抗冲磨混凝土在官宋硼堰枢纽工程中的应用.pdf

水利建设与管理 2 0 1 0年第 l 2期 设 计 施 工 1 张 国荣 陈建刚 ( 江苏省镇江市工程勘测设计研究院 2 1 2 0 0 1 ) 【 摘要】 江苏援建绵竹市官宋硼堰取水枢纽重建工程冲沙闸、 泄洪闸、 上下游护坦等部位底板面层采用了C 5 0 F 5 0 抗 冲磨 混凝土。该工 程施工过 程中， 通过控制水泥用量 、 掺加 粉煤灰及硅 粉、 加 强早期养 护等措施 ， 使抗冲磨混凝土 具有较高的力学强度和抗冲磨强度 ， 施Z_ S - 艺与常态混凝土相同， 施工简便易于掌握， 是一种较理想的抗冲磨材料。 【 关键词】 江苏援建枢纽工程抗冲磨混凝土C 5 0 F 5 0 l 工程概述 官宋 硼堰取水枢 纽位 于汉 旺镇 绵远 河 出山 口 ， 是 一 座 以灌溉为主综 合利用的水利工程 ，是 官宋 硼灌区 重要的骨干控制工程 ， 集雨面积 4 1 0 k m 2 。 官宋硼灌区属 于 中型 自流灌 区 ， 引绵远 河 水 ， 通过 官 、 宋 、 硼 三堰分 水 ， 灌溉 I 1 个 乡镇 ， 控制灌 溉面积 1 1 1 万 h m 2 ， 有 效灌 溉面积 0 9 7万 h m2 。 2 0 0 8年 5月 1 2日，四川省发 生了震 级为 8 0级的 “ 5 1 2 ” 大地震 ， 加之随后的“ 6 1 2 ” 小 岗剑堰塞湖泄流 ， 致 使该工程闸墩 、 排架 、 护坦 、 导墙 、 工作桥梁 、 管理设施等 严重受损 ， 出现了不同程度的垮塌 、 裂缝 、 位移 、 变形 、 滑 坡等重大病险。 2 0 0 8年 1 0月 2 4日，经四川省水利科学院专家组鉴 定 ， 该枢纽为四类闸， 需要整体报废重建。 工程规模 ： 重建工程属 等 中型水利工程 ， 主要建筑 物级别为 3级 ， 次要建筑物级别为 4级 ， 临时建筑物为 5 级。重建工程设计洪水标准为 5 0 年一遇 ， 流量 2 8 1 I m 3 s ； 校核洪水标准为 2 0 0 年一遇 ， 流量 3 9 3 1 m 3 s 。 工程区抗震 设防烈度为度 。 冲沙 闸及泄洪 闸闸室结构布置相 同 ，单 孔净宽均 为 1 0 m， 冲沙 闸共计 2孔 ， 为 两孔一联 一块底 板 ， 泄洪 闸共计 9 孔 ， 分j孔一联三块底 板。闸室底板面高程为 6 9 4 1 m， 底板顺水流 向长 1 6 3 m， 底板厚均 为 1 8 m。闸 墩顶 高程 7 0 2 2 m，泄洪 闸 、冲沙 闸上下游均设置 了钢 筋混凝 土护坦 。 官宋硼堰取水枢纽重建工程的抗冲磨混凝土设计于 冲沙闸闸室 、 泄洪闸闸室、 上下游护坦的面层 ， 厚度 0 3 m 。 另外 ， 冲沙闸闸室底板采用钢板护面， 厚度 1 2 n l r t l ， 该工程 抗冲磨混凝土总方量为 5 4 0 m3 。施工工艺为在浇筑下层 C 2 5 ( 闸室) 、 C 2 0 ( 上下游护坦 ) 一期混凝土时预埋锚筋 ， 一 期混 凝 土达 到终凝 后 打 毛 、冲洗 ，验 收合 格后 进 行 C 5 0 F 5 0 二期抗 冲磨混凝土施工。 2 抗冲磨混凝土配合比设计 抗 冲磨混凝土是江苏援建绵竹市官宋硼堰取水枢纽 重建工程抗冲磨体系最重要 的组成部分 ，其配合 比设计 必须能显著提高混凝土 的整体强度并使混凝土巾的胶凝 产物致密 、 坚硬 、 耐磨 ； 同时还需尽量满足施工方便 的要 求 ， 避免施工困难 、 平整度差 、 运行 中产生气蚀破坏。 