堆石混凝土在石河水库除险加固工程中的应用 3页

设计施工水利规划与设计2014年第12期堆石混凝土在石河水库除险加固工程中的应用曹丽娟张楠李林可李金涛(河北省水利水电第二勘测设计研究院河北石家庄050021)【摘要】石河水库除险加固工程采用新型的堆石混凝土技术，简化施工工艺，加快施工速度，保障施工质量。【关键词】堆石混凝土自密实混凝土石河水库除险加固[DOI编码】10．3969~．issn．1672—2469．2014．12．018【中图分类号】TV544【文献标识码】B【文章编号】1672—2469(2014)12-0052-031工程概况及存在问题非溢流坝段设计选定工程投资低、施工简单、对供水影响较小的下游贴坡加固方案。坝1．1工程概况体下游侧加厚4．5m～5．0m，下游坡比由1：0．69石河水库位于秦皇岛市山海关西北约6km调整为1：0．7。处，系石河上的一座以供水为主，兼顾防洪、发2．2非溢流坝段除险加固材料选择电、旅游等综合利用的中型水利枢纽工程。工程2．2．1常规大坝混凝土技术及其局限性等别为III等，设计总库容7000万m。由大坝、以大坝为代表的大体积混凝土，在施工中泄水洞、输水洞、发电洞和电站等建筑物组成。要尽可能的降低水泥用量，以降低混凝土内部水库于l972年动工兴建，1975年竣工并投入使水化热，并节约工程成本。常见的工程措施是用，现已连续运行近40年。通过增加混凝土级配、增大骨料粒径、添加外1．2工程存在的问题加剂以减少单位体积水泥用量和降低水化热。(1)现状大坝为浆砌石重力坝，坝项总长目前大坝混凝土多采用四级配，骨料最大粒径可365m，其中非溢流坝段长275m，坝体浆砌块石达150ram。但受到拌和能力、振捣能力的限制，均匀性较差，局部砂浆不饱满，坝体渗透性为强常规混凝土难以使用更大粒径的骨料。一般大体透水，局部中透水。坝体浆砌石质量较差，堰面积混凝土技术特点如表1。混凝土碳化剥蚀严重，钢筋裸露。大坝结构抗滑表1一般大体积混凝土技术特点安全性评价为C级。分类特点(2)溢流坝段和左坝肩渗漏较严重，对坝体安全不利。溢流坝局部出现拉应力。振捣，冷却水管等工序多，水化热高，温控措a．常态混凝土施复杂为保证水库正常运用，消除水库自身安全，容易开裂，水泥用量大，综合成本高隐患，保障下游地区的防洪安全，亟需进行除险b．砌石混凝土、技术要求低，材料成本低，但机械化程度低，埋石混凝土施工进度慢，质量控制难，人工成本高，已逐加固防护。渐淘汰。本文主要叙述非溢流坝段除险加固设计。旋工进度快，但要求大仓面作业，需重型机械，c．碾压混凝土仅适合大中型工程2非溢流坝段除险加固设计，不适用于超高坝2．1非溢流坝段除险加固结构设计作者简介：曹丽娟(1980年一)，女，工程师。·52·n设计施工水利规划与设计2014年第12期综上可知常规大体积混凝土技术存在繁琐表3常态混凝土与堆石混凝土比较工序多、劳动量大、人工成本高、水化热高、温分类常态混凝土堆石混凝土控措施复杂、容易产生温度裂缝、施工进度慢等缺点。块石最大粒径30～50cm，1)块石块石最大粒径每立方成品混凝土中块石占2．2．2自密实混凝土及堆石混凝土施工技术及骨料15cm50％～60％，自密实混凝土占40％～5O％，研究现状2)水泥水泥用量大，每立每立方成品混凝土仅需水泥约(1)自密实混凝土技术用量方成品混凝土中需100k#m3。自密实混凝土简称SCC，起源于八十年代水泥约200kUm3。的日本，其主要特点见表2。内部水化热升温内部水化热升温少，理论15℃，3)水化高，理论可达可有效防止温度裂缝产生。恒山表2自密实混凝土主要特点3O～4O℃，易产生水库除险加固工程和清峪水库工热温度裂缝程实测坝内升温8～lO℃，与理，需采取论数值接近高流动性、不离散、极低的收缩性，施工方便快温控措施，两工程均未采取温自密实性捷，可利用高流动性自动填仓，无需振捣、凿毛。控措施。等繁琐工序，人工成本低，易控制施工质量，适4)密实强度等级合纯机械化施工度一般与产设计标号C20，实测强度等级可达、强品标号优度一致。C50，点高耐久性抗碳化、冻融、锈蚀、腐蚀，100年免维护，需振捣，距施工点无需振捣，距施工点40m处施工300～500年寿命5)环境40m处施工噪音为噪音为56．1dB，几乎与环境噪声高强度f‘ck≥60N／ram2轻量结构高抗震性能，设计时影响74dB。在居民区附持平。居民区附近亦可24小时施近不能夜间施工。工。可以较小尺寸达到建筑结构要求常规施工工序多，纯机械化施工，简单快捷，块石一般只能用于有高强度、高耐久性要求的重要建6)工期浇筑时需振捣，施由车辆或吊舱运至舱面，勾机平水泥用量筑工程或是钢筋布设非常密集，常规振捣方法无工缝层间抗剪能力仓，自密实混凝土直接泵送入仓，大，造价法进行的关键部位，以及特殊的预制混凝土构件影响无需人工振捣。每仓浇注厚度一般，需凿毛，工1缺高昂等。不适用于对强度、耐久性要求较低的普通建期总体较长．5m，施工缝间无需凿毛等繁琐点筑工程，适用面窄。。工序，可有效缩短工期。