摘要:水布垭防淘墙采用钢筋混凝土结构,墙体厚度3. 0～4. 5 m ,深入地下25～40 m ,是目前国内外水电在建工程中规模最大、地质条件最为复杂、施工难度最高的防淘墙。设计施工方案为通过竖井自下而上逐层开挖和分层浇筑混凝土的方式进行施工,混凝土运输面临先自上而下再转为水平运输的问题,垂直运输高度可达25～40m不等,洞内水平运输距离最大可达10 m以上。实际施工中通过采用泵送混凝土入仓,很好地解决了这一难题,获得了较好的技术经济效果。
关 键 词:防淘墙; 泵送混凝土; 应用; 水布垭水电站
中图分类号: TV544 文献标识码: A
泵送混凝土不仅能提高混凝土的性能,而且机械化程度高,浇筑速度快,但根据混凝土泵的工况一般由低处往高处泵送应用较多,而由高处往低处泵送则较少采用。水布垭防淘墙混凝土浇筑即采用这种由高处往低处泵送入仓的施工方式。由于混凝土在泵送时垂直落差大,泵管需多次转弯,管内混凝土极易脱空,产生骨料分离,进而大大减小了混凝土的和易性和流动性,导致骨料架桥而堵管,因此解决好混凝土运输中的堵管问题和防止混凝土料的离析,是保证施工进度与混凝土施工质量的关键点之一。
1 工程概况及相关特性
水布垭水利枢纽工程位于清江中游河段,主要建筑物为混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道、右岸地下式电站和放空洞等。溢洪道由引水渠、控制段、泄槽和下游消能防冲段组成,消能冲刷区采用防淘墙加护岸进行保护。
防淘墙采用钢筋混凝土结构,墙体厚3～4. 5 m。混凝土设计强度为C30 ,在墙体迎水面和背水面均布有纵横向钢筋。防淘墙混凝土顺河向分段尺寸一般15～18 m ,为防止泄洪高速水流通过混凝土接缝对防淘墙产生水击压力和提高防淘墙的整体性,在分缝处设一道铜止水和键槽。防淘墙墙体混凝土的技术要求见表1。
防淘墙区所在的地层为二叠系下统马鞍组(P1ma ) 、石炭系中统黄龙组(C2h ) 、泥盆系上统写经寺组(D3x ) 等岩性软弱的地层。岩体完整性差,风化较强烈,P1ma及D3x地层含有较多的页岩,浅表部处于强风化状态。D3x强风化带水平深可达30～45 m ,最深达60 m。
根据设计方案,防淘墙混凝土通过竖井从底部开始向上分层浇筑混凝土。分层厚度根据基岩完整情况进行调整,在地质条件较好的地段每层按4 m控制,在地质条件差的地段每层按2～3 m控制。
2 防淘墙墙体混凝土配合比
为满足设计技术要求,施工前施工单位通过多次反复试验,确定了防淘墙墙体混凝土配合比(见表2) 。
注: ①表中JG- 3 (粉状) 的掺量为胶凝材料的0. 6 %; GK- 9A 的掺量为胶凝材料的0. 004 % ,GK- 9A 配置成浓度为25 %的水溶液后加入。②表中砂石骨料的质量为饱和面干砂石骨料的重量。
混凝土配合比中所用原材料:水泥为葛洲坝水泥厂生产的中热42. 5 级水泥;粗、细骨料采用水布垭左岸三友坪料场生产的公山包人工碎石和人工砂;试验的拌合水为水布垭工区自来水。考虑到所浇混凝土为向下的泵送,且没有掺加粉煤灰,为了保证混凝土的和易性、坍落度及防止坍落度损失过快的要求,特别是抑制夏季高温季节坍落度的损失过快,从而满足混凝土施工和易性及可泵性的要求,故在混凝土中掺用了高效缓凝减水剂或泵送剂。配合比试验和实际施工中采用了北京冶建特种材料公司生产的JG- 3 高效缓凝减水剂、同时为了满足混凝土的抗冻性能的要求,在混凝土中掺用了石家庄市长安育才建材有限公司生产的引气剂GK- 9A。
3 防淘墙墙体混凝土施工
3. 1 施工工艺流程
防淘墙墙体施工工艺流程是:墙体平洞开挖、支护→基面清理→立模→墙体混凝土浇筑→墙顶面养护处理→下一开挖、浇筑循环。
3. 2 墙体混凝土浇筑
3. 2. 1 分层分块
防淘墙墙体分层分缝分块原则上按设计图纸进行,但由于地质条件不同,局部需作调整。左岸部分基本上按3 m 厚分层浇筑,分块长度为防淘墙墙体宽度(即10～18 m) 。
3. 2. 2 浇筑前的准备
(1) 清基、排水。混凝土浇筑前,清除岩基上的杂物、泥土及松动岩石,压力水冲洗干净。地下洞室中的集中渗水采用设置的导管或截水圈排至仓位外。
(2) 立模。施工前按照施工图纸和施工现场的实际情况设计模板配板,将墙体平洞两端封堵。模板采用普通组合钢模板,特殊部位采用异形模板。用全站仪测放洞轴线、高程、分缝线及混凝土入仓断面,以红油漆标志立模控制点,指导模板拼装。
