摘 要:根据盘石头水库工程所处地理位置和气候特点,为了适应高温干燥气候下的施工条件及工期要求,采取了补偿收缩混凝土技术以及无轨滑模施工工艺,确保了大坝面板混凝土的质量,为北方地区混凝土面板施工提供了可借鉴的范例.
关键词:面板堆石坝;补偿收缩混凝土;无轨滑模
盘石头水库工程位于河南省北部的鹤壁市区西南,地处暖温带,是典型的季风气候区,多年平均气温为13•5℃,极端最高气温41•7℃,极端最低气温-21•7℃,降雨不多,蒸发量较大.水库大坝坝型为面板堆石坝,最大坝高102•2 m,坝顶总长606•0 m,宽8•0 m,上游坝坡1∶1•405,下游戗台间坝坡1∶1•35,石方填筑总量548万m3.面板为钢筋混凝土结构,坡比为1∶1•405 2,单块面板宽12•0 m,面板最大厚度为590•0 mm,最小厚度为300•0 mm,面板混凝土设计强度等级为c25s12f200.混凝土方量约31 600 m3.混凝土面板作为面板堆石坝的防渗主体,其施工质量的好坏关系到大坝运行时的渗漏问题,甚至影响到大坝的安全.结合目前坝工界的实际情况,从混凝土配合比入手,严格控制施工方法、工艺,达到了预期的目的.
1 补偿收缩混凝土的防裂原理
1.1 防裂原理[1]
混凝土产生裂缝主要是由于干缩、冷缩引起的.补偿收缩混凝土防裂的基本原理是利用限制膨胀来补偿限制收缩.考虑同时要补偿混凝土干缩和冷缩2种变形,补偿收缩混凝土的补偿收缩作用通式为e2-∑sm= d∑sm= s2+st= sm式中:e2为混凝土的限制膨胀率(%);∑sm为混凝土各种收缩率之和;d为补偿收缩后的最终变形,即剩余变形;s2为干缩率;st为冷缩率;sm为在限制条件下混凝土干缩和冷缩的总和.对膨胀混凝土进行补偿收缩的能力设计,最主要的是合理确定混凝土的e2和sm2个参数.要使结构或构件不出现裂缝,则d≤sk,即e2-sm≤sk.
1.2 防裂参数的确定
1.2.1 限制收缩率sm
确定限制收缩率需要同时考虑补偿混凝土干缩和冷缩变形2个因素,即sm=s2+st.
1•混凝土温差收缩率st的确定.盘石头水库工程面板混凝土浇筑分2个阶段,第一阶段为4月至5月份,第二阶段为9月至10月.根据当地气象资料4~5月平均气温为11•7~17•9℃,月平均最低气温为-3•4℃;考虑混凝土水化热温升,经计算混凝土内部最高温度为28•0℃.9~10月平均气温为12•6~18•3℃;考虑混凝土水化热温升,经计算混凝土内部最高温度为28•4℃.第一阶段,混凝土温差为:28•0-(-3•4)=31•4(℃),混凝土线膨胀系数为1×10-5.则混凝土温差收缩率st=31•4×1×10-5=3•14×10-4第二阶段,混凝土温差为:28.4-(-3.4)=31•8(℃),混凝土线膨胀系数为1×10-5.则混凝土温差收缩率st=31.8×1×10-5=3•18×10-4
2•混凝土干缩率s2的确定.由当地气象资料,结合试验实测的补偿混凝土限制收缩的试验结果,以选定配合比的混凝土60 d龄期为基准,混凝土干缩率s2=1•495×10-4.
1.2.2 极限拉伸值sk的确定实测防裂混凝土极限拉伸值为1.13×10-4,考虑到徐变可以缓解应力集中,混凝土实际极限拉伸值一般为实测值的2倍,即2•26×10-4.
1.2.3 限制膨胀率e2的确定
第一阶段4~5月e2-1.495×10-4-3.14×10-4≤2.26×10-4则2.375×10-4≤e2≤6.895×10-4第二阶段9~10月e2-1.495×10-4-3.18×10-4≤2.26×10-4则2.415×10-4≤e2≤6.935×10-4
2 混凝土施工配合比[2]
通过大量混凝土试验,确定混凝土配合比见表1.其抗压强度为45•5 mpa,大于混凝土配置强度33•2 mpa,极限拉伸值为1•13×10-4,混凝土限制膨胀率为2•98×10-4,混凝土各龄期膨胀率见表2[2].各项指标均满足盘石头水库工程面板混凝土设计要求.
