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水工混凝土在黃河干流防洪工程中的應用

來源: 時間:2019-10-25 11:45:40 點擊:
頡  祿1   黃  勇2   張學勝3
(1.甘肅七建,甘肅蘭州730070,18119427715;
2.甘肅七建,甘肅蘭州730070,13399465985;
3.甘肅七建,甘肅蘭州730070,15193121943;)
摘要經常性或周期性地受水作用的建筑物所用并能保證建筑物在上述條件下長期正常使用的混凝土,稱為水工混凝土,一般要求具有較好的抗滲性、抗凍性、耐蝕性。本文通過水工混凝土在黃河防洪工程中的應用簡要介紹施工技術。
關鍵詞水工混凝土;抗滲性;抗凍性;耐腐蝕性;跳倉分層 

  
蘭州處于黃河上中游,據黃河上游年內洪水特性,6月至10月均有年最大流量出現,但以7月~9月出現的次數最多,洪水來勢兇猛,陡漲陡落,預見期短,挾帶大量泥沙,河道沖淤劇烈,又為地上懸河,且常發生“橫河”直沖大堤,不僅大洪水有漫決的危險,中常洪水也有沖決的可能。冬季又常發生凌汛,威脅兩岸安全。
經常性或周期性地受水作用的建筑物(或建筑物的一部分)所用的并能保證建筑物在上述條件下長期正常使用的混凝土,稱為水工混凝土,水工混凝土常用于水上、水下和水位變動區等部位。因其用途不同,技術要求也不同:常與環境水相接觸時,一般要求具有較好的抗滲性;在寒冷地區、特別是在水位變動區應用時,要求具有較高的抗凍性;與侵蝕性的水相接觸時,要求具有良好的耐蝕性;在大體積構筑物中應用時,為防止溫度裂縫的出現,要求具有抵熱性和低收縮性;在受高速水流沖刷的部位使用時,要求具有抗沖刷、耐磨及抗氣蝕性等。水工混凝土是水利工程中最主要的建筑材料。
本文結合水工混凝土在黃河中上游蘭州段防洪工程中的應用簡要介紹水工混凝土原材料選擇、配合比設計、質量控制要點、混凝土澆筑施工方法等情況。
1 工程概況
蘭州市黃河干流(雁兒灣)段防洪工程,防洪堤西起雁白大橋(K34+950),東至雁兒灣路(K39+820),全長為4.87km。K34+950-K37+100段為新建B2類堤防工程,總長2150m。擋墻高為7.2~8m,設計墻頂寬度為0.65m,背坡坡比為1∶0.45~1∶0.5,面坡坡度為1∶0.1;K37+100-K38+030段和K38+380-K39+820段為新建B1類堤防工程,總長2370m,擋墻高為8~9m,設計墻頂寬度為 0.65m,背坡坡比為1:0.45~1:0.5;K38+030-K38+380段為新建C類堤防工程,總長350m。擋墻混凝土設計強度等級為C30W4F200,抗硫等級為KS60,二級配,擋墻混凝土工程量為137809m³;本工程由中國水利水電第三工程局有限公司負責施工,混凝土配合比設計及澆筑施工由甘肅七建混凝土構件有限公司完成,各區段內跳倉分層進行混凝土澆筑。
2 水工混凝土配合比設計
2.1原材料選擇
2.1.1 水泥
水泥采用祁連山生產 P·O42.5普通硅酸鹽水泥,其檢驗結果見表1。
2.1.2 粗骨料
粗骨料為白銀博泰碎石廠生產的碎石,含泥量少,成份以玄武巖為主。其檢驗結果見表2。
2.1.3 細骨料
細骨料選用中川砂,砂粒磨圓度好,粗細程度為中砂,符合要求。其檢驗結果見表3。
2.1.4 粉煤灰
粉煤灰為西固電廠粉煤灰,經檢驗細度、需水量比、燒失量等均符合《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》DL/T 5055-2007規定Ⅱ級粉煤灰要求。其主要技術性能指標檢驗結果見表4。
2.1.5 外加劑
混凝土外加劑選用北京成城公司生產的聚羧酸引氣減水劑,減水率、含氣量、泌水率等各項指標符合標準要求,具體檢測指標見表5。

1  P·O42.5 普通硅酸鹽水泥技術性能指標檢驗結果
檢測
項目
抗折強度/MPa 抗壓強度/MPa 凝結時間/min 安定性 標準稠度用水量/(%) 含堿量
/(%)
3d 28d 3d 28d 初凝 終凝
結果 4.6 7.8 20.9 48.6 157 211 2 25.6 0.52
規定值 ≥3.5 ≥6.5 ≥17.0 ≥42.5 ≥45 ≤600 ≤5 —— ≤0.6
 
