高自密實混凝土堆石壩施工方法淺析
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了高自密實混凝土堆石壩施工方法淺析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
［摘要］針對常規(guī)堆石混凝土澆筑層厚1～1.5m，常態(tài)混凝土和堆石混凝土分期二次澆筑，施工工期較長，不能滿足2020年11月國家組織的冬季延慶杯測試賽要求。提出了超厚層高自密實混凝土同步澆筑的施工方法，通過提高自密實混凝土的性能，采用可調(diào)懸臂模板，BIM模擬演練優(yōu)化施工組織，解決了超厚層澆筑和同步澆筑問題，實現(xiàn)了施工任務(wù)。實踐證明，該施工方法不僅施工速度快，還具有質(zhì)量好、環(huán)保、經(jīng)濟效益好等特點，值得廣泛推廣。
［關(guān)鍵詞］基礎(chǔ)設(shè)施;超厚層堆石混凝土壩;施工方法;BIM模擬
1工程概況
1050m塘壩工程修建在佛峪口溝支溝上，用于調(diào)蓄通過管廊輸送到賽區(qū)的造雪用水。通過引水管線及泵站等工程將外部調(diào)水在賽區(qū)內(nèi)進行調(diào)蓄，并輸送到國家高山滑雪中心造雪系統(tǒng)前水池提供水源。1050m塘壩采用新型的堆石混凝土材料3級重力壩。見表1。壩軸線長77m，沿壩軸線方向共有3個壩段;最大壩高58m，壩頂寬度5.0m，壩頂高程1053.00m，防浪墻頂高程1054.20m。上游壩面在1020m高程以上為鉛直面，以下設(shè)坡比1∶0.2的貼腳;下游壩面坡比1∶0.75。塘壩主體部分采用C15堆石混凝土結(jié)構(gòu)，壩基墊層為厚2.0m的C25(R90W10F300)混凝土，上下游貼面采用厚1.0m的C25(R90W10F300)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。見圖1。
2采用超厚層堆石混凝土施工的原因
與自密實混凝土相比，堆石混凝土的抗凍性能更優(yōu)［1］。常規(guī)堆石混凝土技術(shù)中堆石混凝土澆筑層厚1～1.5m，常態(tài)混凝土和堆石混凝土分期二次澆筑，施工工期較長，不能滿足2020年11月份國家組織的冬季延慶杯測試賽要求。通過高自密實混凝土堆石壩新技術(shù)減少了澆筑次數(shù)，降低了交叉施工時間，提高工作效率，縮短了工期且具有較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。
3施工規(guī)劃
施工前的總構(gòu)想和規(guī)劃，是項目管理的關(guān)鍵，也是項目有條不紊按質(zhì)、按期完成的保障。根據(jù)重力壩的結(jié)構(gòu)，堆石混凝土壩的工序繁多，施工要嚴格按照順序施工。首先對項目進行分解，包括堆石混凝土工程、常態(tài)混凝土工程、止水埋件、輸水消力池工程、灌漿工程、管線工程、廊道工程、豎井溢洪洞工程等，將項目向下分解為最小的作業(yè)單元(工作包)，在此基礎(chǔ)上進行工程量計算，確定資源配置，包括勞動力、機械臺班、各種材料、構(gòu)件等的需要量和供應(yīng)方案;對現(xiàn)場環(huán)境、自然條件進行分析，分別考慮有利條件和不利條件，對不利條件進行重點研究，制作方案克服劣勢。通過以上分析，充分考慮技術(shù)間歇時間、組織間歇時間、流水強度等參數(shù)，對施工段進行劃分，確定合理的工作面，使各項工作搭接有序，連續(xù)均衡施工。在規(guī)劃階段完成工程量計算和資源配置;多方案比選，擇優(yōu)確定施工方案，選擇配套的施工機具，施工道路規(guī)劃;由整體到局部安排施工順序;編制施工進度計劃，找出關(guān)鍵線路，確定需要的人力、材料、機械用量;確定施工平面布置;制定有效的質(zhì)量、安全技術(shù)措施。