提高混凝土抗冲磨性能技术措施在福鼎桑园水库下游护坦、护坡工程中的应用.pdf

第7 期 ( 总第1 0 0 期) 中国水能 及电气化 N o 7( T O T A L N O 1 O 0 ) 2 0 1 3 年7 月 C h i n a Wa t e r P o we r &E l e e 仃 i fi c a t i o n 提高混凝土抗冲磨性能技术措施在福鼎桑园 水库 下游 护坦 、护坡工程 中的应 用 彭世 炉 ( 福建省宁德 市水利 电力工程局，福建 宁德 3 5 2 1 0 0 ) 摘要 ：本文对提高福鼎市桑园水库大坝下游护坦、护坡工程混凝土抗冲磨性能所采取的各项技术措施进行 了 一 定的探讨和分析，以供类似工程参考。 关键词：冲刷坑防护工程；混凝土抗冲磨性能；技术措施 中图分类号 ：T V6 9 7 3 文献标志码 ：B 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 3 )0 7 - 0 0 0 5 - 0 3 I mp r o v e me n t o f Ap p l y i n g Co n c r e t e Ab r a s i o n Re s i s t a n c e P e r f o r ma n c e T e c h n i c a l Me a s u r e s i n Do wn s t r e a m Ap r o n a n d S l o p e P r o j e c t o f F u d i n g Sa ng y ua n Re s e r v o i r P ENG S h i l u ( F u fi a n N i n g d e W a t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c E n g i n e e r i n g B u r e a u ，Ni n g d e 3 5 2 1 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r c o n d u c t s c e r t a i n d i s c u s s i o n a n d a n a l y s i s o n v a r i o u s t e c h n i c a l me a s u r e s a d o p t e d f o r i mp r o v i n g d o w n s t r e a m a p r o n a n d s l o p e p r o j e e t c o n c r e t e a b r a s i o n r e s i s t a n c e p e rf o r m a n c e o f S a n g y u a n R e s e r v o i r D a m i n F u d i n g C i t y ， t h e r e b y p r o v i d i n g r e f e r e n c e for s i m i l a r p r o j e c t s Ke y w o r d s ：s c o u r h o l e p r o t e c t i o n p r o j e c t ； a b r a s i o n r e s i s t a n c e p e rf o r m a n c e ； t e c h n i c a l me a s u r e s 1 工 程概 况 福 鼎桑 园水库 位 于福 鼎 市潘 溪镇 桑 园村 下 游约 5 k m处 ，坝 址 以上 流 域 面 积 1 4 2 k m ，正 常 蓄 水 位 3 0 0 m，总库容 7 3 5 0万 m ，调节库容 5 2 2 7万 IT I ，为 多年调节水库。水库拦河坝为砌石双曲拱坝，最大坝 高 8 4 2 m，坝顶高程 3 0 6 7 m，坝顶弧长 2 5 7 m，坝底 厚2 0 m，厚高比0 2 2 6 ，坝顶厚 4 m。溢流坝段设在坝 顶 中部 ，为 不 挂 闸 自由溢 流 ，溢 流 堰顶 高程 3 0 0 m， 溢流段 弧长 1 0 4 5 m，设 计 泄洪 流量 1 9 5 6 m s ，校核 泄洪 流量 2 9 5 4 m s ，采用 鼻坎挑 流消能 ，为 防止坝脚 受 冲刷 ，下游坝后设 2 0 m长混凝土护坦 。 