2 粗骨料性能檢驗結果
檢測項目 檢測結果 性能指標
粒徑/mm 5~31.5 ——
表觀密度/(g/cm3 2.62 ≥2.55
緊密密度/(g/cm3 1.74 ——
孔隙率/(%) 2.60 ——
吸水率/(%) 1.0 ≤1.5
堅固性/(%) 2.0 ≤5
針片狀含量/(%) 1.4 ≤15
含泥量/(%) 0.2 ≤1
壓碎指標/(%) 3.2 ≤10
超徑/(%) 1 ≤5
遜徑/(%) 2 ≤10
有機質含量 合格 淺于標準色
 
3 細骨料性能檢驗結果
檢測項目 檢測結果 性能指標
表觀密度/(g/cm3 2.62 ≥2.5
緊密密度/(g/cm3 1.74 ——
細度模數 2.60 2.2~3.0
含水率/(%) 4 ≤6
含泥量/(%) 2.0 ≤3.0
泥塊含量 0 0
有機質含量 合格 淺于標準色
不同孔徑篩
累計篩余
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 粉煤灰技術性能指標檢驗結果

檢測項目 細度/(%) 需水量比/(%) 燒失量/(%) 含水量/(%) W(SO3)/(%) 含堿量
檢測結果 9.8 103 4.3 0.6 0.8 0.6
性能指標 ≤25.0 ≤105 ≤8.0 ≤1.0 ≤3.0 ——
 
5 外加劑技術性能指標檢驗結果
檢測
項目
減水率/ (%) 泌水率/ (%) 含氣量/ (%) 凝結時間之差/min 抗壓強度比/(%)
初凝 終凝 1d 3d 7d 28d
結果 12 62 4.4 +30 +45 —— 126 120 118
標準
規定
≥10 ≥10 ≥3.0 -90~+120 —— ≥115 ≥110 ≥100
檢驗
結論
該產品檢驗摻量為1.5%(占膠凝材料質量),所測性能均達到GB 8076-2008中引氣劑合格品的標準要求。
 

2.2 配合比設計
2.2.1 試配強度的確定
水工混凝土配合比設計,根據工程要求,結構型式,設計指標、施工條件和原材料狀況,依據《水工混凝土試驗規程》SL 352-2006規定,強度保證率采用95%時,保證率系數t為1.645;設計抗壓強度為C30時,混凝土抗壓強度標準差σ為4.5MPa,則混凝土施工配制強度為37.4 MPa。
2.2.2 粉煤灰摻量的確定
摻用粉煤灰依據國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2017和《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》DL/T 5055-2007中相關規定,本次試配確定粉煤灰摻量20%。
2.2.3 外加劑摻量的確定
摻用外加劑按廠家推薦的最佳使用量,本次采用北京成城引氣減水劑摻量為1.5%。
2.2.4 水膠比的確定
混凝土水膠比的確定,滿足工作性能要求的前提下,宜選用較小的用水量,再減去減水劑部分,本次確定用水量為160 kg/m3,在滿足強度、耐久性及其它條件下,選用合適的水膠比,再減去減水引氣劑的因素,本次確定基準水膠比為0.39。
2.2.5 混凝土拌和物含氣量的確定
混凝土的含氣量參照《水工混凝土試驗規程》SL 352-2006有關規定,根據抗凍等級和骨料最大粒徑選用,本工程混凝土的含氣量4%~6%控制。
2.2.6 砂率的確定
保證混凝土拌和物良好的粘聚性、工作性時,砂率試驗后選擇為40%。
2.2.7 基準配合比
通過計算確定的基準配合比見表6。

                               6   基準配合比                           單位:kg/
項目 水膠比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引氣減水劑
配合比 0.39 40 328 724 1090 82 4.10 160
 

2.3 水工混凝土配合比的試配、調整和試驗
2.3.1 配合比試配、調整
根據以上初步的配合比中水膠比和砂率按《水工混凝土試驗規程》SL 352-2006規定進行調整,水膠比增減0.05、砂率相應增減1%,得出02和03號調整后的配合比試配,見表7。

                            7  試配配合比                            單位:kg/
編號 水膠比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引氣減水劑
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  拌合物性能檢測
對以上三組配合比按《水工混凝土試驗規程》SL 352-2006規定檢測,拌合物及力學性能檢測結果見表8、抗凍性能檢測結果見表9。

