自密实混凝土在窄口水库泄洪洞加固中的应用.pdf
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1、第 4 3卷 第 3期 2 0 t 2 年 2 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 43 No 3 Fe b,2 01 2 文章编号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 2 4 0 3 自密实混凝土在窄 口水库泄洪洞加固中的应用 董 振 锋 , 房 小 波 , 刘 雪 霞 , 张 红 升 ( 1 河南省水利勘测设计研 究有 限公 司, 河南 郑州 4 5 0 0 1 6 ; 2 中国水电基础局有限公司 , 天 津 3 0 1 7 0 0; 3 灵宝市窄 口水库管理 局, 河南 灵宝 4 7 2 5 0 0 ) 摘要 :
2、 河南窄 1:7 水库泄 洪洞原为 圆形无压洞 , 除险加 固设计 将其改 为有压洞 , 设计 最大水 头 6 0 m。由于衬砌 厚度小 、 钢 筋密集、 振 捣 困难等原因 , 以致生产性试验段 浇筑速度 、 浇筑质量等很难 满足 设计要 求。经分析 比 较 , 确定采用具有 高流动性 、 不离析 、 不泌水、 均 匀、 稳 定、 简单振 捣便 能密实成型 的 C 4 0 W8 自密实混凝土 , 施 工期 间通过持续改进浇筑方案 , 较好 解决 了混 凝土入仓 难、 振 捣难 、 模 板上 浮等难题 。从 混凝 土力 学性 能检 测 、 安全监测及充水运行检查情况来看 , 自密实混凝 土强度
3、及抗渗性 完全 能满足设计要求 , 泄洪洞运行情 况良 好 。 关键词 : 自密实混凝土 ;洞身薄壁 结构衬砌 ;泄洪洞;试验性生产 ;配合 比;窄 口水库 中图法分类 号: T V 4 3 文献标 志码 :A 自密实混凝土作为一种高性能混凝土, 已在民用 建筑等行业得到广泛应用。但囿于水利工程 自身的特 点 , 在水工建筑物设计 中运用相对较少 , 特别是在高水 头压力作用下的隧洞衬砌运用方面则更为谨慎 。自密 实混凝土依靠 自重, 不需振捣即可 自行填充密实 , 其拌 和物具有良好 的流动性 、 粘聚性 、 保水性 、 不离析、 不泌 水 , 硬化 后具 有 良好 的 力学 性 能 和 耐
4、久 性 能 。在 配 合 比设计上用粉体取代了相 当数量的石子 , 通过高效减 水剂的分散和塑化作用 , 使浆体具有优 良的流动性和 粘 聚性 , 能够有 效地 包裹 输运 石子 , 达到充 填密 实 的效 果。对于民用高层轻型墙体结构和工业工程中附属装 配式 构件 、 预制 构件 、 钢 筋 密 集 的框 架 梁 柱 、 混 凝 土堆 石坝及小尺寸隧洞衬砌等厚度小、 钢筋 密集 、 结构复杂 的构筑物 ,自密实混凝土在保证施工质量 、 提高功效 方 面有 着 突 出的优势 。 1工程 概况 窄 口水 库是 黄河 支 流弘 农涧 河 中游 的一 座 大 ( 二) 型水库 , 坝址位于河南省灵宝
5、市南 2 3 k m处 , 控 制流域面积 9 0 3 k m , 总库容 1 8 5亿 m 。 。水库以防洪 为主, 兼顾灌溉、 发 电、 养鱼、 旅游 、 供水等综合利用功 能。水库主要建筑物有大坝 、 主溢洪道 、 非 常溢洪道、 泄洪洞 、 灌溉 ( 发 电) 洞 、 水库 电站等六 大主体 。泄洪 洞位于主坝左侧 山体 内, 原洞洞身全长 4 8 1 m, 为无压 洞 , 洞径 3 5 m, 控 制段 位 于进 口竖 井 内 , 设 检 修 闸 门 及工 作 闸 门各一 道 , 底板 高程 为 5 8 8 4 0 m。考 虑 泄 洪 洞进 口淤积 、 洞 身衬 砌 质量 差 及 长
