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水工混凝土在黄河干流防洪工程中的应用

来源: 时间:2019-10-25 11:45:40 点击:
颉  禄1   黄  勇2   张学胜3
(1.爱博体育,甘肃兰州730070,18119427715;
2.爱博体育,甘肃兰州730070,13399465985;
3.爱博体育,甘肃兰州730070,15193121943;)
摘要经常性或周期性地受水作用的建筑物所用并能保证建筑物在上述条件下长期正常使用的混凝土,称为水工混凝土,一般要求具有较好的抗渗性、抗冻性、耐蚀性。本文通过水工混凝土在黄河防洪工程中的应用简要介绍施工技术。
关键词水工混凝土;抗渗性;抗冻性;耐腐蚀性;跳仓分层 

  
兰州处于黄河上中游,据黄河上游年内洪水特性,6月至10月均有年最大流量出现,但以7月~9月出现的次数最多,洪水来势凶猛,陡涨陡落,预见期短,挟带大量泥沙,河道冲淤剧烈,又为地上悬河,且常发生“横河”直冲大堤,不仅大洪水有漫决的危险,中常洪水也有冲决的可能。冬季又常发生凌汛,威胁两岸安全。
经常性或周期性地受水作用的建筑物(或建筑物的一部分)所用的并能保证建筑物在上述条件下长期正常使用的混凝土,称为水工混凝土,水工混凝土常用于水上、水下和水位变动区等部位。因其用途不同,技术要求也不同:常与环境水相接触时,一般要求具有较好的抗渗性;在寒冷地区、特别是在水位变动区应用时,要求具有较高的抗冻性;与侵蚀性的水相接触时,要求具有良好的耐蚀性;在大体积构筑物中应用时,为防止温度裂缝的出现,要求具有抵热性和低收缩性;在受高速水流冲刷的部位使用时,要求具有抗冲刷、耐磨及抗气蚀性等。水工混凝土是水利工程中最主要的建筑材料。
本文结合水工混凝土在黄河中上游兰州段防洪工程中的应用简要介绍水工混凝土原材料选择、配合比设计、质量控制要点、混凝土浇筑施工方法等情况。
1 工程概况
兰州市黄河干流(雁儿湾)段防洪工程,防洪堤西起雁白大桥(K34+950),东至雁儿湾路(K39+820),全长为4.87km。K34+950-K37+100段为新建B2类堤防工程,总长2150m。挡墙高为7.2~8m,设计墙顶宽度为0.65m,背坡坡比为1∶0.45~1∶0.5,面坡坡度为1∶0.1;K37+100-K38+030段和K38+380-K39+820段为新建B1类堤防工程,总长2370m,挡墙高为8~9m,设计墙顶宽度为 0.65m,背坡坡比为1:0.45~1:0.5;K38+030-K38+380段为新建C类堤防工程,总长350m。挡墙混凝土设计强度等级为C30W4F200,抗硫等级为KS60,二级配,挡墙混凝土工程量为137809m³;本工程由中国水利水电第三工程局有限公司负责施工,混凝土配合比设计及浇筑施工由爱博体育混凝土构件有限公司完成,各区段内跳仓分层进行混凝土浇筑。
2 水工混凝土配合比设计
2.1原材料选择
2.1.1 水泥
水泥采用祁连山生产 P·O42.5普通硅酸盐水泥,其检验结果见表1。
2.1.2 粗骨料
粗骨料为白银博泰碎石厂生产的碎石,含泥量少,成份以玄武岩为主。其检验结果见表2。
2.1.3 细骨料
细骨料选用中川砂,砂粒磨圆度好,粗细程度为中砂,符合要求。其检验结果见表3。
2.1.4 粉煤灰
粉煤灰为西固电厂粉煤灰,经检验细度、需水量比、烧失量等均符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T 5055-2007规定Ⅱ级粉煤灰要求。其主要技术性能指标检验结果见表4。
2.1.5 外加剂
混凝土外加剂选用北京成城公司生产的聚羧酸引气减水剂,减水率、含气量、泌水率等各项指标符合标准要求,具体检测指标见表5。

1  P·O42.5 普通硅酸盐水泥技术性能指标检验结果
检测
项目
抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 凝结时间/min 安定性 标准稠度用水量/(%) 含碱量
/(%)
3d 28d 3d 28d 初凝 终凝
结果 4.6 7.8 20.9 48.6 157 211 2 25.6 0.52
规定值 ≥3.5 ≥6.5 ≥17.0 ≥42.5 ≥45 ≤600 ≤5 —— ≤0.6
 