   8 拌合物性能及力學性能
編號 坍落度
/mm
容重
/ (g/cm3
抗壓強度/MPa 抗滲性能
3d 7d 28d 試驗壓力 試驗結果
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 抗凍性能檢測

含氣量
/(%)
凍融循環湊數200次 結論
相對動彈性模量 質量損失率 抗凍等級
01 4.4 下降至67% 4.1% 達到F200
02 4.1 下降至68% 4.0% 達到F200
03 4.3 下降至54% 5.1% 未達到F200
 

2.3.3 試驗結果分析
根據試配結果,3個配合比的坍落度,拌和物含氣量、抗壓強度、抗滲性能、抗凍性能、經濟性等指標分析,編號為01的配合比符合設計要求。
2.3.4 確定理論配合比
通過計算確定的基準配合比見表10。

                            10  理論配合比                          單位:kg/m³
項目 水膠比 砂率(%) 水泥 粉煤灰 引氣減水劑
配合比 0.39 40 328 724 1090 82 4.10 160
 

3 混凝土質量控制措施
3.1 原材料質量控制
3.1.1 水泥
配制混凝土用的水泥應符合現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》GB 175-2007的規定。
1)袋裝水泥每200t檢測一批次、散裝水泥每400t檢測一批次。
2)經檢測合格后的水泥方可用于混凝土拌制,嚴禁使用不合格水泥。
3.1.2 骨料
1)混凝土所用的骨料應符合《水工混凝土施工規范》SL 677-2014要求。
2)根據設計混凝土級配要求,選用適用于本配合比的骨料進行施工,骨料必須經檢測合格。
3.1.3 摻合料
用于本工程混凝土的摻合料(粉煤灰),應符合《水工混凝土施工規范》SL 677-2014要求,質量指標應通過試驗檢測,確認符合混凝土質量要求時,方可使用。
3.1.4 外加劑
1)用于混凝土的外加劑質量應符合《水工混凝土施工規范》SL 677-2014要求。
2)選用外加劑時,應根據混凝土的性能要求、施工工藝及氣候條件,結合混凝土的原材料性能、配合比以及對水泥的適應性等因素,通過試驗確定其摻量。
3)選用的外加劑應具有質量合格證書,需要時還應檢驗其氯化物、硫酸鹽等有害物質的含量,經驗證確認對混凝土無有害影響時方可使用。
4)不同品種外加劑應分別存儲,做好標記,在運輸與存儲時不得混入雜物和遭受污染。
3.2 混凝土生產攪拌過程控制
3.2.1 計量  
1)在計量過程中,混凝土攪拌計量允許偏差:水泥、摻合料、水、外加劑為1%,粗骨料為2%。
2)生產過程中測定骨料的含水率,每一工作班不少于一次,當含水率有顯著變化時,增加測定次數,依據檢測結果及時調整用水量和骨料用量。  
3.2.2 攪拌  
1)在正式施工混凝土之前,項目部會同監理檢查計量系統是否進行標定,其試拌結果是否與批準的配合比設計相符,材料質量是否滿足要求。生產過程中,檢查是否根據原材料的含水量對配合比進行了調整,拌和時間是否符合規范規定。
2)混凝土的最短攪拌時間符合規定。摻加外加劑時攪拌時間適當延長1~2min;攪拌機裝料數量不大于攪拌機標定容量的110%;攪拌時間不能太長,每一工作班至少抽查兩次。  
3)混凝土攪拌完畢后要檢測混凝土的坍落度,觀察拌和物的和易性,每車一次,并填寫混凝土出場單,澆筑地點的坍落度檢測由現場試驗人員負責。預設混凝土的運輸時間和坍落度損失值。當實際運輸時間超過預設時間時,需每車檢測到場后的坍落度,不合格的混凝土,堅決退回。評定以澆筑地點的測值為準。
3.3 商品混凝土進場檢查
3.3.1 商混進場檢查