以本工程為例，混凝土分倉考慮澆筑工藝、結(jié)構(gòu)尺寸、倉體工程量的變化等因素共分為25層。其中，第1層為墊層，第25層為1m常態(tài)混凝土覆蓋層;堆石混凝土3m/層，最大倉堆石量2600m3，最小倉500m3，施工時要考慮每層堆石混凝土的工程量的變化趨勢，由小變大、由大變小的過程，施工難度也會隨之變動，提前做好應(yīng)對措施。堆石混凝土壩重點考慮石料運輸和混凝土澆筑。石料運輸遠距離選擇大型自卸車為主，入倉有反鏟配合自卸車直接入倉，垂直運輸系統(tǒng)直接吊裝入倉。選擇自卸車直接入倉的效率高，入倉石料可達1000m3/d，塔機吊運塊石和澆筑混凝土的能力為200～300m3/d。有條件的優(yōu)選自卸車入倉，入倉道路在壩基開挖時就開始規(guī)劃，借助兩岸邊坡，順延等高線修成之字形道路，在入倉口動態(tài)布設(shè)和調(diào)整。本工程采用順延等高線修筑壩后路自卸車入倉，反鏟、液壓抓斗配合入倉。自密實混凝土使用強制式攪拌機集中拌制，拌和樓應(yīng)具備自動計量系統(tǒng)，拌和能力和現(xiàn)場需求相適應(yīng)?；炷翝仓绞剑斣趬误w附近建站距離較短時，用地泵管直接入倉;本工程由于場地狹小，周邊施工單位較多，采用的商品混凝土由混凝土旋轉(zhuǎn)罐車運輸，地泵和天泵入倉。運輸過程中應(yīng)避免離析，其運輸設(shè)備應(yīng)與生產(chǎn)、澆筑以及自密實性能穩(wěn)定性的要求相匹配。自密實混凝土的供應(yīng)速度應(yīng)保證施工的連續(xù)性，一個倉號應(yīng)一次澆筑完成。堆石混凝土壩宜選用懸臂模板，模板強度高、穩(wěn)定性好、倉面平順、外觀符合要求。本工程選擇的是可調(diào)懸臂模板，模板高度可根據(jù)實際高度在2～4m間調(diào)整，模板寬度3m，單重2.6t，受力螺栓直徑為36mm，預埋螺栓直徑為27mm，預埋螺栓尾部法蘭直徑110mm。受力螺栓使用的材料是40Cr鋼，預埋螺栓使用的材料是30CrMnSi鋼，預埋螺栓埋深300mm?？紤]鋼筋等材料的運輸、模板安裝、廊道預制構(gòu)件的吊裝選配了兩臺7050塔機。
4施工準備
4.1技術(shù)準備超厚層高自密實混凝土工藝性實驗方案，高自密實混凝土配合比、進度計劃，資源分配優(yōu)化，質(zhì)量、安全計劃、保證措施。
4.2現(xiàn)場準備
基礎(chǔ)驗收合格后，做好風、水、電布置，石料來源，質(zhì)、量分析，入倉方式，施工道路規(guī)劃及修筑，垂直提升系統(tǒng)架立，混凝土生產(chǎn)、運輸、澆筑等的準備。對原材料提前做好進場驗收、模板質(zhì)量檢驗、現(xiàn)場適配等工作。
5施工工藝
測量放樣→基礎(chǔ)面處理→模板、免拆模板安裝→堆石入倉→廊道安裝(若有)→常態(tài)混凝土、自密實混凝土拌和→混凝土運輸→常態(tài)混凝土、自密實混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護→進入下循環(huán)主要工序為:石料入倉碼放和自密實混凝土的生產(chǎn)、運輸、澆筑。本工程所采用的堆石混凝土壩施工技術(shù)主要分為3個部分組成:第一部分為高自密實混凝土澆筑施工;第二部分為裝配式廊道施工;第三部分為不同類型混凝土連續(xù)澆筑施工。堆石混凝土施工工藝原理，先將混凝土模板進行安裝完畢(留一定的石料入口后封口)，再將不同類型混凝土利用免拆收口模板分隔形成不同的倉體，采用機械在倉面堆成一定高度的堆石體(最高可達3m)，如果堆石層有廊道則利用堆石的時間，快速將廊道安裝就位，然后澆筑常態(tài)混凝土和高自密實混凝土，常態(tài)混凝土按常規(guī)振搗施工，高自密實混凝土依靠自重流動，均勻地完全填充到堆石體的空隙，經(jīng)過硬化形成堆石混凝土。常態(tài)混凝土和高自密實混凝土通過免拆模板的嵌鎖網(wǎng)格結(jié)合到一起，使堆石混凝土和常態(tài)混凝凝土形成一體。