2 粗骨料性能检验结果
检测项目 检测结果 性能指标
粒径/mm 5~31.5 ——
表观密度/(g/cm3 2.62 ≥2.55
紧密密度/(g/cm3 1.74 ——
孔隙率/(%) 2.60 ——
吸水率/(%) 1.0 ≤1.5
坚固性/(%) 2.0 ≤5
针片状含量/(%) 1.4 ≤15
含泥量/(%) 0.2 ≤1
压碎指标/(%) 3.2 ≤10
超径/(%) 1 ≤5
逊径/(%) 2 ≤10
有机质含量 合格 浅于标准色
 
3 细骨料性能检验结果
检测项目 检测结果 性能指标
表观密度/(g/cm3 2.62 ≥2.5
紧密密度/(g/cm3 1.74 ——
细度模数 2.60 2.2~3.0
含水率/(%) 4 ≤6
含泥量/(%) 2.0 ≤3.0
泥块含量 0 0
有机质含量 合格 浅于标准色
不同孔径筛
累计筛余
mm/(%)
5.0 3.6 10-0
2.5 10.3 25~0
1.25 26.2 50~10
0.63 52.6 70~41
0.315 85.6 92~70
0.16 98.5 100~90
 
 
4 粉煤灰技术性能指标检验结果

检测项目 细度/(%) 需水量比/(%) 烧失量/(%) 含水量/(%) W(SO3)/(%) 含碱量
检测结果 9.8 103 4.3 0.6 0.8 0.6
性能指标 ≤25.0 ≤105 ≤8.0 ≤1.0 ≤3.0 ——
 
5 外加剂技术性能指标检验结果
检测
项目
减水率/ (%) 泌水率/ (%) 含气量/ (%) 凝结时间之差/min 抗压强度比/(%)
初凝 终凝 1d 3d 7d 28d
结果 12 62 4.4 +30 +45 —— 126 120 118
标准
规定
≥10 ≥10 ≥3.0 -90~+120 —— ≥115 ≥110 ≥100
检验
结论
该产品检验掺量为1.5%(占胶凝材料质量),所测性能均达到GB 8076-2008中引气剂合格品的标准要求。
 

2.2 配合比设计
2.2.1 试配强度的确定
水工混凝土配合比设计,根据工程要求,结构型式,设计指标、施工条件和原材料状况,依据《水工混凝土试验规程》SL 352-2006规定,强度保证率采用95%时,保证率系数t为1.645;设计抗压强度为C30时,混凝土抗压强度标准差σ为4.5MPa,则混凝土施工配制强度为37.4 MPa。
2.2.2 粉煤灰掺量的确定
掺用粉煤灰依据国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2017和《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T 5055-2007中相关规定,本次试配确定粉煤灰掺量20%。
2.2.3 外加剂掺量的确定
掺用外加剂按厂家推荐的最佳使用量,本次采用北京成城引气减水剂掺量为1.5%。
2.2.4 水胶比的确定
混凝土水胶比的确定,满足工作性能要求的前提下,宜选用较小的用水量,再减去减水剂部分,本次确定用水量为160 kg/m3,在满足强度、耐久性及其它条件下,选用合适的水胶比,再减去减水引气剂的因素,本次确定基准水胶比为0.39。
2.2.5 混凝土拌和物含气量的确定
混凝土的含气量参照《水工混凝土试验规程》SL 352-2006有关规定,根据抗冻等级和骨料最大粒径选用,本工程混凝土的含气量4%~6%控制。
2.2.6 砂率的确定
保证混凝土拌和物良好的粘聚性、工作性时,砂率试验后选择为40%。
2.2.7 基准配合比
通过计算确定的基准配合比见表6。

                               6   基准配合比                           单位:kg/
项目 水胶比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引气减水剂
配合比 0.39 40 328 724 1090 82 4.10 160
 

2.3 水工混凝土配合比的试配、调整和试验
2.3.1 配合比试配、调整
根据以上初步的配合比中水胶比和砂率按《水工混凝土试验规程》SL 352-2006规定进行调整,水胶比增减0.05、砂率相应增减1%,得出02和03号调整后的配合比试配,见表7。

