自密实混凝土在窄口水库泄洪洞衬砌中的应用.pdf

第 3 3卷第 1 2期 2 0 1 1年 1 2月 人民黄河 YELLOW RI VER Vo 1 3 3 No 1 2 De c ， 2 01 1 【 水利水 电工程 】 自密实混凝土在窄 口水库泄洪洞衬砌中的应用 魏焕发 ， 衡瑞林。 ， 韩红星。 ( 1 河南省河川工程监理有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 0 ； 2 焦作黄河河务局 张菜园闸管理处， 河南 焦作 4 5 4 1 5 0 ； 3 黄河水利委员会 工程建设管理 中心， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要 ： 介绍了自密实混凝土应用于窄1：7 水库泄洪洞衬砌加 固时的配比设计、 拌制、 入仓浇筑要求。在泄洪洞洞身衬砌 中利 用 自密实混 凝土进行浇筑 ， 解决 了衬砌 中存在的施工难题 ， 可提 高泄洪洞的力 学性 能、 密 实性和耐久性 ， 而且在 浇筑 过程中无需振捣成型。自密实混凝土适用于形状复杂、 断面尺寸小以及配筋率较高的薄壁结构， 亦可用于堆石混凝土的 填 充。 关键词 ：自密实混凝土；衬砌；泄洪洞；窄口水库 中图分 类号 ：T V 4 3 1 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 1 1 2 0 3 8 Ap pl i c a t i o n o f S e l f - Co mpa c t i ng Co nc r e t e i n t he Li n i ng o f Fl o o d Di s c ha r g e Tun ne l o f Zh a i ko u Re s e r v o i r W E I Hu a n f a 。HENG R u i 1 i n ，HAN Ho n g x i n g ( 1 H e n a n R i v e r a n d E n g i n e e r i n g S u p e r v is i o n C o L t d， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0， C h i n a； 2 Z h a n g c a i y u a n G a t e s Ma n a g e m e n t O f fi c e ， J i a o z u o t h e Y e l l o w R i ver R i ver B u r e a u， J i a o z a o 4 5 4 1 5 0，C h i na ； 3 E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n Ma n a g e m e n t C e n t e r ， Y e l l o w R iv e r Wa t e r C o n s e rv a n c y C o mm i s s io n ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0，C h i na) Ab s t r a c t ：T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t he a p pl i c a t i o n o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e t o t h e r e i n f o r c e d l i n i n g o f flo o d- d i s c h a r g e t u n n e l i n Zh a i k o u Re s e r v o i r ， wh i c h i n c l u d e d t h e p r o c e s s o f mi x - d e s i g n，mi x i n g ，wa r e h o u s i n g a n d p o u r i n g Th e a p p l i c a t i o n o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e h a d n o t o n l y s o l v e d t h e e x i s t i n g p r o b l e m o f c o n s t r u c t i o n i n t h e p r o c e s s o f l i n i n g ，b u t als o e ff e c t i v e l y i mp r o v e d t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，c o mp a c t ne s s a nd d u r a b i l i t y F u r - t h e r mo r e i t h a d n o t n e e d v i b r a t i o n mo l d i n g