(3) 混凝土泵及泵管安装。在施工竖井井口布置2 台(1 台备用) HBT120A 型混凝土泵车,将泵管由竖井穿过模板,直接接至浇筑仓位。泵管安装要求尽量平直,转弯要少、缓,接头要严密。布设时,设置2～3 处锥形管以适当增加阻力,防止管道堵塞。
3. 2. 3 泵送混凝土施工
墙体混凝土水平运输采用混凝土搅拌车从拌和楼运料至现场,再卸料于混凝土泵车输料斗中。混凝土搅拌车运送途中,搅拌车以慢速旋转(1～4 rPmin) ,不停扰动,防止混凝土离析。垂直运输是通过混凝土泵泵送到待浇仓位。泵送混凝土前先用海绵球清洗管路,然后泵送清水以清洗和湿润管路、料斗、混凝土缸,再泵送适量与混凝土同配合比的砂浆,最后才能泵送混凝土(在料斗中砂浆未完全泵完,料位在搅拌轴以上时,可直接加入混凝土料泵送) 。泵送时,受料斗内混凝土应保持充满状态,以免吸入空气形成堵管。泵送混凝土开始时,速度要先慢后快,逐步加速,同时观察混凝土泵的压力和系统的工作情况,待系统情况正常后,方可按正常速度进行泵送。中断泵送后,再次泵送时,先反泵2～3 个行程,将分配阀内的混凝土吸回料斗内经充分搅拌后再泵送。
混凝土泵工作要求连续性,必须保证拌和楼生产能力、混凝土运输能力、施工作业人员配置等的匹配。泵送过程中, 若因特殊原因一旦停泵,间歇时间不宜超过20 min ,且每隔4～5 min使泵交替进行4～5 个逆转和顺转动作扰动,防止离析。如间歇时间超过45 min 或当混凝土发生离析时,必须卸掉料斗内的混凝土,立即用压力水清除管内残留的混凝土。
混凝土浇筑全面铺料、均匀上升,铺料厚50 cm 左右,人工平仓。浇筑要连续,分层进行。每层浇筑时间以不超过混凝土凝结时间控制(见表3) ,否则留置施工缝,待下层混凝土强度达到1. 2 MPa 后继续。
注:此时间包括混凝土拌和物的运输时间与浇筑时间。
混凝土振捣采用ª80 mm插入式振捣器振捣密实。振捣时要求快插慢拔,垂直深入到下层混凝土层中5 cm 左右。振捣器交错式移动,各插点均匀布置,间距50 cm。振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡,表面开始泛浆时为止,一般20～30s。
泵送结束后,拆开水平管与垂直管结合处的管卡,将垂直管内的混凝土料卸掉,然后再灌满水,用卡球将混凝土缸及料斗冲洗干净。
3. 2. 4 混凝土养护与模板拆除
混凝土浇筑结束后12～18 h ,洒水养护,使其保持湿润状态,连续养护28 d。
模板在混凝土强度达到2. 5 MPa 后拆除,廊道模板要求混凝土达到龄期后方可拆除。拆除时自上而下进行,拆下后及时加以清理。
4 泵送混凝土施工时应注意的有关问题
(1) 因混凝土向下泵送,向下配管时,在适当位置增加弯头数量,保证管内压力,以防止混凝土因自重下移,在管道内形成空段而引起阻塞。
(2) 混凝土泵的操作是一项专门技术工作,施工现场操作工经培训合格后才允许上岗操作。
(3) 由上向下泵送混凝土,对混凝土的和易性等性能要求较高,因此在施工前一定要认真做好混凝土配合比试验,并在实施过程中不断进行调整,以保证混凝土浇筑顺利进行。
(4) 设备的性能及保养、维护十分重要。选用适宜的混凝土泵,开泵前认真检查配管接头是否完全封闭,泵的各部位是否正常;检查活塞杆与泵体机件一切正常(将其真空值抽至规定值,空载运转) ,确定检查无误后方可开泵。否则一旦正式投入使用,出现故障再进行维修将十分麻烦。
5 结论与建议
防淘墙混凝土在充分进行配合比试验的基础上,各项性能指标能满足设计技术要求;通过采用泵送混凝土入仓浇筑,总体上施工较为顺利,能满足施工进度的需要。建议在泵送混凝土中适量掺入Ⅰ级粉煤灰,有助于改善混凝土拌合物和易性,增强混凝土的经济性,同时可以改善混凝土的某些性能(如降低混凝土水化热,减少混凝土的干缩,提高混凝土的抗渗性能等) 。实际施工中还要严格控制引气剂的使用,避免出现因含气量过高或过低而导致混凝土的强度降低过多或使混凝土的抗冻等级达不到设计要求等问题。
6 结语
水布垭防淘墙混凝土采用自上而下的泵送技术进行浇筑取得了重大成功,其经济技术效益是明显的,为防掏墙混凝土工程提前完工起到了关键的作用。通过解决在施工过程中遇到的一些技术问题,泵送混凝土施工技术可应用到更广阔的领域。