                            7  试配配合比                            单位:kg/
编号 水胶比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引气减水剂
01 0.39 40 328 724 1090 82 4.10 160
02 0.34 39 376 690 1075 94 4.70 160
03 0.44 41 290 759 1092 72 3.62 160
 

2.3.2  拌合物性能检测
对以上三组配合比按《水工混凝土试验规程》SL 352-2006规定检测,拌合物及力学性能检测结果见表8、抗冻性能检测结果见表9。

   8 拌合物性能及力学性能
编号 坍落度
/mm
容重
/ (g/cm3
抗压强度/MPa 抗渗性能
3d 7d 28d 试验压力 试验结果
01 170 2.384 22.8 30.5 38.1 0.6 >W4
02 140 2.395 27.6 37.2 47.8 0.6 >W4
03 190 2.373 18.4 23.5 29.4 0.6 >W4
 
9 抗冻性能检测

含气量
/(%)
冻融循环凑数200次 结论
相对动弹性模量 质量损失率 抗冻等级
01 4.4 下降至67% 4.1% 达到F200
02 4.1 下降至68% 4.0% 达到F200
03 4.3 下降至54% 5.1% 未达到F200
 

2.3.3 试验结果分析
根据试配结果,3个配合比的坍落度,拌和物含气量、抗压强度、抗渗性能、抗冻性能、经济性等指标分析,编号为01的配合比符合设计要求。
2.3.4 确定理论配合比
通过计算确定的基准配合比见表10。

                            10  理论配合比                          单位:kg/m³
项目 水胶比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引气减水剂
配合比 0.39 40 328 724 1090 82 4.10 160
 