表1 面板混凝土配合比
表2 混凝土各龄期膨胀率
3 面板混凝土施工工艺[3]
3.1 混凝土浇筑的准备
为保证垫层料的施工质量,在垫层料填筑时,垫层料超填30 cm左右压实.修坡时按面板设计桩号放线分块,每12 m宽为一修整单元,自上而下按照测量放线人工进行坡面修整,坡面预留5~7 cm的碾压沉降量,坡面修整完成后,测量检测坡面,坡面平整度满足要求后,开始进行坡面碾压.用牵引机牵引10 t振动碾进行碾压:①斜坡碾先静压2遍后开始加振,斜坡碾下行时无振,上行时振,碾压6遍,根据坡面平整情况可适当再静碾1~2遍;②如出现盈坡现象必须作削坡处理,如出现亏坡大于15 cm,须作补填补碾处理;③特殊部位如趾板周边缝止水部位,坡面底部留出0•5 m左右不进行碾压,采用人工夯实,三期面板顶部1~2 m坡面斜坡碾压不到的部位,采用pc400改装的振动平板夯振压;④碾压后的坡面按规定进行干密度取样检测以及平面误差检测,检测合格后才能进行下一工序的施工,垫层坡面与设计坡面线误差按3~-5 cm控制.
垫层料坡面碾压完成后,应及时保护坡面,以防暴雨及混凝土面板施工时对坡面的破坏.垫层坡面采用喷二油二砂阳离子乳化沥青保护,以能适应面板补偿性混凝土的变形,厚度为1•0 cm.止水安装:①按设计分块缝放线后,在缝的中央两侧用手持平铲挖70 cm宽,10 cm深的槽,并回填水泥砂浆,砂浆垫层是直接控制面板厚度及平整度的重要依据,所以用拉线控制水泥砂浆条带的上部高程,人工铺筑拍实抹平,检查平整度5 m范围内不大于1 cm,避免出现凸变;②待砂浆强度达到一定强度后,铺橡胶片,在铺橡胶片上再按一定长度铺设加工好的止水铜片,各段间及与趾板周边缝的连接采用搭接长度不小于5 cm的双面焊接;③为适应变形,止水铜片“v”空腔内按设计要求塞入φ12 mm氯丁橡胶棒及聚乙烯泡沫塑料,并用胶带粘牢,然后在先浇块混凝土侧面涂3 mm厚乳化沥青.
3.2 混凝土浇筑
面板混凝土采用无轨滑模跳仓法浇筑.补偿性混凝土较普通混凝土拌合物具有较大的黏聚性、泌水率低、不易离析,坍落度损失较大,所以在混凝土浇筑过程中,特别在北方干热条件或运输距离较长时,应很好地控制和保证各工序、工艺的质量,对各环节都进行很好地衔接、运作、协调.
3.2.1 混凝土的平仓与振捣
经开仓验收后,即可进行面板混凝土浇筑,浇筑前先在老混凝土接触的部位充分加以湿润,保潮12~24 h,并在该部位及施工缝上洒同标号砂浆.
①混凝土由溜槽入仓后应人工辅助平仓,分层浇筑,每层布料厚度不大于30 cm,两端均匀上升,布料后应及时振捣,振捣机械采用d50及d30型软轴振捣器,斜插振捣,目测混凝土不显著下沉,不出现气泡,并开始泛浆为准,由于面板较薄,不能有漏振和过振现象发生.②面板混凝土浇筑时,如遇到雨季或高温季节,则应在滑模操作平台上搭蓬,将雨水引至浇筑块外,溜槽应加盖.③注意铜止水处振捣密实.振捣器不得触及模体、钢筋、止水,不得插入到模体底部,一般以插入到下层混凝土5 cm左右为宜.
④严禁在提升滑模时振捣混凝土,止水附近宜采用直径较小的振捣器.与趾板连接的止水片部位的浇筑,要采用人工“喂料”方式,认真振捣,保证止水与混凝土的结合.
3.2.2 滑模的就位、滑升、收模滑模每次滑升高度为20~30 cm,一般不得超过一层混凝土的浇筑高度.每次滑升最大间隔时间不应超过半小时.滑模滑升最大速度以2•5 m/h左右为宜,一般按2•0 m/h控制.混凝土浇筑时因故停止,滑模保证每隔半小时左右滑动一次,以避免模体与混凝土粘结在一起,增大牵引负荷,并将已入仓的混凝土及时处理完毕.
3.2.3 混凝土的养护
补偿性混凝土拌合物不泌水、不离析,容易产生早期塑性收缩裂缝,因此养护是防止混凝土产生温度裂缝的重要工序,必须特别注意早期养护.混凝土二次抹面后、初凝前,采用覆盖塑料布保水,初凝后覆盖草帘,并用常流水进行养护,养护时间不小于3个月.三期面板直接采用洒水养护.因面板混凝土薄,在寒潮及大风降温或早晚温差的作用下,很容易产生裂缝,因此在进入冬季前在混凝土表面加盖5 mm的塑料保温被进行保温防护.
4 结 语
盘石头水库工程面板分三期浇筑完成,总面积74 061 m2,混凝土方量31 600 m3.通过对各期面板混凝土进行外观质量评定和裂缝检查,对每块面板随机取样,混凝土表面光滑平整美观,用2 m靠尺在面板上纵、横向各外观质量经评定为优良;对裂缝检查后,只有4条轻微裂缝,没有发现大于0•2 mm的裂缝,证明了补偿收缩混凝土技术以及盘石头水库大坝面板混凝土施工工艺在典型的季风气候区、高温干燥条件下进行施工是可行的,对指导北方地区面板堆石坝的面板混凝土施工防裂有借鉴意义.
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