水泥用量少，约100k#m，人工水化热高不适用于大体积混凝土浇筑水泥用量多，约作业少，劳动成本低，仓面浇筑时7)旅工2~kUm，且人工仅需2～3人引导泵管，无需其成本作业多，劳动成本他施工人员，工期短，虽折合每综上可知自密实混凝土作为新技术，虽优高，施工工序多，立方混凝土需外加剂成本3O～4O施工成本总体较高。元／m3，较一般外加剂成本略高，点很多，但局限性也很强，如果在大坝等大体积但总体而言可显著降低施工成本。混凝土工程中单独采用高粉体量和小粒径骨料的自密实混凝土，不仅无法满足降低水泥用量、3非溢流坝段除险加固施工降低内部水化热的要求，也难以节约工程成本。3．1原材料的选择(2)堆石混凝土技术(1)水泥堆石混凝土源于自密实混凝土但又有较大因为自密实混凝土要求水泥凝结速度慢，区别。施工时将堆石直接入仓，然后浇注专用的流动性损失小，适宜使用的水泥类型见表4。自密实混凝土，利用其高流动性能，自动填充到堆石的空隙中，形成完整、密实、低水化热的大表4水泥类型体积混凝土。分类特点常态混凝土与堆石混凝土的比较如表3。宜选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥堆石混凝土技术可完全替代浆砌石坝，运可使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐用于堆石混凝土重力坝及堆石混凝土芯墙坝，适水泥合水库除险加固及高挡土墙工程，亦可利用沉井不宜使用铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及早强型水泥技术在不放空水库的情况下浇注坝体水下部位。(2)掺合料为缩短工期和节省工程投资，石河水库非自密实混凝土浆体总量较大，如果胶凝材溢流坝段下游贴坡材料选用堆石混凝土。料仅适用水泥容易引起混凝土早期水化热较大，·53·n设计施工水利规划与设计2014年第l2期硬化后混凝土收缩较大，不利于提高混凝土的耐4其它已建工程经验久性和体积稳定性。常用活性掺合料见表5。堆石混凝土技术目前已应用于山西临汾市表5常用活性掺合料乡宁县清峪水库、山西省大同市浑源县恒山水库分类特点除险加固、向家坝水利枢纽、河南宝泉电站等工A．粉煤灰：应使用2级以上粉煤灰，原状灰常用活性掺合料优于磨细灰程中。其中恒山水库拱坝除险加固工程若按常规B．粒化高炉矿渣粉技术加固，工期需至少3年，将严重影响下游高强自密实混凝土硅灰掺合料居民生活及农业灌溉，采用堆石混凝土技术后，惰性掺合料石英砂粉、石灰石粉工期缩短至半年。同时还充分利用了当地丰富其它掺合料沸石粉、复合矿物掺合料的块石、砂等资源，就地取材，节省了工程造(3)外加剂价。恒山水库新坝孔隙率45％，平均使用水泥宜优先使用聚羧酸系高效减水剂；不建议lOOkg／m。综合造价仅280元／m。，远低于常规使用增粘剂(可能会导致凝结时间延缓，用水量增加等问题，且品种多，性能不一，需经过试验混凝土400元／m，取得了良好的经济效益。才能确定)；不宜使用速凝剂、促凝剂和早强类5结语型外加剂3．2堆石混凝土性能设计的基本参数虽然理论上堆石混凝土抗渗等级完全满足堆石混凝土中块石占总体积50％～60％，坝体抗渗要求，但由于是刚刚开始在国内推广的自密实混凝土占40％～50％。根据自密实混凝新技术，堆石混凝土在与钢筋、止水交界处需人土技术手册推荐及相关工程经验，自密实混凝土单位体积水灰比仅为0．8～1．15，配比见表6。工局部处理块石的堆放，或在钢筋、止水周围单表6自密实混凝土配比独设置常态混凝土浇注区。例如清峪水库大坝上空气水粉体细骨料粗骨料游临水侧单独设计了2～lm厚的常态混凝土面15．4OL155—18OL16O-23OL260—33OL280．35OL板，其间设置铜片及橡胶止水带，以增加坝体抗渗性能。3．3堆石混凝土施工中的问题而恒山水库新坝由于所采用块石粒径过大表7堆石混凝土施工注意事项(超过50cm)，块石间缝隙较大，自密实混凝新鲜、完整、质地坚硬，不得有剥落层和裂纹土浇筑完成后仍有极少量细微裂缝产生。可见自可以使用毛石块石粗料石和卵石1)堆石料的选粒径不小于30cm密实混凝土的收缩性虽远低于普通砂浆，但仍需择与入仓保持堆石和仓面洁净入仓应尽量减少搬运次数继续深入研究其在实际工程中对工程安全性能堆石厚度不宜大于1．5m的影响。新鲜、完整、质地坚硬，不得有剥落层和裂纹2)堆石混凝土可以使用毛石块石粗料石和卵石参考文献所用自密实混粒径不小于30cm凝土的生产保持堆石和仓面洁净入仓应尽量减少搬运次数1安雪晖等．自密实混凝土技术手册．中国水利水电出版堆石厚度不宜大于1．5m社，2008．应使用混凝土搅拌车运输；2安雪晖，金峰，石建军．自密实混凝土充填堆石体试验3)堆石混凝土混凝土搅拌车接料前必须将车内残留的其它种类研究．混凝土．2005，183(O1)：3-6所用自密实混混凝土清洗干净，并排净车内积水；凝土的运输运输时间应根据扩展度损失情况控制；3金峰，安雪晖，石建军，张楚汉．堆石混凝土及堆石混浇筑前，搅拌车应高速旋转lmin以上凝土大坝．水力学报，2005，36(11)：1347—1352·54·