3 混凝土质量控制措施
3.1 原材料质量控制
3.1.1 水泥
配制混凝土用的水泥应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007的规定。
1)袋装水泥每200t检测一批次、散装水泥每400t检测一批次。
2)经检测合格后的水泥方可用于混凝土拌制,严禁使用不合格水泥。
3.1.2 骨料
1)混凝土所用的骨料应符合《水工混凝土施工规范》SL 677-2014要求。
2)根据设计混凝土级配要求,选用适用于本配合比的骨料进行施工,骨料必须经检测合格。
3.1.3 掺合料
用于本工程混凝土的掺合料(粉煤灰),应符合《水工混凝土施工规范》SL 677-2014要求,质量指标应通过试验检测,确认符合混凝土质量要求时,方可使用。
3.1.4 外加剂
1)用于混凝土的外加剂质量应符合《水工混凝土施工规范》SL 677-2014要求。
2)选用外加剂时,应根据混凝土的性能要求、施工工艺及气候条件,结合混凝土的原材料性能、配合比以及对水泥的适应性等因素,通过试验确定其掺量。
3)选用的外加剂应具有质量合格证书,需要时还应检验其氯化物、硫酸盐等有害物质的含量,经验证确认对混凝土无有害影响时方可使用。
4)不同品种外加剂应分别存储,做好标记,在运输与存储时不得混入杂物和遭受污染。
3.2 混凝土生产搅拌过程控制
3.2.1 计量  
1)在计量过程中,混凝土搅拌计量允许偏差:水泥、掺合料、水、外加剂为1%,粗骨料为2%。
2)生产过程中测定骨料的含水率,每一工作班不少于一次,当含水率有显著变化时,增加测定次数,依据检测结果及时调整用水量和骨料用量。  
3.2.2 搅拌  
1)在正式施工混凝土之前,项目部会同监理检查计量系统是否进行标定,其试拌结果是否与批准的配合比设计相符,材料质量是否满足要求。生产过程中,检查是否根据原材料的含水量对配合比进行了调整,拌和时间是否符合规范规定。
2)混凝土的最短搅拌时间符合规定。掺加外加剂时搅拌时间适当延长1~2min;搅拌机装料数量不大于搅拌机标定容量的110%;搅拌时间不能太长,每一工作班至少抽查两次。  
3)混凝土搅拌完毕后要检测混凝土的坍落度,观察拌和物的和易性,每车一次,并填写混凝土出场单,浇筑地点的坍落度检测由现场试验人员负责。预设混凝土的运输时间和坍落度损失值。当实际运输时间超过预设时间时,需每车检测到场后的坍落度,不合格的混凝土,坚决退回。评定以浇筑地点的测值为准。
3.3 商品混凝土进场检查
3.3.1 商混进场检查
混凝土浇筑前必须进行开盘鉴定。本批次混凝土必须符合现场施工需要的配合比,设计强度,浇筑部位应和商混供用单相符合。项目部提前24h将商混需用量和设计强度报商混站,提前1h通知其开盘。运至现场商混不得长时间积压,商混运输车要始终保持运转。对于进场商混应逐车对其坍落度测量,对于塌落度不合格的商混坚决退回。
3.3.2 试块制作送检
(1)抗压强度
同仓号每100m³同配合比的混凝土取样不少于1组,不足100m³时,按一组计算。取样数量:抗压试件每组3块。
(2)抗渗
每3000m³或每三个月同配合比的混凝土取样不少于1组,不足3000m³时,按一组计算。取样数量:抗渗试件每组6块。
(3)抗冻
每3000m³或每三个月同配合比的混凝土取样不少于1组,不足3000m³时,按一组计算。取样数量:抗冻试件每组3块。
 3.4 混凝土浇筑过程质量控制
1)认真做好技术交底工作,使施工人员明白施工要点和步骤,并加强各工序的质量控制。
2)浇筑混凝土时,严禁在仓内加水,浇筑保持连续性,如出现发白、干硬、初凝现象,立即按规定停仓处理,对和易性较差的混凝土,采取加强振捣等措施,保证质量。
3)混凝土浇筑保持其连续性,因故超过混凝土间歇时间,但混凝土能重塑者,可继续浇筑,不能重塑者,按施工缝进行处理。
4)严格执行“三检”制度,保证作业过程受控。
5)混凝土浇筑前必须使用高压水将基础混凝土冲毛,冲毛原则按照《水工混凝土施工规范》SL 677-2014相关要求进行;清理仓位内的杂物,并且冲洗干净,排除积水,提交有关验收资料进行仓位验收,同时做好浇筑准备。
6)按试验室提供并经监理工程师批准的配合比进行统一拌制,控制混凝土的坍落度,保持混凝土拌和物的和易性,不合格料做弃料处理,不得进入仓内。
7)加强混凝土运输、入仓、平仓、振捣、收面、养护的组织管理,加强组织协调,确保混凝土浇筑不受到影响。
8)混凝土浇筑过程中,严格按照振捣要求进行,并加强周边混凝土的振捣,做到不漏振、不超振。
9)混凝土在浇筑过程中,应按照规定在施工现场留取混凝土试块,及时进行养护,试块留取数量应符合要求。
10)混凝土入仓前,进行坍落度、含气量等项目检测。
11)降低混凝土入模温度。浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温,尽量避开炎热天气浇筑。
12)加强施工中的温度控制。在混凝土浇筑之后,确保混凝土的保温保湿良好,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。确定合理的拆模时间,以延缓降温速度,延长降温时间;加强测温和温度监测。采用温度计监测或专人多点监测,以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内。