s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e wa s v e r y s u i t a b l e t o t h e c o mp l e x s h a p e，s mall s i z e s e c t i o n a n d t h e t h i n wa l l s t ruc t u r e wi t h h i g h e r r e i n f o r c e me n t r a t e s，an d als o u s e f u l f o r fi l l i n g r o c k - fi l l c o n c r e t e a n d c o n c r e t e p o u r i n g Ke y wo r d s ：s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ；l i n i n g；flo o d d i s c h arg e t u n n e l ；Zh a i k o u Re s e r v o i r 1 工程概况 窄口水库位于河南省灵宝市西南约 2 3 k m的黄河支流弘 农涧河上， 主干河长 8 8 k m， 控制流域面积为9 0 3 k m ， 多年平均 径流量为 1 5 5亿 IT I 。 ， 总库容为 1 8 5亿 i n 。水库主体建筑物 有大坝、 溢洪道、 非常溢洪道 、 泄洪洞、 灌溉发电洞以及 电站等。 其中泄洪洞位 于 V形河槽 左岸 ， 全 长 5 2 0 1 m， 内径为 3 5 m， 由进 口段、 闸室段、 洞身段和出口消能段等构成。 泄洪洞布置于水库大坝左岸 ， 洞身轴线主要穿越安山玢 岩， 地质条件非常复杂， 岩石呈弱风化、 强风化及全风化状态且 无规律变化， 整个洞身存在 2 0余条破碎带( 节理密集带) ， 岩石 抗力系数偏低 、 变化幅度较大 ， 对洞身稳定极为不利。多年非 正常运行使原 洞身衬砌混凝土气蚀 、 碳化严 重 ， 洞 身裂缝较 多 ， 渗漏水现象明显， 且有不断发展趋势， 存在明满流( 有压、 无压) 交替运行不利现象， 严重影响结构安全。因此， 泄洪洞洞身衬 】 0 6 砌的工程设计是十 分重要 的 。采 用 自密实混 凝土 结构对 泄洪 洞洞身进行衬砌 ， 可达到工程安全 的目标 。 2 工程设计思路 主要有 3个设计思路 ： 重建进 口段( 龙抬头形式， 桩号 0+ 0 2 5 4 3 7 +1 8 5 ) ， 改善进 口水流条件； 洞身段补衬 ( 混 凝土衬砌 + 钢板衬砌 ， 桩号0+1 8 5 0+ 4 9 1 ) ， 增强洞身运行安 全； 新建出口闸室 、 消能段( 0+ 4 9 1 +5 5 0 ) ， 改善水流形 态、 优化消能效果。 其中原洞身段通过岩体固结灌浆、 补衬钢筋混凝土及钢板 收稿 日期 ： 2 0 1 卜 0 8 - 3 1 作者简介 ： 魏焕发( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 河南原 阳人 ， 高级工程 师， 主要 研 究方 向为施 工组 织设计 、 工程造价。 E ma i l ! w e iy o n g q i a n g O 3 7 1 1 6 3 c o m 人 民 黄 河2 0 1 1 年第 1 2期 衬砌等措施进行综合加固处理， 即将洞身原衬砌混凝土凿除 5 c m， 补衬 2 0 c m混凝 土 ， 使得原洞径从 3 5 m缩 至 3 2 m， 在 临 近出口部位( 埋藏冲沟及地质条件甚差) 增设钢板衬砌。 新衬砌混凝土中设环向受力筋( + 2 5 1 5 0 ) 和纵向分布筋 ( 1 6 2 0 0 ) 以及洞壁插筋 ， 钢筋密集。现场实施 中， 原洞身衬 砌混凝土碳化程度不均， 全面凿除 5 c m较困难且可能加深洞 壁渗漏水现象， 经设计单位核实， 调整为仅对表面实施凿毛处 理( 碳化严重部位除外) ， 致使原洞段实际补衬混凝土厚度仅 1 01 5 c m， 加之原 洞轴 线不 规则 、 断 面形状 不一 、 伸 缩缝 部位 金属止水结构 ， 使得常规混凝土人仓困难、 振捣不利、 进度甚 缓 ， 工程质量难以保证。为此采用清华大学设计的自密实混凝 土解决洞身补衬过程中混凝土人仓困难 、 振捣效果差等问题。 3 自密实混凝土设计与实现 3 1 自密实混凝土材料及适用范围 自密实混凝 土具有高流动性、 抗离析能力、 均匀性、 稳定 性 ， 人仓后无 需振捣或仅辅助 以轻微敲击 即可达到密实状 态” j 。流动性、 抗离析性和填充性可分别用坍落扩展度试 验 、 V形漏 斗以及 u形箱试验进行量 化检测 。 自密实混凝土由粉体材料、 骨料、 水、 外加剂构成 ， 其中 粉体材料包括水泥 、 活性掺合料及骨料中粒径0 0 7 5 m m的 颗粒 ； 细 骨料宜选 用中砂， 其含泥 量 3 0 ， 泥块 含量 1 0 ； 粗骨料采用连续级配或两种单粒径级配石子， 最大粒径 2 0 mm， 其中含泥量1 0 ， 泥块含量 0 5 ， 针片状颗粒 含量 8 0 ， 石子孔隙率 2 0 s ) 一水( 2 3用量) 、 粗 骨料( 搅拌时间3 0 s ) 一剩余水量、 外加剂( 搅拌时间t3 0 s ) ， 气温偏低时， 应酌情对搅拌时间予以调整； 当骨料实际含水率 偏差较大时， 应进行测定并相应调整用水量和骨料用量。 