为此 施工单位( 江苏省水利建设工程有限公 司) 委托 中国水利 水电第七工程局有限公 司试验室进行 C 5 0 F 5 0 抗 冲磨混 凝土配合 比设计 。 2 1 抗冲磨混凝土设计参数 官宋硼取水枢纽重建工程抗 冲磨混凝土强度等级为 C 5 0 ， 二级配 ， 抗冻性 F 5 0 ， 混凝土设计要求见表 1 。 2 2 抗冲磨混凝土原材料选择 2 2 1 水泥 配合 比试验采用 四川利森建材有限公司生产的 “ 利 森”牌 P 0 4 2 5 1 1 水 泥，样品抽测标准稠度 2 6 5 ，初凝 一 张 国荣等 抗 中 磨 混凝 土在官宋硼堰 枢纽工程 中的应用 一 一 一 一一 ， 表 1 抗 冲 磨 混 凝 土 设 计 指 标 混凝土设计 纤维掺量 坍落度控制 抗冲磨强度( 水下钢 施工部位 混凝土类型 级 配 强度等级 ( k #m ) ( m m) Y - ： ) h ( k g m 2 ) 冲砂闸 、泄洪 闸闸室底 板 、 常态 2 O 9 O 5 0 - 7 0 1 2 0 C 5 O F 5 0 上下游护坦表面 3 0 ra m范围 泵送 2 0 9 O 1 3 0 -1 5 0 1 2 0 注试验采用粉煤灰掺量 1 5 ， 硅粉掺量 8 。 1 8 2 m i n ， 终凝 2 3 0 ra i n ， 体积安定性合格 ， 2 8天抗压 、 抗折 强度分别为 4 5 6 M P a 、 8 3 MP a 。检测结果表明 ， “ 利森” 牌 P 0 4 2 5 R水泥物理力学性能各项指标符合 通用硅酸盐 水泥 ( G B 1 7 5 -2 0 0 7 ) 的有关技术要求。 2 2 2 粉煤灰 采用 巴蜀江油粉煤灰开发公司生产的 I 级灰 ，其细 度 5 6 ， 烧失量 2 5 8 ， 需水量 比 9 3 ， S O 含量 2 0 1 ， 含水量 0 3 ， 各项指标检测结果符合 水工混凝土掺用 粉煤灰技术规范 ) ( D L T 5 0 5 5 -2 0 0 7 ) 的有关技术要求。 2 2 3 外加剂 采用江苏博特新材料有限公司生产的 J M P C A ( I ) 聚羧酸超塑化剂 ( 液体) ， 减水率 2 5 1 ， 抗压强度比 3 天为 1 6 5 ， 7 天为 1 5 7 ， 2 8 天为 1 5 1 ， 其性能检测符合 聚羧 酸系商 陛能减水剂) ( J G I 2 2 3 -2 0 0 7 ) 的有关技术要求 。 2 2 4 细骨料 采用绵竹市绵远河砂石厂生产 的黄砂 ( 人工砂) ， 细 度模数 3 0 3 ， 石粉含量 1 4 1 ， 泥块含量无 ， 检测指标均 满足 水工混凝土施工规范) ( D L m S 1 4 4 -2 0 0 1 ) 的有关技 术要求 。 2 2 5 粗骨料 采用绵竹市绵远河砂石厂生产的碎石 ， 粒径 5 - 2 0 ra m 和 2 0 4 0 ra m，表观密度为 2 7 2 0 k g m 3 和 2 7 3 0 k g m 3 ， 级配 良好 ， 含泥量小 于 1 ， 压碎指标 6 ， 各项指标均符合 水工 混凝土施 工规范 ( D L i T 5 1 4 4 - 2 0 0 1 ) 的有关技术 要求。 