4 施工方案及方法
4.1 施工方案
本标段挡墙分区段平行施工,各区段内跳仓分层进行混凝土浇筑,分层按挡墙断面分3~4层,底板层高0.8m~1m,墙身层高3m~4m。浇筑时先进行挡墙底板混凝土浇筑,再进行挡墙墙身混凝土浇筑。挡墙第二层混凝土浇筑完成、模板拆除后且区段长度大于100m时组织一级挡墙砂砾土回填施工,回填施工在监理工程师对单元工程混凝土外观质量及伸缩缝验收合格后进行。砂砾土回填至收仓面50cm时停止填筑,开始挡墙第三、四层备仓施工,期间可以组织挡墙迎水侧抛填块石施工。
施工工序:基础面验收→测量放样→模板安装→模板复测调整就位并加固→仓号验收→混凝土浇筑→拆除模板并修整→养护。
4.2 模板工程
1)尽量采取模块化的模板布置,提高模板的通用性和周转次数,以降低施工难度和施工成本。
2)模板材料符合规范要求,其结构有足够的稳定性、刚度和强度,有足够的密封性,保证混凝土的结构尺寸、形状和相互位置符合设计规定。
3)根据工程的实际需要,本工程挡墙混凝土选用P1015、P3015、P9015、P10515钢模进行拼装或采用胶合木模板,外露大面尽量选择大模板。
4)钢模拆模后,采用电动钢刷及时清除模板上的灰浆等脏物,并及时涂刷脱模剂。
4.3 混凝土工程
4.3.1 混凝土运输和入仓方式
1)本标段混凝土采用商品混凝土,施工时由9~14m³混凝土罐车将合格料经施工道路运输至施工现场,运输时搅拌罐按照2~4r/min转速搅动;当搅拌运输车到达施工现场后,先高速旋转20~30s后再将混凝土卸入汽车泵受料斗。浇筑时采用汽车泵跳仓同时浇筑。
2)混凝土运输做到连续、均衡、快速、及时地将混凝土运到浇筑地点。运输过程中,应尽量减少混凝土的运输时间,确保混凝土不发生离析、严重泌水及坍落度损失过多等现象,保证运至施工现场的混凝土保持规定的坍落度。汽车泵卸料时混凝土最大自由下落高度控制在2m以内。
4.3.2 混凝土浇筑
混凝土浇筑采用分层分仓的方式进行施工,层与层之间的结合面进行凿毛处理,不允许光面结合。模板支立完成后清理浇筑仓面,撬除仓面内破碎、松动的浮渣,用水清洗干净仓面并经验收过后,进行混凝土浇筑。
浇筑时先在上一层浇筑面上均匀铺筑5cm厚砂浆,以利于接触面的有效结合,然后进行新层混凝土浇筑。施工时根据混凝土浇筑能力、进度和质量的要求,本工程每个仓号混凝土采用分层平铺法进行浇筑,φ50振捣棒振捣,浇筑时的分层厚度为40cm。
4.3.3 混凝土入仓强度
根据模板侧应力计算,混凝土浇筑速度控制在1.5m/h以下。
4.3.4 混凝土分层分仓
(1)分层
本标段混凝土挡墙墙身高度不一,根据施工图纸,墙身有7.2m、7.7m、8m、9m四种挡墙,混凝土施工分层根据设计体型、现场实际情况、相关规范进行。具体分层如下,现场施工时可根据实际需要进行相应调整。
1)墙身7.2m挡墙:
挡墙第一层(底板):0.8m;挡墙第二层:3.6m;挡墙第三层:3.6m。
2)墙身7.7m挡墙:
挡墙第一层(底板):0.8m;挡墙第二层:4m;挡墙第三层:3.7m。
3)墙身8m挡墙:
挡墙第一层(底板):1m;挡墙第二层:4m;挡墙第三层:4m。
4)墙身9m挡墙:
挡墙第一层(底板):1m;挡墙第二层:3m;挡墙第三层:3m;挡墙第四层:3m。
(2)分仓:本标段挡墙混凝土每10m划分为一单元。
4.3.5 混凝土振捣
1)本工程仓面振捣按混凝土铺料顺序进行,以免造成漏振,确保混凝土浇筑质量。
2)混凝土入仓后振捣采用φ50软轴振捣器振捣,振捣时间以混凝土泛出浮浆,无明显气泡冒出且不显著下沉为准,避免出现过振或漏振,确保混凝土振捣密实,充分排气,防止出现蜂窝、麻面。
3)振捣器插入混凝土的间距,应不超过振捣器作业半径的1.5倍。
4)振捣器应垂直按顺序插入混凝土,间距一致,防止漏振。
5)振捣时将振捣器插入下层混凝土5cm左右。
6)振捣过程中,禁止振捣器冲击模板、拉杆、排水管,以免造成模板、排水管移动。
4.3.6 混凝土养护
混凝土浇筑完毕后,及时安排洒水养护,保持混凝土面湿润。在养护期间始终使混凝土表面保持湿润。混凝土养护时间一般不少于28d,混凝土养护由专人负责,并作为养护记录。              
5 结束语
水工混凝土用于黄河防洪结构中,配合比设计时应充分考虑抗渗、抗冻以及水化热引起的裂缝等;水工混凝土经常与环境水相接触,要求具有较好的抗渗性;在寒冷地区,要求具有较高的抗冻性;在大体积构筑物中应用时,为防止温度裂缝的出现,应掺粉煤灰等低水化掺合料,施工采用跳仓分层法等措施控制裂缝的发生,本文通过对水工混凝土原材料选择、配合比设计、施工方法及质量控制措施等整个过程叙述,阐述水工混凝土应用过程中技术难点和质量控制要点。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国水利行业标准 SL 191-2008水工混凝土结构设计规范[S].北京:中国水利出版社,2009.
[2]中华人民共和国水利行业标准 SL 677-2014水工混凝土施工规范[S].北京:中国水利出版社,2014.
[3]中华人民共和国水利行业标准 SL 362-2006水工混凝土施工规范[S].北京:中国水利出版社,2006.
 
 
 

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