2 大坝 下游冲刷现状及成 因分析 桑园水 库 拦河 坝 工 程 于 1 9 9 6年竣 工 投 入使 用 ， 经过十几年 的运行 ，大坝下游距 坝轴线 约 5 0 m处形成 5 施 工技术 Co n s t r u c t i o n Te c h no l o g y 深约 1 3 9 m的 冲刷坑 。冲刷 坑位 于 大坝 下游 河 道 中 部 ，上游侧边缘距水库大坝坝脚约 3 2 m，冲刷坑长 3 0 3 4 m、宽 2 0 2 5 m。查 阅分析工 程地 质及施 工期 的基础开挖、基础验收资料，认为下游冲刷 的成因 为：冲刷坑部位的地层岩性虽然属于工程硬岩类，但 该地段地质结构复杂，存在 F 断层，F 断层规模较 大，影响带较宽且裂缝密集，受其影响，河床岩体完 整性差，降低了抗冲性能，左岸缓倾斜角裂隙的发育 也不利于河床岩体的抗冲刷性，从而加剧了水流对左 岸岩体的冲刷。因此经过大坝长期泄流运行以后，逐 步形成现有冲刷坑 ，并有逐步 向上游侧护坦 淘刷的趋 势，同时使得现有冲坑深度超过原设计值 6 4 m，且 由于大坝泄流归槽 偏向左 岸 ，导致左岸岸坡 冲刷情况 较右岸岸坡更为严 重。 鉴于 目前大坝下游的冲刷坑现状 ，已对上游侧护 坦基础形成 了淘刷 ，今后大坝泄洪将使下游冲刷加 剧，造成下游护坦破坏并进而对坝体造成威胁，因此 应及时对下游冲刷坑及两侧岸坡采取必要 的抗冲刷 措施。 3 下游冲刷 防护 总体方案 根 据拦河 坝 下游 冲刷 现状 及工 程现 场 的施工 条 件 ，确定的下游冲刷防护 的总体方案如下 ： 首先对冲刷坑周边的松动岩石及断层进行清除、 槽挖 ，并设置 4 , 2 5锚杆 ，采用 C 1 5埋石混凝土将 冲刷 坑 回填至 2 1 8 m高程 ，然后浇 筑 C 3 0护坦混凝 土 ( 厚 2 O m) ，原护坦顶 高程 2 2 7 O O m，与原施 工 围堰 下部 的素 混 凝 土 底 板 连 接 ，宽 5 O 06 2 4 m，随 后 按 1 ： 1 5放坡， 与2 2 0 O m高程的新护坦面连接 ，考虑到 冲刷坑上游侧原护坦基础存在 F 。 断层及其影响带， 冲刷坑上游侧岩石 面较破碎，对其进行 固结灌浆 处理 。 从大坝泄洪归槽及现 场实 际冲刷情 况来 看 ，左岸 边坡冲刷情况较为严重 ，该方案对冲刷坑两岸边坡的 松动岩石进行清除后 ，对左右岸边坡采用设 置 4 ) 2 5 锚 杆并浇筑 C 3 0混凝土进行护 坡处理 ，护坡 厚度 1 0 6 2 O m，面层设一层 b 1 2 2 0 0钢 筋 网，左岸 护坡混 凝 土支护至 2 3 5 9 3 m高程 ，右岸 护坡混凝 土支 护至 2 3 0 7 1 m高程 ，并与原完成 的右岸下游 护坡混凝 土相 衔接 。 4 提高混凝土抗冲磨性能的技术措施 自2 0世纪 8 0年代中期以来，各类抗磨蚀混凝土 在水利水电工程中得到了普遍应用 ，对提高水工建筑 物泄流部位混凝土的抗冲磨能力和耐久性发挥了重要 作用，但抗磨蚀混凝土的强度等级高、水泥用量大， 施工中存在失水快 、易干缩、黏性强、收面难 、养护 要求高、容易产生裂缝等的施工难题，不少泄流建筑 物的抗磨蚀混凝土都出现过不同程度的裂缝。 高速水流对泄水建筑物过流表面的冲磨破坏作用 与水流 速度 、水 流形 态 、泥 沙 含量 及 颗 粒粒 径 、形 状、硬度等因素有关。桑园水库拦河坝坝高 8 4 2 m， 水流冲刷的高度较大 ，但水流中泥沙含量不大，综合 考虑大坝 下 游 的冲刷 情 况 ，护 坦 、护坡 混凝 土 采 用 C 3 0强度等级 ，稍低 于按规范规定 的抗磨蚀 混凝土 的 强度等级 ，以尽量避免抗磨蚀混凝土容易产生裂缝 的 通病。但 在混凝土原材料选用 、配合 比设计和混凝 土 施工养护等方面则采取了提高? 昆 凝土抗冲磨性能的相 关技术措施 ，以提高护坦 、护坡工程 建成后 的抗 冲磨 能力 ，确保建筑物 的耐久性 。 结合 现场 的施工条件 ，桑 园水库 电站大坝下游 护 坦 、护坡工程 C 3 0混凝土采取以下提高混凝 土抗 冲磨 性能 的技术措施 。 4 1 混凝土原材料的选用 在混凝土 中，骨 料 的抗 冲磨 性能 比水 泥石 高 得 多，故应选用不小于 4 2 5强度等级的中热硅酸盐水 泥 、硅酸盐 水泥 或普 通 硅 酸盐 水泥 ，以减 少水 泥 用 量。