表 2原材料计量偏差 ( 2 ) 运输 、 入仓。自密实混凝土的运输设备应能保持其 均匀性 ， 避免产生离析、 分层以及前后不均匀现象； 若需在临 近施工仓面补充外加剂来调整自密实混凝土扩展度时， 应对其 充分搅拌， 使其均匀一致； 运输时间应控制在9 0 mi n内， 若环 境最高温度低于 2 5， 可适当延长至 1 2 0 mi n ， 混凝土初凝时 间可结合运输时间、 浇筑情况合理调整、 确定； 自密实混凝土 的入仓宜选用泵送方式， 以充分体现其极强的流动性， 混凝土 输送泵的规格、 型号应考虑建筑物结构尺寸和输送距离等因 素， 正式浇筑前 ， 应通过现场试验来确认； 自密实混凝土入仓 前， 在运输设备中应进行 1 ra i n以上快速搅拌 ， 若补加外加剂， 搅拌时间应延长至 3 m i n以上； 自密实混凝土的运输应能保 证其入仓的连续性。 ( 3 ) 模板制作、 安装。选用的模板及支护部件应考虑建 筑物结构形式、 荷载大小 、 地基支撑能力、 施工程序 、 施工设备 等因素， 可选用传统常规模板或保温一体化模板； 鉴于 自密 实混凝土的特殊性， 其侧向压力与常规混凝土相比有显著差异 ( 近似于液压计算) ， 因此其模板应具有足够的承载能力 、 刚度 和稳定性 ； 自密实混凝土极强的流动性要求模板构造紧密、 缝隙控制在 1 5 m m内， 上部封闭部位应设排气孔 ， 以确保 自密 实混凝土的均匀性和强度的形成， 并具有 良好的外观质量； 模 板拆除顺序应满足相应规范要求， 拆除时问应符合表 3中的规 定； 特殊部位模板施工， 应编制专项技术方案。 表 3 模板拆 除时间规定方案 1 0 8 ( 4 ) 浇筑、 养护。 自密实混凝土浇筑前应进行现场试验， 以确定混凝土输送设备规格 、 型号、 输送管径及配管长度等参 数； 检查结构内置钢筋 、 埋件及混凝土保护层厚度等是否满 足设计要求， 检查模板稳定性( 是否坚固、 紧密) ； 浇筑时应综 合考虑各个环节之间的衔接， 保持其连续性， 以免发生堵管现 象； 对结构复杂、 钢筋密集的特殊部位， 应在模板外侧辅助敲 击， 避免混凝土不均匀及产生表面气泡现象； 严密监控模板 可能发生的变形 、 移位现象 ， 发现后及 时处理 ； 自密实混凝 土 入仓位置的确定应保证混凝土浇筑过程中不产生冷缝 ； 其养 护除满足常规混凝土养护要求外， 针对其特殊的结构条件 ( 小 断面、 薄壁、 形状复杂等) 应制定专项养护方案； 冬季施工时， 应采用保温材料和塑料薄膜对 自密实混凝土进行保温 、 保湿养 护， 严禁直接向裸露部位洒水 ， 以免损害 昆 凝土并影响混凝土 强度 。 ( 5 ) 质量控制。新拌混凝土的性能确认尤其重要， 为保证 浇筑后的质量 ， 除控制其原材料符合要求外， 人仓前必须对混 凝土本身的性能( 包括流动性、 抗离析性和填充性) 进行全面检 测， 合格后方可入仓； 自密实混凝土的强度按现行国家标准并 通过现场制作试块进行鉴定， 试块的制作不同于常规混凝土， 自密实混凝土人模后直接成型， 无需借助振动台或插捣； 原材 料检测按相应规范要求进行。 5 结语 在泄洪洞洞身衬砌中采用 自密实混凝土进行浇筑 ， 解决了 衬砌中存在的施工难题。该混凝土应用于难浇筑的结构时效 果较好， 可有效提高泄洪洞的力学性能、 密实性和耐久性 ， 而且 在浇筑过程中无需振捣成型， 既避免传统混凝土振捣时的噪音 污染， 又节省振捣棒以及振捣工等费用。自密实混凝土适用于 形状复杂、 断面尺寸小以及配筋率较高的薄壁结构， 亦可用于 堆石混凝土的填充， 有很好的推广价值。 参考文献 ： 1 吴红娟， 李志国 自 密实混凝土及其工作性评价 J 武汉工业学院学报， 2 0 0 4， 2 3( 2 )： 6 87 1 2 彭波， 丁庆军， 胡曙光， 等 利用粉煤灰配置绿色高强补偿收缩混凝土的研 究 J 粉煤灰， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 2 4 2 6 3 干伟忠 超流态免振混凝土配合比的优化设计研究 J 土木工程学报， 2 0 0 4， 3 7( 5 )： 6 87 O 4 廉慧珍， 张青， 张耀凯， 等 国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状 J 施工技术， 1 9 9 9 ， 2 8 ( 5 ) ： 1 3 5 王丽君 自密实防腐蚀混凝土的试验研究 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 8 一l 9 6 N a S u ， K u n g - C h u n g H s u b ， H i s We n C h a i A s i m p l e mix d e s i g n m e t h o d f o r s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 7 9 91 8 0 7 【 责任编辑张华岩】