2 2 6 硅粉 采用成都东蓝星科技发展有限公司提供的“ 东蓝星” 牌硅粉 。硅粉品质 检测结果 ：烧失量 1 7 、 S i O ， 含量 9 5 4 ， 含水率 0 4 1 ， 流动度 1 2 0 m m， D H值 5 9 8 ， 各项性 能指标均符合 高强高性能混凝土用矿物J b ：D u 剂 ( G B T 1 8 7 3 6 -2 0 0 2 ) 的有关技术要求 。 2 3 混凝土配合 比设计 为确保混凝土的各项性能达到设计指标和满足施工 要求 ，中国水利水 电第七工程局有 限公 司试验室通过不 同的水胶比对混凝 土拌和物及硬化性能试验进行 比较 ， 形成了混凝土配合 比参数及每立米混凝土各种材料用量 计算表( 见表 2 、 表 3 ) 。 3 施工质量控制 根据工程实际情况 ， 施工单位选用了泵送混凝土 ， 为 保证抗冲磨混凝土的施工质量 ，主要采取了以下技术措 施进行质量控制： a 严格按中国水利水电第七工程局有限公司试验室 表 2 混 凝 土 配 合 比 参 数 混凝 土设计 石 子 混凝 土 粉煤灰 级 配 石 子 硅 粉 用水量 砂 率 J MP C A 微纤维掺 湿容重 强度等级 类 别 类 型 ( ) 比 例 ( ) 水胶 比 ( k g m 。 ) ( ) (I) ( ) 量( k g r n 3 ) ( k g ， m ) 泵 送 1 5 2 5 0 ： 5 0 8 O O - 3 1 1 5 9 2 8 0 6 O 9 0 2 4 3 0 C 5 0 F 5 0 人工碎石 常 态 1 5 2 4 5 ： 5 5 8 0 0 3 l 1 3 9 2 5 0 6 0 9 0 2 4 4 O 注 混凝土设计龄期 均为 2 8 天 。 表 3 每立方米混凝土各种材料用量计算表 混凝土设计 石 子 混凝土 粉煤灰 每立方米混凝土各种材料用量( k g ) 强度等级 类 别 类 型 ( ) 水 水 泥 粉煤 灰 硅 粉 砂 小石 中 石 J M P C A (I) 纤 维 泵 送 1 5 1 5 9 3 9 5 7 7 4 1 4 9 2 6 3 3 6 3 3 3 O 8 O 9 C 5 0 F 5 0 人工碎石 常 态 l 5 1 3 9 3 4 5 6 7 3 6 4 6 3 6 2 5 7 6 4 2 6 9 0 9 注现场混凝 土拌 和用水满足规范规定的品质标 准。 张 国荣等 ：IL冲磨 混凝 土在官 宋硼堰枢纽工程 中的应用 3 提供的 C 5 0 F 5 0 抗冲磨混凝土配合比进行投料 ， 出机 口的 坍落度控制在 1 3 0 1 5 0 m m之间， 所有原材料衡量误差控 制在规范限制的范围内。 b 平仓 、 振捣是抗冲磨混凝土施工的关键工序 ， 安排 专人振捣， 布点合理 ， 避免欠振和过振。 e 抗冲磨混凝土其水泥用量较多、 结构较薄 ， 极易 因 混凝 七表面失水干燥而 出现干缩变形 ，形成不 同程度的 裂缝 ， 这是施工质量中不容忽视的主要问题。 在施工中加 强养护相 当重要 。初凝后立 即覆盖草袋 ， 进行洒水养护 ， 随时保持草袋湿润 ， 一般不少于 2 8 天 ， 并采取相应温控 措施。 d 施工 中加强混凝土表面平整度的质量控制。 4 实 际应 用效果 混凝土抗压强度和抗冲磨实测成果见表 4 、 表 5 。 