6、期处 于 明满 流 交 替 状态等原因, 加固设计方案为: 泄洪洞出口增设弧形工 作闸门, 改泄洪洞为有压洞; 进 口原竖井拆除重建 , 内 设事故检修 闸门, 闸底板高程抬高至 6 2 0 5 m; 洞身及 进 出 口增设 监测 仪 器 。经 洞身 结 构 复 核 , 确定 该段 加 固方案 为 : 洞身 全段进行 固结 灌浆 ; 洞身 临水 面混 凝 土 凿除 5 c m( 施 工 中 因凿 除 困 难 , 改 为 去 碳 化 层 后 凿 毛 ) , 重 新进 行 衬 砌 , 新 老混 凝 土之 间设 插 筋 连 接 , 衬 砌后洞身直径 3 2 1 T I 。其 中一段采用厚度为 2 0
7、 c m 的 C 3 5 W8钢筋混凝土衬砌 , 混凝土达到龄期后进行 回填 灌 浆 ; 另一 段 采 用 壁 厚 1 2 mm钢 板 衬 砌 , 钢 板 与 老 洞 壁之 间 回填 C 3 5 W8混凝 土 , 待钢 管衬砌 结束 后采 用 泵 送混凝土通过预 留孔灌注 , 并进行 回填灌浆及钢衬 接 触灌浆。 收稿 日期 : 2 0 1 11 02 8 作者简介 : 董振锋 , 男, 副总 工程师 , 高级 工程 师, 主要从事水利水电建筑物设计及研 究工作 。E ma i l : d z 0 0 1 d z f 1 2 6 。 第 3期 董振锋 , 等 : 自密实混凝土在窄 I: 水库泄
8、洪 洞加 固中的应用 2 5 2 C 3 5 W8普通 混凝 土衬砌生产性试验 为验 证洞 身泵 送 常 态 混 凝 土 运 输 、 入 仓 浇 筑 的 可 行 性 , 初 步选 定其 中 1 5 m 长 的一段 进行 了混 凝 土衬 砌 生产性试验 , 设计方量为 2 3 7 m , 洞身环向受力钢筋 按设计 的 0 2 5 1 5 0布置, 纵 向筋按 1 6 2 0 0布置 ( 见 图 1 ) 。 图 1 洞 身 衬 砌 配 筋 横 断 面 示 意 ( 单 位 : mm J 试 验段 加 固施工 在 完成 钢筋 绑扎 和模 板制 安 等工 序后 , 选用 C 3 5 W8一级配混凝土进行
9、衬砌( 坍落度为 1 41 6 c m, 掺 加 I 级 粉煤 灰 ) 。由 于衬砌 厚 度 不 足 2 0 c m, 且受环向及 纵向钢筋影响 , 输送泵 管道无法敷设 于仓内, 故试验段施工采用人工入仓 。先完成半 圆拱 以下范 围内模板架立 , 然后开始浇筑混凝土。随 昆凝 土 面 上升 , 分 次 将 半 圆拱 以上 模 板 封 闭 浇 筑 混 凝 土 。 混 凝 土 由搅 拌 车运 输 至 泄 洪 洞 出 口, 由三 轮 车二 次 倒 运 至 仓 面附 近 , 吊链提 升 至仓 口人 工人仓 , 采 用插 入式 振捣器分层振捣。由于仓 口过小 , 人工人仓速度缓慢 , 完成半圆拱 以
10、下 1 1 8 5 m 混凝 土浇捣耗 时 1 2 5 h 。 由 于浇筑 历 时过 长 , 致 使 先人仓 混 凝土 出现 初凝 , 振 捣 时造 成 模 板 最 大 上 浮 2 3 c m, 因此 , 被 迫 停 止 浇 筑 。 半 圆拱 以上 混凝 土于 次 E t 下午 2 : 0 0恢 复 浇筑 , 混 凝 土 毛 面按施 工 缝 处 理 。至 凌 晨 4: o 0浇 筑 至 顶 拱 4 0 。 角 范 围 , 浇 筑方 案 调整 为 自一侧 向另 一侧 推进 , 边 浇边 支 顶拱模板。后经脱模 检查, 侧墙及顶拱部位局部存在 空 洞及 蜂窝 、 麻 面现 象 ( 后 采用 风 镐
