水和外加剂等表示｡

3)生产配合比,是以实际配合比为基准,根据实际砂和石子的含水率折算出的生产配合比,保证配合比的粉体､水泥､水､实际砂和实际石子体积用量与实际配合比不变,配合比由水泥､活性掺合料､惰性掺合料(独立掺加)､实际砂､石子､水和外加剂等表示[6]｡

高自密实混凝土配合比设计的单方用水量和水泥用量如表1所示｡

表1高自密实混凝土理论配合比设计用水量与水泥用量控制标准序号龄期/d混凝土强度等级水泥种类与强度等级上

高自密实混凝土配合比设计参数:粗骨料体积比为0.27~0.33,用水量为170~200kg/m3,水粉比按体积比0.80~1.15,粉体量体积比为0.16~0.20,含气量宜为1.5%~4.0%｡同时需进行坍落度､坍落扩展度､V漏斗通过时间､自密实性能稳定性､含气量等[7]测试,高自密实混凝土工作性能要求如表2所示｡自密实混凝土,包括:将称量好的骨料和胶凝材料分别投入搅拌机进行干拌至少30s,再加入水和外加剂搅拌至少60s;其中,胶凝材料包括水泥和粉煤灰,当凝胶材料的重量为m时,水泥的重量为m/3~2m/3｡外加剂包括高效减水剂和抗离析剂｡

表2高自密实混凝土工作性能要求

3、堆石混凝土施工

自密实堆石混凝土施工技术,主要包括:基础面处理;将毛块石送入仓内的基础面上形成有空隙的堆石体;将自密实混凝土送入仓内浇筑在堆石体上｡

基础面处理,包括:清除仓内积水,撬挖基岩上的松动岩石,清除浮石虚渣,将基础面凿毛,采用高压风吹扫基础面｡

将毛块石送入仓内的基础面上形成有空隙的堆石体,包括:筛选石料,将筛选后的粒径大于或等于30cm的毛块石装车并运输至仓内,将毛块石堆放在基础面上形成有空隙的堆石体｡

将自密实混凝土送入仓内浇筑在堆石体上,包括:生产自密实混凝土,将自密实混凝土泵送上坝,按照单向顺序将自密实混凝土浇筑入仓,在浇筑过程中控制相邻的两个浇筑点之间的距离小于3m｡

堆石混凝土施工存在的主要问题:一是堆石体密实度控制不当,容易导致混凝土浇筑后出现沉降不均､裂缝等,可以通过合理确定堆石体的填筑厚度和压实标准;同时加强施工过程中的监测和检测工作,及时发现并处理密实度不达标的问题｡二是质量控制难度较大,包括材料质量､配合比､施工工艺等多个环节,防止某一个环节出现问题从而影响整体质量｡可以通过加强质量管理,合理确定配合比,对堆石方式､石材粒径控制､混凝土水灰比控制､灌浆方法等多个维度进行优化,确保原材料质量符合要求,各道施工工序符合规范要求｡

4、高自密实混凝土的浇筑

1)将配制好的高自密实混凝土采用泵送混凝土的方式,从坝体的上游或者下游沿着平行于仓面的任一边的方向,将浇筑点由仓面的一端向其相对端单向移动所浇筑的部分构成一个浇筑单元｡基于浇筑顺序由仓面边缘向中部逐步进行浇筑直至交汇区,每仓浇筑块的浇筑方量总和达到仓面的设计尺寸,完成由多个浇筑块构成的全部仓面浇筑以形成高自密实混凝土和坝体一体化浇筑｡

2)浮浆现象及密实度处理｡浇筑的自密实混凝土在长距离流动后,在其流动远端往往会因为离析出现浮浆,从而导致大坝下游侧的坝体和下游面出现质量问题｡一方面,当拆除浇筑层面上搭建的模板后,浮浆的聚集导致混凝土坝体的坝面不平整;另一方面,对于整个大坝而言,靠近坝体上下游的部位都是相对重要的部位,对混凝土的性能要求也比较高,浮浆的聚集导致坝体的强度､密实度不够,在进行压水实验时,会有浮浆在冷逢中流动,影响下游侧混凝土的质量保证率｡

本项目采用先后从上､下游浇筑的顺序,在浇筑过程中必须考虑浇筑时间与混凝土初凝时间的关系,将浮浆控制在上､下游浇筑的交汇区,可以将大量的浮浆聚集在坝体中间部位,即可以预设浮浆汇集区,在施工的过程中可以通过专门的抽吸设备将聚集在中间部位的浮浆吸排出仓面,以提高下游侧混凝土的质量保证率,减少甚至避免冷缝的产生｡

不同直径的块石相互搭配使用,目的是避免块石之间空隙过大导致堆石率低而使得自密实混凝土用量过大;堆石过程中也要尽量避免不同块石比较平整的两个面相互接触,从而导致块石之间缝隙较小,自密实混凝土无法填充密实;若无法避免两个平面接触,应采用小石块支垫,保证混凝土浇筑完成后坝体的密实度｡

5、混凝土的养护

高自密实混凝土在浇筑完毕后,根据气温变化进行养护,养护不及时易产生因失水过快而产生干缩裂缝｡气温在20~35℃以上时,应在浇筑完毕6~8h内采取塑料薄膜覆盖或喷涂､滚涂养护剂等养护措施;气温在5~20℃时,应在浇筑完毕12~24h内采取塑料薄膜覆盖或喷涂､滚涂养护剂等养护措施;养护期间避免阳光暴晒,养护时间不少于14d,有特殊要求的部位宜适当延长养护时间[8]｡

6、结语

综上所述,本文结合东风水库工程的实际情况,详细介绍了堆石混凝土和高自密实混凝土浇筑的施工技术,包括合理的配合比设计､施工技术要点､施工过程中易出现的问题和解决方案､质量控制等｡通过浇筑自密实混凝土形成防渗结构,自密实混凝土具有水化温升小､层间抗剪能力强等优点,可有效提高水库工程坝体的抗渗性和迎水面抗裂性能,满足现代水库工程建设的要求｡在实际施工过程中,严格遵循施工技术进行操作,确保施工质量符合要求,实现工程建设经济效益和社会效益最大化｡

参考文献:

[1]於文欢.高土石坝地震动力特性分析[D].兰州:兰州交通大学,2015.

[2]李太阳.堆石混凝土在某高坝上的应用研究与抗震分析[D].贵阳:贵州大学,2024.

[3]胡宇,阮祖胜,王哲.堆石混凝土(RFC)施工工法[J].水利建设与管理,2019,39(1):68-73,28.

[4]李卿.溢流混凝土面板堆石坝的溢流面结构型式研究[D].贵阳:贵州大学,2017.

[5]程威,李睿峰,祝福,等.自密实混凝土的研究综述[J].四川建材,2012,38(6):1-3,22.

[6]牛俊伟,戢超,李振华,等.试验检测在自密实堆石混凝土坝质量管控中的应用评价[J].工程地球物理学报,2023,20(4):480-490.

[7]孙中洋.连续刚构桥建设质量控制方法研究[D].重庆:重庆交通大学,2012.

[8]朱海涛,苏城峰.自密实混凝土在堆石混凝土坝中的应用[J].广东水利水电,2022(9):30-33.

文章来源:周亚.水库工程高自密实混凝土堆石坝施工技术[J].水电与新能源,2025,39(04):49-51.