表 4 抗冲磨混凝土试块抗压强度抽样实测成果 序号 部 位 设计强度等级( MP a ) 2 8 天抗压强度等级 ( MP a ) 统 计 结 果 1 上游护坦一 C 5 0 6 1 7 0 2 上游护坦二 C 5 0 5 3 6 O 3 上游护坦三 C 5 0 6 3 2 0 4 上游护坦四 C 5 0 6 6 7 0 5 上游护坦 五 C 5 0 6 0 7 O n=1 9 6 上游护坦六 C 5 0 5 8 2 O =6 67 0 MPa 7 冲砂闸底板 C 5 0 5 8 8 O 8 泄洪闸底板一 C 5 0 6 5 2 0 =51 8 MPa 9 泄洪闸底 板二 C 5 O 5 2 6 0 1 0 泄洪闸底板三 C 5 0 5 1 8 0 =5 9 6 1 MP a l 1 下游护坦一 C 5 0 5 6 O O S =4 1 5 l 2 下游护坦二 C 5 0 5 6 7 O l 3 下游护坦三 C 5 0 6 4 4 0 C =0 0 7 1 4 下游护坦 四 C 5 0 5 9 2 0 1 5 下游护坦五 C 5 0 5 8 0 O P ( ) =9 8 1 6 下游护坦六 C 5 0 6 1 。 5 0 1 7 下游护坦七 C 5 O 6 1 1 0 1 8 下游护坦八 C 5 0 6 2 1 O 1 9 下游护坦 九 C 5 O 6 1 1 0 表 5 混凝土抗冲磨( 水下钢球法 ) 抽样实测成果 序 号 部 位 设计 强度等级 ( MP a ) 龄期( d ) 冲磨时间( h ) 抗冲磨强度 h ( k m ) 磨损率( ) 1 上游护坦一 C 5 0 2 8 7 2 7 1 8 5 3 9 8 2 2 上游护坦二 C 5 O 2 8 7 2 8 0 3 5 3 4 7 1 3 冲沙闸底板 C 5 0 2 8 7 2 6 4 9 2 4 3 7 2 4 泄洪 闸底板一 C 5 0 2 8 7 2 7 4 3 5 3 7 5 6 5 泄洪 闸底板二 C 5 0 2 8 7 2 8 3 9 5 3 4 4 1 6 下游护坦一 C 5 0 2 8 7 2 7 0 6 6 3 9 7 3 7 下游护坦二 C 5 0 2 8 7 2 6 9 3 8 4 0 2 7 8 下游护坦三 C 5 0 2 8 7 2 5 8 8 1 4 7 6 9 注抗冲磨强度 、 磨 损率均 为 3次平均值 。 鲁帮勇 ， 多头小直径深层搅拌桩在土山水库除险加固工程中的应用 c浆液温度应控 制在 5 - 4 0 以内 ，超 出规 定应 予 以废弃。浆液存放时 问若超过以上规定的有效时间 ， 作 废浆处理。 4 2 6 注浆控制 严格按预定配合 比制作浆液 ， 用 比重计量测 ， 控制 水泥浆液 的比重偏差在 0 0 3 g c m 内。为防 止离析 ， 水 泥浆液随配随用 ， 并不断搅 动 ； 放浆前必须充分搅拌并 经 过滤后再倒入存浆桶 ，存放 的有效 时间符合规定要 求 。挖掘搅拌时按规定一次 注浆完毕 ， 浆液 巾注浆泵经 管 路送 至挖掘头 ，注浆量 南无级 电机调速器和 自动瞬 时流速计 及累计 流量计监控 ； 若 中途 出现堵 管 、 断浆等 现 象 ， 应立 即停 泵 ， 查 找原 因进行 修理 ， 待故 障排除后 再 掘进搅拌 。 若因故停机超过 0 5 h ， 应对泵体和输浆管 路妥善清洗。 