6施工順序
根據(jù)大壩布置、結(jié)構(gòu)特點及施工總體規(guī)劃，大壩施工程序采用由低向高整體上升，豎井、平洞、帷幕灌漿洞平行施工。具體施工程序為:首先進行中間壩段覆蓋層施工，施工前準確的埋置觀測設(shè)備，安裝止水，覆蓋層完成具備條件后進行固結(jié)灌漿，然后澆筑堆石砼施工，迎、背水面混凝土防滲層與堆石混凝土同步進行澆筑，在到一定高程后視情況分段流水或全段平起施工，固結(jié)灌漿穿插其間。觀測設(shè)備、預埋件、止水等交錯進行。壩體帷幕灌漿在廊道完成后進行，壩前堆石混凝土穿插空閑時間填筑完成。
7控制重點
7.1原材質(zhì)量控制
石料:石料必須保證清潔、濕潤，石料應(yīng)在源頭加以控制，用鋼制條篩篩除遜徑，用水沖洗后裝車，不潔之料不得入車，以減少中間處理的時間。不宜在中途和倉面用水沖洗，在中途沖洗泥巴通過汽車輪胎帶到倉內(nèi)，如在倉內(nèi)沖洗，會將雜物沖到倉底部聚集，形成難以清理的質(zhì)量薄弱部位。倉內(nèi)如發(fā)現(xiàn)遜徑、雜物應(yīng)人工清除，不潔部位用抹布擦洗干凈。在塊石進倉前，首先對進倉塊石進行全面檢查，塊石材質(zhì)應(yīng)新鮮、完整、質(zhì)地堅硬無剝落層和裂紋，堆石料粒徑不宜小于300mm［2］，最大粒徑不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)斷面最小邊長的1/4，對針片狀、大平面的石料加以處理，大平面禁止緊貼平放在混凝土面上，所堆石塊大小應(yīng)均勻分布，粒徑小的石塊應(yīng)不集中［3］?；炷?拌和前對原材料質(zhì)量要嚴加控制，摻和料主要有粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、沸石粉、磷渣粉、火山灰、復合礦物摻和料等［4］，摻用的品種應(yīng)經(jīng)試驗確定。粗骨料宜采用連續(xù)級配且最大粒徑不宜大于20mm，對骨料的針片狀顆粒含量≤8%，含泥量≤1%，泥塊含量≤0.5%;細骨料宜采用級配Ⅱ區(qū)的中砂，細骨料應(yīng)級配合理、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低、孔隙率小。細骨料中的含泥量對混凝土的性能影響較大應(yīng)特別重視，砂含泥量≤3%，泥塊含量≤1%;人工砂中的適量石粉能改善混凝土的工作性，但過量的石粉會因吸附更多的水分，導致混凝土工作性變差，用人工砂的MB測試結(jié)果檢測石粉含量是否在控制范圍之內(nèi)，加以控制;水泥宜選用硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥;摻和料選用Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰，外加劑選用聚羧酸系高性能減水劑［4］。
7.2配合比控制
超厚層高自密實混凝土堆石壩的施工方法的實現(xiàn)關(guān)鍵取決于高自密實混凝土的性能，高自密實混凝土拌和的依據(jù)是配合比，自密實混凝土配合比是根據(jù)工程實際應(yīng)用的原材料，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)形式、施工工藝及環(huán)境因素進行配合比設(shè)計。高自密實混凝土強度等級采用90d齡期80%保證率150mm立方體試件抗壓強度確定。首先計算初始配合比，經(jīng)試驗室適配，調(diào)整得出滿足自密實性能要求的基準配合比，經(jīng)強度、耐久性復核得到設(shè)計配合比，然后根據(jù)施工現(xiàn)場生產(chǎn)系統(tǒng)的實際情況進行調(diào)整修正，得到最終施工配合比。自密實混凝土性能對用水量較為敏感，施工時必須嚴格根據(jù)骨料含水率調(diào)整拌和用水量，此外天氣變化較大時或者取料部位發(fā)生變化時，應(yīng)及時對骨料含水量進行重新測定調(diào)整實際用水量。自密實混凝土的關(guān)鍵性能坍落擴展度范圍控制在650～750mm，V形漏斗通過時間7～25s。