混凝土澆筑前必須進行開盤鑒定。本批次混凝土必須符合現場施工需要的配合比,設計強度,澆筑部位應和商混供用單相符合。項目部提前24h將商混需用量和設計強度報商混站,提前1h通知其開盤。運至現場商混不得長時間積壓,商混運輸車要始終保持運轉。對于進場商混應逐車對其坍落度測量,對于塌落度不合格的商混堅決退回。
3.3.2 試塊制作送檢
(1)抗壓強度
同倉號每100m³同配合比的混凝土取樣不少于1組,不足100m³時,按一組計算。取樣數量:抗壓試件每組3塊。
(2)抗滲
每3000m³或每三個月同配合比的混凝土取樣不少于1組,不足3000m³時,按一組計算。取樣數量:抗滲試件每組6塊。
(3)抗凍
每3000m³或每三個月同配合比的混凝土取樣不少于1組,不足3000m³時,按一組計算。取樣數量:抗凍試件每組3塊。
 3.4 混凝土澆筑過程質量控制
1)認真做好技術交底工作,使施工人員明白施工要點和步驟,并加強各工序的質量控制。
2)澆筑混凝土時,嚴禁在倉內加水,澆筑保持連續性,如出現發白、干硬、初凝現象,立即按規定停倉處理,對和易性較差的混凝土,采取加強振搗等措施,保證質量。
3)混凝土澆筑保持其連續性,因故超過混凝土間歇時間,但混凝土能重塑者,可繼續澆筑,不能重塑者,按施工縫進行處理。
4)嚴格執行“三檢”制度,保證作業過程受控。
5)混凝土澆筑前必須使用高壓水將基礎混凝土沖毛,沖毛原則按照《水工混凝土施工規范》SL 677-2014相關要求進行;清理倉位內的雜物,并且沖洗干凈,排除積水,提交有關驗收資料進行倉位驗收,同時做好澆筑準備。
6)按試驗室提供并經監理工程師批準的配合比進行統一拌制,控制混凝土的坍落度,保持混凝土拌和物的和易性,不合格料做棄料處理,不得進入倉內。
7)加強混凝土運輸、入倉、平倉、振搗、收面、養護的組織管理,加強組織協調,確?;炷兩街皇艿接跋?。
8)混凝土澆筑過程中,嚴格按照振搗要求進行,并加強周邊混凝土的振搗,做到不漏振、不超振。
9)混凝土在澆筑過程中,應按照規定在施工現場留取混凝土試塊,及時進行養護,試塊留取數量應符合要求。
10)混凝土入倉前,進行坍落度、含氣量等項目檢測。
11)降低混凝土入模溫度。澆筑大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫,盡量避開炎熱天氣澆筑。
12)加強施工中的溫度控制。在混凝土澆筑之后,確?;炷戀謀N鹵J己?,以使混凝土緩緩降溫,充分發揮其徐變特性,減低溫度應力。確定合理的拆模時間,以延緩降溫速度,延長降溫時間;加強測溫和溫度監測。采用溫度計監測或專人多點監測,以隨時掌握與控制混凝土內的溫度變化?;炷聊諭馕虜鈑刂圃?5℃以內。
4 施工方案及方法
4.1 施工方案
本標段擋墻分區段平行施工,各區段內跳倉分層進行混凝土澆筑,分層按擋墻斷面分3~4層,底板層高0.8m~1m,墻身層高3m~4m。澆筑時先進行擋墻底板混凝土澆筑,再進行擋墻墻身混凝土澆筑。擋墻第二層混凝土澆筑完成、模板拆除后且區段長度大于100m時組織一級擋墻砂礫土回填施工,回填施工在監理工程師對單元工程混凝土外觀質量及伸縮縫驗收合格后進行。砂礫土回填至收倉面50cm時停止填筑,開始擋墻第三、四層備倉施工,期間可以組織擋墻迎水側拋填塊石施工。
施工工序:基礎面驗收→測量放樣→模板安裝→模板復測調整就位并加固→倉號驗收→混凝土澆筑→拆除模板并修整→養護。
4.2 模板工程
1)盡量采取??榛哪0宀賈?,提高模板的通用性和周轉次數,以降低施工難度和施工成本。
2)模板材料符合規范要求,其結構有足夠的穩定性、剛度和強度,有足夠的密封性,保證混凝土的結構尺寸、形狀和相互位置符合設計規定。
3)根據工程的實際需要,本工程擋墻混凝土選用P1015、P3015、P9015、P10515鋼模進行拼裝或采用膠合木模板,外露大面盡量選擇大模板。
4)鋼模拆模后,采用電動鋼刷及時清除模板上的灰漿等臟物,并及時涂刷脫模劑。
4.3 混凝土工程
4.3.1 混凝土運輸和入倉方式