4 2 7 成墙质量控制 为保证搅拌桩的桩径 、 成墙厚度及搅拌均匀程度 ， 存 钻头齿片端部焊接合金块 ， 对使用的钻头定期复核检杏 ， 控制其磨耗量不大于 2 ra m ； 为确保墙体均匀度 ， 应严格控 制掘进过程中的注浆均匀性 ；幅间桩体的连接是水泥土 防渗墙施工最关键 的一道工序，在施工时严格控制桩位 和垂直度 ， 以保证幅间套接质量和墙体的整体连续性 。 按 试验确定 的水泥掺人 比， 提升 、 下沉搅拌速度 ， 水 泥浆液 等参数施工 ， 确保施工质量。 4 3 水泥土搅拌桩的成桩检验 a 施工过程 中随时检查注浆量 、 桩深 、 桩径 桩机 的 水平度 ， 桩问的搭接长度等， 做好记录， 及时对单元墙体 作质量评定 ， 检验施工原材料质量并记录在案。 b 成墙后 l 5天内 ， 按 2 0 0 m或补充搭接部位 ， 在墙 的一侧开挖检查一次 ， 深度不小于 2 5 m， 纵向长 5 - 1 0 m。 检查桩体水泥土搅拌的均匀程度 、 成墙质量、 搭接 和墙体 倾斜情况 ，测量两桩之间最大最小搭接值是否满足设计 要求。 对搭接值小丁设计值的墙段采取有效补救措施 。 经 检测 ， 该工程截渗墙厚度、 搭接尺寸、 垂直度 、 搅拌均匀度 都满足设计要求 。 c 截渗墙体达到设计期龄后 ， 对截渗墙体钻孔取样 ， 进行密度 、 强度及渗透性试验 。 d 进行注水试验 ，对截渗墙的连续性安排有相应资 质 的单位用雷达进行检测。 4 4 桩序搭接处理 a 施工中由于各种因素造成停机超过 2 4 h ，后一单 元或后一序桩无法搭接时 ，后一单元或后一序桩可在同 一 轴线方向上或在其两侧距前一序桩缘 3 5 c m处连续造 桩 ， 中间 3 5 c m不 连续 ， 后期用钻机 ( D = 2 0 0 2 5 0 ra m) 造 孔并灌注水泥砂浆连接。 b 若遇有穿堤建筑物地段，截渗墙桩体应尽量施工 至靠近建筑物 ， 建筑物与截渗墙 的搭接 ， 可利用工程钻机 钻孔并灌注水泥砂浆连接。 4 5 场地清理 施工中在沟两侧稍微堆高少量土垄，保证水泥浆不 外流 ， 施工完成后对原有大坝进行恢复 ， 整平压实后再进 行后续工程施工。 5 检测 结果 施工完成后 ，由江苏省水利建设工程质量检测站及 徐州中矿地质工程科技开发有 限公司用钻心取样和雷达 检测的方式进行检验 ， 结果如下 ： a 墙体有效深度不小于 8 0 m。 b 渗透系数检测值为 8 4 9 8 8 4 x l O m s ， 满足设计 要求( A x l O l s ， 1 1 0 ) 。 c 无侧限抗压强度值为 0 7 4 5 8 7 M P a ，满足设计要 求 ( 0 3 MP a ) 。 d 多头小直径墙墙体连续 ， 其顶界面位于堤顶下 2 m 深处 ， 底界面位于堤顶下 1 0 I n 深处。米 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 ( 上接 第 3页) 检测数据表明： 抗冲磨混凝土抗压强度和抗冲磨强度 均符合设计要求。 5结语 江苏 援建绵竹市官宋硼堰取水枢 纽重建工程 中抗 冲磨混凝土 的应用表 明 ： 采 用掺加硅 粉和粉煤灰 配制 抗 冲磨混凝土具有较高的力学性能指标和抗冲磨性 能 ， 施工工艺 与常态混凝 土相 同 ， 施工简便 易于掌握 ， 是 一种较理想 的抗 冲磨材料 。米