当砂的细度模数越小时，混凝土抗冲磨强度明显 降低，故应选用质地坚硬、含石英颗粒多 、级配良好 的清洁中粗砂。水工混凝土抗冲磨强度受骨料的影响 很大，岩石抗压强度越大、越坚硬 ，其粗骨料拌制的 混凝 土抗 冲磨强度越大 。骨料 中含有 软弱颗粒或粗 骨 施工技术 Co ns t r u c t i o n T e c hn o l o g y 料颗粒粒径较大，会使混凝土在高速挟沙水流作用下 表面凹凸不平，从而加剧冲磨破坏作用。故应选用质 地坚硬的人工碎 石 ，碎 石最 大粒径 不超 过 4 0 m m。在 混凝土掺入高效的减水剂可显著减少用水量 ，改善和 易性 ，能有效提高混凝土的抗冲磨能力。 按 照 以 上 技 术 要 求 ，该 工 程 选 用 的水 泥 为 P 0 4 2 5水 泥 ；砂 采用 当地天然河砂 ，含石英 颗粒较 多，细度模数为 2 4 ，堆积密度为 1 3 9 0 k g 1T I ，含泥 量为 0 3 ；粗骨料采用当地人工、岩性碎石 ，各项 技术指标符合要求。 4 2 混凝土配合比设计 混凝 土配合 比设计原则为正确选用 原材料 ，同时 在满足设计强度的前提下 ，水泥及胶结材料浆量的体 积应尽 可能降低。 按照上述原 则及护坦 、护坡施工混凝 土浇筑 、振 捣相对容 易的施 工特点 ，配合 比设计采 用 2级配 ，在 确保混凝土强度和满足混凝土施工和易性要求的前提 下，选择密实度较大的粗骨料级配和最佳的砂率 ，尽 量采用较小的坍落度 ( 控制在 1 3 c m之间) ，尽可 能减少水泥用量 ，增加粗骨料 含量。混凝土水 胶 比小 于0 4 。混凝土配合比设计见下表。 C 3 0 混 凝 土 配 合 比 设 计 表 强度 水胶 比 水 水泥 砂 佃 f O 5 m m) ( 5 4 0 ra m) 等级 ( k g ) ( k g ) ( k g ) ( k g ) C3 0 0 3 8 1 4 9 3 9 3 6 0 7 1 2 31 4 3 加大钢筋保护层厚度 根据泄流建筑物混凝土表面一旦出现钢筋裸露会 加剧破坏的情况，该工程设计 的钢筋保护层厚度为 2 0 c m，施 工 中严 格控制 ，钢筋网架设完成后认真进 行 测量检查 ，验收合格后方可进入下一道工序。混凝土 浇筑前做好标识 ，混凝土浇筑过程中严格按预先设置 的标识确保钢筋保护层厚度。 4 4混凝 土施 工 混凝土施工除应符合水工混凝土施工规范中有关 拌和 、运输 、摊铺 、振捣 、养护 、质量控制等 相关规 定外 ，应重点做好 以下六个方面 ： ( 1 )施工时段 。混凝土施工时间尽量选择 在低温 季节 。 ( 2 )施工缝处理。认真处理好 C 3 0混凝土与下部 C 1 5细石混凝土砌毛石垫层之间的施工缝 ，采用风镐 进行凿麻 ，严格掌握凿麻标准，缝面应达到露出 1 3 石子且不见乳皮为准 ，凿麻后将缝面冲洗干净。 ( 3 )混凝土拌和。拌和时间适当延长，控制在 1 5 0 s 左右 。 ( 4 )混凝土运输 。严格控制混凝土卸料时 的下落 高度 。 该工程混凝土搅拌系统布置在大坝下游左岸公路 边，如采用溜槽或溜筒运输，下落高度达到 8 0多 m 。 施 工中采 用了索道运输 方案 ，把混凝 土料斗直接 吊运 到仓 面卸料位置 ，避免 混凝土产生分 离现象 。 ( 5 )混凝 土平仓 和振捣。认 真掌握好 混凝土入仓 强度 与平仓振捣之 间的关 系 ，尽量缩短这两 个工序之 间的间隔，严禁以振捣代替平仓。 混凝 土的振捣 时间以混凝土粗骨料不再 显著下沉 流动 、表面逸出气泡为准 。严防过振造成混 凝土上部 浆液集中，降低混凝土抗冲磨性能。 ( 6 )混凝土压光抹面。护坦混凝土采用人工抹面 的方法，振捣后先用长刮板刮平，然后用木抹粗抹， 最后用铁抹抹光，以达到表面平整光滑、无抹子印、 无砂眼的质量为准。整个压光抹面过程操作人员尽量 直接踩踏在混凝土面上进行作业 ，以避免造成混凝 土 离析 。 为了确保护坡混凝土表面的平整光滑，除了确保 模 板尺寸准确及支撑稳 固外 ，全部采 用新 的胶合板 加 工 ，浇筑前涂刷脱模剂。 4 5 混凝土养护 C 3 0混凝土单位水泥用量较大，水化热大 ，早期 保湿不 良，容易产生表面裂缝。延长木模的拆除时 间 ，有利 于混凝土 的保温保湿 ，并 防止结 构的施工期 变形。