自流平自密实混凝土在五岳水库输水洞加固薄壁衬砌中的应用.pdf

设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 1 1 期 自流平 自密实混凝土在五岳水库输水洞 加固薄壁衬砌中的应用 房 小 波 ( 中国水电基础局有限公司 天津武清 3 0 1 7 0 0 ) 【 摘 要 】 河南省五岳水库输水洞除险加固工程通过多次试验 ，解决了 自流平 自密实混凝土生产、长 距离运输、入仓困难、振捣困难及模板上浮等难题。从后期混凝土力学性能检测、混凝土 内埋设检测数 据分析及输水洞充水运行后直观检查情况来看 ，自流平 白密实混凝土强度及抗渗性能满足要求，输水洞 运行情况 良好 。五岳水库输水洞薄壁 自流平 自密实混凝土的成功应用，可为类似水利工程建设提供借鉴 。 【 关键词】 自流平 自密实混凝土 薄壁钢筋混凝土衬砌 应用 【 D 0 I编码 】 1 0 3 9 6 9 j i S s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 3 1 1 0 2 2 【 中图分类号 】T V 6 4 1 4 + 3 【 文献标识码 】 B 【 文章编号 】 1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 3 )1 卜0 0 6 8 0 3 1 前 言 自流平 自密实混凝土依靠 自重 ，勿需振捣 即 可 自行填充模型且包裹 配筋 。 其拌和物 具有 良好 的流动性 、黏聚性 、 保水性及填 充性能 。不离析 、 不泌水 ，且硬化后具有 良好 的力学性能和耐久性 能 。自密 实混凝土 的设计理念 与常规混凝土最大 的差 别在 于 ， 其在配合 比设计上用粉体取代 了相 当数 量的石子 ， 通过 高效减 水剂 的分散和 塑化 作 用 ，使浆体 具有优 良的流动性和 黏聚性 ，能够有 效地 包裹输运石子 ，从而达 到 自密实 的效果 。对 于 民用高 层 轻型 墙体 结构 和工 业工 程 中 附属装 配式构件 、预制 构件 、钢筋密集 的框 架梁柱 、混 凝土堆石坝及 小尺寸隧洞衬砌等厚度 小 、 钢筋密 集 、结构复杂 的构筑 物 ，自流 平 自密实混凝土在 保证施工质量，提高功效方面有着突出的表现。 2 工程概况 五岳水库位于寨河支流青龙河上， 坝址距离 光山县城约 3 5 k m。输水洞位于主坝左侧 ，洞身 全长 8 0 6 m，洞 径为 3 0 m，采用厚度为 6 0 c m 的 钢筋混凝土衬砌 。经 过多年运行 ，输水洞 出现裂 缝 、渗漏等 险情 。此次除 险加 固方案为 ，采用孔 深为 3 0 m 的固结灌浆对原洞身围岩进行加固 6 8 后 ，将原洞壁 混凝 土炭化表层凿 除，采用 厚度 为 1 5 c m 的 C 3 0 W6钢 筋混凝土衬砌 ， 衬砌 后洞径 调 整为 2 7 m，待 混凝土 达到龄 期后对新衬 砌混凝 土进行 回填灌浆 。由于混凝 土衬砌厚度 小、结构 钢筋密 、振捣 困难等 客观 因素 限制 ，参考类似条 件工程 的施 工经验 ，优化 为采用 具有高流动性 、 不离 析 、不泌水 、均匀性和稳 定性 、无需振捣便 能均 匀密 实成 型 的 C3 0 W6 自流 平 自密 实混 凝 土 。施工期 间通 过浇筑方案 的持 续改进 ，较好地 解决了混凝土入仓困难、 振捣困难及模板上浮的 薄壁混凝土衬砌难题 。 