7.3施工過程控制
石料運輸過程中，為了保護壩前防滲層，汽車入倉卸料一般不進入壩體，如果自卸車進入壩體也在壩后進入，卸料點布設(shè)緩沖層，用大面積厚2.5cm鐵板(8m×15m)在底部墊廢舊輪胎緩沖，鐵板上沖擊的碎料收集到一起，最后清除掉。卸料后用挖掘機平倉、倒運?？拷０濉ⅹM窄部位用液壓抓斗擺放，堆石厚度可達3m，機械達不到的部位可用人工配合，但要保證人員安全。懸臂鋼模板根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸進行配模，模板驗收時主要檢查外型尺寸、錨栓的位置、邊框連接孔的位置、板面平整度、邊框直線度、板面處理、預埋螺栓位置等，確保進場后的模板滿足施工要求。自密實混凝土澆筑時要連續(xù)不間斷，采用泵送效率較高、質(zhì)量好，在澆筑前先用自密實砂漿將輸送泵管潤滑通暢，然后泵送自密實混凝土入倉。采用泵送澆筑混凝土時，最大自由落下高度宜在5m以下，澆筑點應(yīng)均勻布置，澆筑點間距不宜超過3m。在澆筑過程中應(yīng)遵循從上游至下游單向逐點澆筑的原則，每個澆筑點澆滿后方可移動至下一澆筑點澆筑，澆筑點不重復使用。當分層連續(xù)澆筑混凝土時，為使上下層混凝土一體化，應(yīng)在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢。堆石混凝土收倉時，除達到結(jié)構(gòu)物設(shè)計頂面以外，高自密實性能混凝土澆筑宜以大量塊石高出澆筑面50～150mm為宜，澆筑時可控制混凝土面低于石塊頂點10～20cm［5］，以加強層面結(jié)合，堆石混凝土抗壓強度達到2.5MPa以前，不得進行下一倉面的準備工作。澆筑過程中不合格的自密實混凝土嚴禁入倉，已入倉的不合格自密實混凝土必須清理出澆筑倉，棄置到指定地點。澆筑自密實混凝土時，嚴禁在倉內(nèi)加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性較差，應(yīng)采取加強措施(如添加外加劑、重新拌和等)，以保證質(zhì)量?；炷吝_到2.5MPa時才能進行沖毛處理，沖毛達到的標準為混凝土表面無乳皮，微露粗砂，同時清除表面松動的塊石，最后沖去乳皮和灰漿，直到混凝土表面水由渾變清為止，進行下一層施工。
8結(jié)語
此次堆石混凝土壩施工后，對其質(zhì)量進行了檢查驗收，符合業(yè)主和設(shè)計的要求。施工工藝可靠，流程清晰，質(zhì)量控制點明確，與常規(guī)施工相比能夠縮短工期，可為同類工程提供參考，并為高程堆石類混凝土施工提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
［參考文獻］
［1］鄭國英.堆石混凝土凍融損傷性能試驗研究［J］．陜西水利，2021(6):196－198.
［2］何世欽，陳宸，周虎，等．堆石混凝土綜合性能的研究現(xiàn)狀［J］．水力發(fā)電學報，2017，36(5):10－18.
［3］陳文輝．高壩堆石混凝土綜合性能及適用性研究［J］．水利規(guī)劃與設(shè)計，2019(2):92－93.
［4］劉紅森，楊世鋒，郭利霞，等．膠凝砂礫石凍融試驗及影響因素分析［J］．水電能源科學，2019，37(3):107－108.
［5］金峰，安雪暉，周虎.堆石混凝土技術(shù)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2017:130－140.
作者:王濤 單位:北京金河水務(wù)建設(shè)集團有限公司