11、 凿 除 ) 。试 验 未 达 到 预期 效果 。 3 自密 实混凝土配合 比及衬砌方案确 定 3 1 混 凝 土 配 合 比 根据 施 工现 实情 况 , 建 设 单 位 及 时 组 织 召 开 了施 工方案讨论会 。经实地考察分析, 认为根据现状采用 普 通 混凝 土衬 砌根 本 无 法 达 到工 期 要 求 , 施 工 质 量 也 难 以保证 。参 考有 关工 民建 行业 自密 实混凝 土及水 利 工 程 中的堆 石 自密实 混 凝 土施 工 经 验 , 确 定 将洞 身 衬 砌 C 3 5 W8混凝 土 方案改 为 C 4 0 W8自密 实混凝 土衬 砌 方 案 , 并 委托 清华 大
12、学 进 行 白密 实混 凝 土 配合 比设 计 和试验 。试验单位于 2 0 0 9年 1 2月下旬提交配合比 报 告 , 自密实 混凝 土 胶 凝材 料 为P O 4 2 5 普 通硅 酸 盐 水 泥及 I 级 粉 煤 灰 , 骨 料 采 用 当 地 天然 中粗 砂 及 5 1 0 mm豆石 , 外 加 剂采 用 H ST型专 用 外 加 剂 ( 见 表 1 ) 。试 拌后 第三方 检测 7 d抗 压 强 度 为 3 1 7 MP a , 推 算 2 8 d强度为 4 5 3 MP a , 满足设计强度要求。 表 1 C 4 0 W8专 用 自密 实 混 凝 土 配 合 比 水泥 粉 煤 灰
13、 水 砂 石 子 专 用 外 加 剂 坍 落度 扩 展 度 粘 度 k g m一 ) ( k g m 一 ) ( k g m 一 ) ( k g m一 ) ( k g n l 一 ) ( k g m 一 ) m m m E l s 4 5 2 l l 3 l 9 0 8 5 O 7 4 3 7 , 3 2 5 0 2 8 0 6 0 0 7 0 0 5 3 0 在 现场施 工过 程 中 , 若 室 外 平 均 气 温 连 续 5 d稳 定低 于 5 , 且 最低 气温低 于 一 3时 , 采取 混 凝 土冬 季施工方案 。对于混凝土生产 , 需要在原有配合 比基 础上 考虑添加抗 冻剂 , 添
14、加 比例 为胶凝材料 质量 的 5 , 并根 据 现场 实际情 况进 行适 当调 整 。 3 2 模板制安 模 板采 用普 通钢 模 板 加 工 制作 , 模 板 内侧 竖 向及 横向支撑主要 用 1 4号槽 钢。横 向支 撑间距 设计 为 1 0 m, 竖向支撑设计为 0 8 m, 采用槽钢拱架 、 钢管及 拉紧器以提高模板整体刚度。模板接缝及模板与铜止 水结合部位采用泡沫板嵌缝 , 在模板与结构钢筋之间 设置 5 e m厚预制混凝土垫块 , 以满足保护层要求。 3 3混 凝 土 生 产 自密实混凝土搅拌站安装 2台 J S 5 0 0型卧轴强制 式搅拌机及 1台 P L D 1 2 0 0