3 自流平 自密实混凝土衬砌施工 3 1 自流平自密实混凝土配合比确定 本 工 程委 托 某知 名大 学水 利 水 电工程 系进 行了 C 3 0 W6自流平 自密实混凝土配合 比试验 ， 配合 比见表 1 。为提高 自密实混凝和 易性 ，有 利 于混凝土顺利入仓 ，在 混凝 土 中掺入粉煤灰 。砂 采用 当地河道 内天 然砂 ， 豆石采 用当地 采石场生 产 的 5 1 0 ram 豆石 ， 采用配合 比出具方提供 的专 用活性外加剂 。因 自流平 自密 实混凝土性 能同原 作者简介 ：房 小波( 1 9 7 7年一) ，男 ，工程 师。 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 l 1 期 材 料性能有密切 联系 ， 特 别是原材料 中粉 体数量 及砂细度模数的变化， 可根据原材料实际情况进 行 配 比试验 ，并根据砂石 料性能变化对配 合 比进 行调整 。现场 安装 J S 7 5 0型强制 式搅拌机 ，单盘 最大搅拌量 为 0 7 5 m ， 可满足生产 自流 平 自密实 混凝土需要 。为保证 混凝土 的均匀性 ，混凝土搅 拌方法为： 将砂石骨料及胶凝材料放入搅拌机 内 先干拌 1分钟左右 ，再加入水 、专用外 加剂进行 搅拌。 搅拌混凝土用砂、 小石计量采用 P L D1 2 0 0 型电子配料机 ， 以整袋粉煤灰重量折算 出每盘混 凝土搅拌量 ，水泥采 用 电子称 量 的方法添加 ，专 用外加剂为液体状，自搅拌机 口加入，加水量由 计量泵控制，搅拌时间按照每盘 2分钟控制，每 2小时对混凝土工作性 能进 行检测 ，确保拌合物 性 能 良好 。 配合 比试验单 位于 2 0 1 1 年 1月下旬 向委托 表 1 C 3 0 W 6自流平 自密实混凝土配合 比 单位：k g m 。 水泥 粉煤灰 水 砂 石子 专用外加剂 坍落度 ( m m ) 扩展度 ( m m ) V型漏斗 2 6 2 27 9 l 9 0 8 3 4 6 6 0 4 9 2 5 O 2 8 0 6 00 7 0 0 5 30 s 方 、施工方提交 了正式配合 比报告 ，施 工方进行 试 拌后 委托 第 三方 检测 单位 进 行 了七 天抗 压 强 度检测 ，试验 强度为 2 4 3 MP a ，推算 2 8天 强度 为 3 4 7 MP a ，满足设计要求 ，将配合 比报监理单 位 批准后使用 。 3 2 自流 平 自密实 混凝 土生产 本 工程 自流平 自密 实 混凝 土 由集 中搅 拌站 生产， 搅拌站安装两台 J S 7 5 0型卧轴强制式搅拌 机及一 台 P L D1 2 0 0型 电子配料机 。每盘混凝土 按照 0 5 4 m 进 行拌制 ，砂 、豆石及水 泥 由电子 配料机称量掺加 ，人 工加入 3袋粉煤灰 ，拌合用 水采 用 电子计量 泵控制 ，专用 外加剂在搅 拌机 口 掺 加 ，混凝土 搅拌 时间按 9 0 s 控制 ，在 机 口及仓 口检测坍扩度 。混凝 土浇筑过程 中严禁加水 ，必 要 时可人工加 高效减水剂 。 3 3 自流平 自密实混凝土至浇筑仓面的运输 五岳水库输水 洞洞身衬砌段全 长 8 0 6 m，桩 号为 0 + 3 1 4 0 0 + 1 1 2 0 0 。 ，考虑到输水洞上游进 口闸金 结施 工及 输水 洞 下游 出 口闸混凝 土 交叉 施 工 ， 为 减 小 交 叉 施 工 难 度 ， 自输 水 洞 顶 部 0 + 5 0 0 、 0 + 8 7 0部位钻 两个 直径为 1 1 0 mm 的垂 直输 料孔 ，钻孔 内下设 1 0 0 mm 铁 管 ，以减小 自流平 自密实混凝土下落时的摩擦力。 