由于混凝土水灰 比低 ，泌水率 ( 下转第1 1页) 7 施工技术 Co n s t r u c t i o n Te c h no l o g y 渐变得非常平稳 ，不过随着水位的不断提高，还是对 其有一定的影响，经监测得到，坝基土可以承受 的最 大压力值为 1 8 5 9 M P a。 ( 3)不 同 部 分 的 坝 体 最 高 土 压 力 分 别 为 1 8 5 9 M P a 、0 8 0 4 M P a 、0 4 5 6 M P a 和 0 3 2 1 MP a ，随着 时间的不断增加，压力值也越来越高 ，但是增高的趋 势越来越平缓。大坝坝体高值最大为 1 2 6 0 m m，位于 桩号坝 横 0+0 6 8 4 、坝 纵 0+ 0 0 1 0 ，高 程 2 1 7 0 4 m 处。坝后坡移动最高值是往下游偏移 3 6 1 m m，下降 为 9 3 ra m。由以上监测结果可 以看 出，大坝后坡发生 时效形变是在蓄水时，蓄水位逐步平稳后，坝后坡就 逐步趋于平稳了。在使用监测仪器对大坝面板进行检 查时，仪器的监测数据都在正常的变化范围内；根据 测缝计显示 的测量结果 ，有一些 地方在受 到水 压 的作 用后 ，产生了很小的变形。固定式测斜仪监测数据显 示大坝面板发生 了少量 的位 移 ，且 顶部 移动范 围略大 一 些 ，但是数据在正常 的变化范 围 内。 由以上 监测数 据可以看出，大坝在高水位的情况，各个监测仪器所 监测到的数据都是正常的，说明大坝质量符合规定。 5 结 语 随着社会的发展 ，我 国在水 利水 电工程方 面也 取 得了非常大的成果 ，混凝土面板堆石坝也经常被使用 到大坝建设 中，但是还存在一定的缺陷。本文通过实 际工程情况 ，介绍 了混凝 土堆石坝在建 筑过程 中应该 注意的问题 以及正 确的处 理方法 ，并通 过仪器监测证 明这一系列方法是可行的，从而使混凝土面板堆石坝 在以后的坝工建设中更好地发挥作用。 参考 文献 1 关志诚混凝土面板堆石坝筑坝技术 与研究 M 北京 ：中国 水利水电出版社 ， 2 0 0 5 2 蒋 圄澄，傅志安 ， 凤家骥混凝土面板坝工程 M 武汉 ：湖 北科 学技术 出版社 ，1 9 9 6 +“+“- 4 -“+”+”+“ 卜 “ - 卜 ” + -”+” 十 ” + “+n卜 ”- + -“+” + 一“ - 卜 “- 4 -“+” 卜 ” 一“ 十 “ 卜 ” 卜 “十” + “十“ 卜 “+” 卜 - 4 - - 十 r”十” 十 卜 “+“ 卜 ” “+”+”一”+“ “+ ( 上接 第 7页)较小 ，表面水 分蒸发 后得 不到 泌水补 充，易产生塑性收缩开裂 ，故应及时覆盖保湿。混凝 土浇筑后 61 8 h内养护。护坡的仓面、侧面铺麻袋 片湿水养护 ，护坦采用蓄水 、流水养护，养护至设计 龄期。在高速水流的作用下，施工残渣、杂物等类推 移质是产生混凝土表面磨损的重要因素，因此在施工 结束后，将认真将工作面施工残渣 、杂物等全面检查 与清理干净 。 5 结语 福鼎桑园水库大坝下游护坦、护坡工程于 2 0 1 2 年5月全部完工，工程在施工期及完工后都没有发现 混凝土裂缝及其他混凝土缺陷，施工质量良好。2 0 1 2 年 8月3日，由于 “ 苏拉”台风登陆，洪水超过溢流 堰顶 1 m，下游冲刷坑加 固后第一次承受水流冲刷 ， 未 出现质量缺 陷和安全事故 。经过此次福 鼎市桑 园水 库大坝下游护坦 、护坡工程 的实践 ，初 步掌握 了水工 建筑物泄流工程为提高 C 3 0混凝土的抗冲磨性能，应 采取的各项技术措施，并积累了一些经验 ，供 同类水 利水 电工程参考 。 参考文献 1 王波 ， 李玉德水工抗 冲磨混凝 土配合 比设计 探讨 J 人 民 黄河 ，1 9 8 7 ( 5 ) 2 水利水电工程施工手册 编委会 水利水电工程施工手册： 第三卷 混凝土工程 M 北京 ：中国水利水电出版社 ， 2 0 0 2 3 马建社 ，梁小勃浅谈过 ( 泄 ) 水建筑 物抗 冲磨 混凝土应用 及 技术 J 陕西水利 ， 2 0 1 0 ( 6) 4 陈改新 高速水流下新 型高抗 冲磨材料新进展研究 J 水利 发 电， 2 0 0 6 ( 3 ) 5 张四平 水工抗冲磨混凝土原材料选用分析 J 山西水利科 技 ， 2 0 0 7 ( 3 ) 7 7