15、型电子配料机 , 每盘混凝土 按 0 4 4 m 拌制 , 砂 、 豆石及 粉煤 灰 由电子 配料 机称 量 掺加, 人工加入 4袋水泥, 拌和用水采用 电子计量泵控 制 , 专用外加剂在搅拌机 口掺加 , 搅拌时间按 9 0 s 控 制 , 在机 口及仓 口检测坍落度及扩展度 。 3 4 混凝 土运输 在先期施工的衬砌段 , 由 1 0 m 搅拌车运输混凝 土 至泄 洪洞 进 口竖井 采用 溜管 垂 直 运输 至 高程 5 8 8 4 m 洞段 , 再 水 平 运 输 至仓 面 , 由 H B T S 2 08 3 0型混 凝 土 泵充填 管人 仓 ; 对顺 序 施 工 的 衬 砌段 由搅
16、拌 车运 送 至 0+ 4 9 0 0 m 储 料 仓 , 再 由 H B T 6 0型 混凝 土泵 水 平运输至仓面附近 的 H B T S 2 083 0混凝 土泵 内入 仓 。 3 5 混凝土入仓 新衬砌混凝 土分 段长 1 5 i n , 平均 布设 9个进 料 2 6 人 民 长 江 口, 沿轴 线 每 5 m 在半 圆拱 两 侧 及顶 拱 各 设 1 个 进 料 口, 半圆拱进料 口为 1 0 c m1 0 e m方形孔 , 顶部进料 口采用 q l O 0 m m铁管与模板焊接形成。进料 口下部 通过法兰盘与 8 0 m i l l 进料管 、 H B T S 2 0 8 3 0
17、型混凝 土泵软管连接, 法兰盘问设闸阀 , 待混凝土浇满后关闭 闸阀 即可将 软管换 至下 一进 料 口继 续浇 筑 。浇筑顺 序 为 : 自一 侧 向另一 侧推进 , 依 次通过 半 圆拱进 料 口浇筑 下部 半 圆 , 随混 凝 土 面均 衡 上 升 , 封堵 半 圆拱 进 料 口, 改为顶拱充填管进料。在浇筑期间采用榔头对模板轻 击 , 将随混凝土进入仓内的气泡排出。 3 6方案调整优化 2 0 0 9年 l 2月 2 6 日, 在 起 始 段 进 行 了试 验 性 浇 筑 。按 原 定运输 方 案 , 在泄 洪 洞进 口处 安 装 p 1 o 0 m m 溜管 , 顶部安装集料漏斗,
18、内置钢丝滤 网, 溜管底 部设 9 0 。 弯头与水平管连接直接进入停放在 附近的混凝 土 泵储 料仓 内。 该 仓施 工 中先后 出现 了 以下 情况 。 ( 1 )溜管底 部 9 O 。 弯 头处 堵 管 。原 因 : 高 差过 大 , 混 凝土 下 降过程 中发生 骨 料 离 析 , 粗 骨 料集 中。处 理 方 法 : 将 底部 弯 头 角度 改 为 1 3 5 。 , 在 溜 管 6 2 0 5 m 高 程处加装“ s ” 形弯头 , 阻滞混凝土降落速度 , 防止下降 过 程 中骨料 分离 、 粗骨 料集 中导致 堵管 。 ( 2 )溜管中部堵管。原因: 搅拌车 向溜管内放料 时,
19、混凝土将大量空气带人溜管内。处里方法 : 在集料 漏斗内插入 1 0 r n长 、 直径 2 5 4 c m的胶皮管 , 混凝土 下 料过 程 中可将部 分空 气排 出 。 ( 3 )溜 管至 混凝 泵 之 间 堵 管 。原 因 : 自密实 混 凝 土黏性大、 水平运输距离长 , 因混料器消能过程 中动能 损失 , 致 使混凝 土 流动距 离缩 短 。处理方 法 : 将 溜管 至 混凝 泵之 间水 平管拆 除 , 改为架 设 溜槽 , 将 混凝 土泵 向 溜管方向推移 , 解决 了入泵问题 , 但 由于混凝土距离仓 面距 离 达 1 4 5 m, 软 管 处 输 送 压力 仍 不 能 满 足
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- 密实 混凝土 口水 泄洪 加固 中的 应用
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