1)本標段混凝土采用商品混凝土,施工時由9~14m³混凝土罐車將合格料經施工道路運輸至施工現場,運輸時攪拌罐按照2~4r/min轉速攪動;當攪拌運輸車到達施工現場后,先高速旋轉20~30s后再將混凝土卸入汽車泵受料斗。澆筑時采用汽車泵跳倉同時澆筑。
2)混凝土運輸做到連續、均衡、快速、及時地將混凝土運到澆筑地點。運輸過程中,應盡量減少混凝土的運輸時間,確?;炷斂環⑸胛?、嚴重泌水及坍落度損失過多等現象,保證運至施工現場的混凝土保持規定的坍落度。汽車泵卸料時混凝土最大自由下落高度控制在2m以內。
4.3.2 混凝土澆筑
混凝土澆筑采用分層分倉的方式進行施工,層與層之間的結合面進行鑿毛處理,不允許光面結合。模板支立完成后清理澆筑倉面,撬除倉面內破碎、松動的浮渣,用水清洗干凈倉面并經驗收過后,進行混凝土澆筑。
澆筑時先在上一層澆筑面上均勻鋪筑5cm厚砂漿,以利于接觸面的有效結合,然后進行新層混凝土澆筑。施工時根據混凝土澆筑能力、進度和質量的要求,本工程每個倉號混凝土采用分層平鋪法進行澆筑,φ50振搗棒振搗,澆筑時的分層厚度為40cm。
4.3.3 混凝土入倉強度
根據模板側應力計算,混凝土澆筑速度控制在1.5m/h以下。
4.3.4 混凝土分層分倉
(1)分層
本標段混凝土擋墻墻身高度不一,根據施工圖紙,墻身有7.2m、7.7m、8m、9m四種擋墻,混凝土施工分層根據設計體型、現場實際情況、相關規范進行。具體分層如下,現場施工時可根據實際需要進行相應調整。
1)墻身7.2m擋墻:
擋墻第一層(底板):0.8m;擋墻第二層:3.6m;擋墻第三層:3.6m。
2)墻身7.7m擋墻:
擋墻第一層(底板):0.8m;擋墻第二層:4m;擋墻第三層:3.7m。
3)墻身8m擋墻:
擋墻第一層(底板):1m;擋墻第二層:4m;擋墻第三層:4m。
4)墻身9m擋墻:
擋墻第一層(底板):1m;擋墻第二層:3m;擋墻第三層:3m;擋墻第四層:3m。
(2)分倉:本標段擋墻混凝土每10m劃分為一單元。
4.3.5 混凝土振搗
1)本工程倉面振搗按混凝土鋪料順序進行,以免造成漏振,確?;炷兩街柿?。
2)混凝土入倉后振搗采用φ50軟軸振搗器振搗,振搗時間以混凝土泛出浮漿,無明顯氣泡冒出且不顯著下沉為準,避免出現過振或漏振,確?;炷琳竦訪蓯?,充分排氣,防止出現蜂窩、麻面。
3)振搗器插入混凝土的間距,應不超過振搗器作業半徑的1.5倍。
4)振搗器應垂直按順序插入混凝土,間距一致,防止漏振。
5)振搗時將振搗器插入下層混凝土5cm左右。
6)振搗過程中,禁止振搗器沖擊模板、拉桿、排水管,以免造成模板、排水管移動。
4.3.6 混凝土養護
混凝土澆筑完畢后,及時安排灑水養護,保持混凝土面濕潤。在養護期間始終使混凝土表面保持濕潤?;炷裂な奔湟話悴簧儆?8d,混凝土養護由專人負責,并作為養護記錄。              
5 結束語
水工混凝土用于黃河防洪結構中,配合比設計時應充分考慮抗滲、抗凍以及水化熱引起的裂縫等;水工混凝土經常與環境水相接觸,要求具有較好的抗滲性;在寒冷地區,要求具有較高的抗凍性;在大體積構筑物中應用時,為防止溫度裂縫的出現,應摻粉煤灰等低水化摻合料,施工采用跳倉分層法等措施控制裂縫的發生,本文通過對水工混凝土原材料選擇、配合比設計、施工方法及質量控制措施等整個過程敘述,闡述水工混凝土應用過程中技術難點和質量控制要點。
參 考 文 獻
[1]中華人民共和國水利行業標準 SL 191-2008水工混凝土結構設計規范[S].北京:中國水利出版社,2009.
[2]中華人民共和國水利行業標準 SL 677-2014水工混凝土施工規范[S].北京:中國水利出版社,2014.
[3]中華人民共和國水利行業標準 SL 362-2006水工混凝土施工規范[S].北京:中國水利出版社,2006.
 
 
 

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