在输料孔 入 口处 安装 3 2 mm 塑料通 气管 ，防止混 凝土 下 落过程中压入大量空气 。 在输料管底部安装蝶阀 用以控制下料量。衬砌段混凝土运输方案为，将 混凝土成品用搅拌车拉运至输料孔处， 垂直输送 至洞 内 HB T S 2 0 8 3 0混凝土泵 内，泵 身配 6 5 mm 泵 管 ，受泵压 限制 ，将小泵放 在衬砌段 面 附近 ， 通过安装在模板上的充填管入仓 。 3 4模板制 安 由于原洞身不规则， 本工程整体模板采用竹 胶木模板加工制作，以减小施工人员劳动强度， 同时便 于洞 内拼装 。 模板 内侧 竖 向及横 向支撑主 要采用 2 8 mm螺 纹钢 ，横 向支撑 、竖 向支撑 间 距为 ( ) 5 m，采用钢筋拱架、钢管及拉紧器提高 模板整体刚度 。整体模板分为上半弧、下半弧， 沿洞轴线 1 2 m 分块 ，单块运 输至衬砌 仓面后现 场拼装 。在半 圆拱位置 设 5 c m1 0 c m 方木 嵌缝， 以保证： 洞径不 规则部位 模板 的 良好密封性 ，方木 内沿 与整体模 板 内沿平齐 ，防止混凝土 面出现错 台。 使用两到三仓后对变形量大的模板予以剔除 替换。 模板接缝及模板与铜止水结合部位采用密 封胶条嵌缝 ，避免浇筑期间 自流平 自密 实混凝 土 砂浆漏失， 影响 自流平 白密实混凝土强度和外观 质量 。为防止模板 上浮 ，保证钢筋保护层 厚度 ， 在洞身半圆拱以下老混凝土内设六排 1 4 mm拉 筋， 三道 围檩。 在模板与环向钢筋间设置 5 c m厚 的高强度预制混凝土垫块 。 为防止泵入过程中振 动力引起模板变形，项拱充填管处采用钢模板， 在半 圆拱处对称设六个 水平入料 口。 3 5 自流平 自密实混凝土入仓 新衬砌混凝土分缝与 原洞结构相 同， 衬 砌段 长 1 5 r a ，平 均分布设 9个进料 口，沿轴线每 5 m 在半圆拱两侧及项拱各设一个进料口， 半圆拱进 料 口直接在模板上切割 1 0 c m1 0 c m方形孔，项 部进料口采用 1 0 0 mm泵管与刚模板牢固焊接， 并对周边模板认真加固，防止泵入期 间模板变 形。进料 口下部通过法兰盘与 8 0 m m 进料管、 H B T S 2 0 8 3 0 型混凝土泵软管连接， 法兰盘间设 闸阀， 待混凝土浇满后关闭闸阀即可将软管换至 下一进料 口继续浇筑 。浇筑顺序为，自一侧向另 一 侧推进依次通过半圆拱进料口浇筑侧面模板， 随混凝土面均衡上升至水口进料口高度后， 封堵 6 9 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 l 1 期 半 圆拱进料 口，改 自顶拱充填管进料 ，直至完成 浇筑 。 ，在浇筑期间采用橡皮锤对模板敲击 ，以 利 于将随混凝 土压入仓 内的气泡 排 出。自密实混 凝 土浇筑完毕后 ， 模板在 混凝土达到规 定强度后 方可拆除，并立即洒水养护，洒水养护时间不得 少于 7 d ，以防止混凝土 出现 干缩裂缝 。 3 6 自流平自密实混凝土质量检验与评定 按 照规范要 求的成型 频次 ，本 工程 C 3 O W6 自密实 混凝 土共取 8组抗压试件 ， 最低组抗压 强 度为 3 3 4 MP a ，平均强度 3 4 5 MP a ，混凝土试件 强度 同时满足 ： 一0 7 一 3 4 1 MP aR 标 =3 0 0 M P a R 一 1 6 S =3 3 6 M P a 0 8 3 R a , = 2 4 9 MPa 取 1组抗渗试 件，抗渗等级满足 设计要求 。 ( 上接 第 2 8页 )地 区基本没有影 响。 4 结语 河南 省五 岳 水库 输水 洞加 固衬砌 施工 采 用 C 3 0 W6 自流平 自密实混凝土，通过对施工方案 不断调整优化 ，在施工 中精心 组织、严格控 制施 工工序 ， 成 功地解决 了普通混凝土衬砌 中面临 的 工作面狭 小、衬砌 厚度 小及钢 筋密集等难题 ，且 大大提高了施工功效，最终圆满完成施工任务。 五岳水库输水洞薄壁 自流平 自密实混凝土的成 功应用 ，可为 自流平 自密实混 凝土在类似 工程 中 的应用提供借鉴 。 参考文献 1 c E c s O 2 2 0 0 4自密 实混凝 土 设计 与施 工 指南 建筑 工 业 出版社 ，2 0 0 5 2 C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 自密 实混 凝土 应 用技 术 规程 计划 出版社 ，2 0 0 6 表 5 计算组合列表 北 京 ：中国 北 京 ： 中国 计算边界条件 计算 工况 计算组 合 工程 调度 降雨 潮位 本工程 流域 内其他工程 组合 1 方案1 ：单一筑 堤方案 现状 现 状 组合2 方案1 ：单一筑 堤方案 规划 规划 9 9 南 部1 O 0 年一遇 9 9 年实况 组合3 方案2 ：筑 堤+ 疏河方案 现状 现状 组合4 方案2 ：筑 堤+ 疏河方案 规划 规划 ( 4 )浦南西 片河道疏浚工程可增 强工程区 域河道输水能力， 但上游来水增加对疏浚段下游 部分区域防洪 除涝有一 定影响 。 5 4 总体方案推 荐 工程位于平 原区，设计洪水经黄浦 江汇入东 海 ，受潮水位 顶托区域各节点 的水位变 幅不大 。 加 高加 固堤 防+ 局 部疏河 方案对太 湖流域 、杭嘉 湖区及浦南西片相关河道有一定程度作用或影 响，但影 响程度 均极小 。局部疏河后工程 范围 内 的河道堤防仍需进行基本同样程度的加高， 并且 疏浚河段下游个别河道 水位 还略有升高 。因此 ， 疏浚河道对降低设计洪水位与设计堤顶高程几 乎无作用。推荐采用单一的加高加固堤防方案。 6 结语 ( 1 ) 目前 ，浦南西 片除大泖港 、茹塘堤 防 防洪标准达 到 5 0年 一遇外 ，其余均 为 5 1 0年 7 0 一 遇 。 ( 2 )大泖港及上游开敞河道行洪标准为， 防御流 域不 同降雨典 型 1 0 0 年一遇 洪水和杭 嘉 湖 区 5 0年一遇洪水 。圩堤 的防洪标 为 ，镇 区联 圩防洪标准为 5 0年一遇，其余农村圩区防洪标 准 为 2 O年一遇 。 ( 3 )浦南西片开敞式河道防洪水位 由潮位 控 制，5 O年一遇水位为 3 9 8 4 2 6 m 。 ( 4 )疏浚河道对降低设计洪水位几乎无作 用，本文推荐采用单一的加高加固堤防方案。 参考文献 l G B 5 0 2 0 1 -9 4防洪标准 S 北京： 中国计划 出版社 ， 1 9 9 4 2 G B 5 0 2 8 6 - 9 8堤 防 工程 设计 规 范 E s 北京 ：中国 计划 出版 社 ，1 9 9 8 3 S L 4 4 -2 0 0 6水利水电工程设计洪水计算规范 s 。北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 6