贫胶砂砾料(CSG)挡水坝施工技术研究

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:兰黎明
[导读] CSG筑坝(堰)技术试验应用研究,是闽浙联营体以洪口电站为载体完成的2004年度中国水利水电建设集团公司审批立项的科研项目。
(中国水利水电第十二工程局有限公司,浙江,杭州,310000)
  【摘  要】CSG为新型工艺,通称胶凝砂砾石,胶凝材料用量约80~100公斤,水泥用量约40~55公斤,胶凝材料用量少,而具有一定的抗冲刷能力,坝型介于砼面板堆石坝和碾压砼坝之间。用于挡水挡水坝及过水挡水坝筑坝,特别是30米高的挡水坝,国外处于探索实践阶段,在国内尚属首次。
  【关键词】贫胶砂砾料;挡水坝;施工技术
  一、概述
  CSG筑坝(堰)技术试验应用研究,是闽浙联营体以洪口电站为载体完成的2004年度中国水利水电建设集团公司审批立项的科研项目。
  CSG为新型工艺,通称胶凝砂砾石,胶凝材料用量约80~100公斤,水泥用量约40~55公斤,胶凝材料用量少,而具有一定的抗冲刷能力,坝型介于砼面板堆石坝和碾压砼坝之间。CSG曾用于浙闽联营体街面电站的下游挡水坝,用于挡水挡水坝及过水挡水坝筑坝,特别是30米高的挡水坝,国外处于探索实践阶段,在国内尚属首次。
  2006年1月10日,CSG挡水坝开始浇筑,4 月5日浇筑到顶。6月5日洪水过堰,6月6日堰顶水头约8m,超过设计度汛标准,CSG挡水坝经受了考验。
  二、CSG挡水坝施工
  1、施工总平面布置
  砼块模板预制场设在上游土石子挡水坝通往上游库区右岸13#路上。
  利用上游土石子挡水坝堰顶67m高程和子挡水坝58cm高程灌浆平台作为堆料场。在子堰后设另一集水坑抽排水。该集水坑和浇筑仓排水至50m高程砼子堰前集水坑,再排到土石挡水坝上游。
  2、砼分块开挖浇筑方案
  根据土石子挡水坝漏水和施工场地狭窄无法布置汽车入仓道路的现状,挡水坝范围内50~40m高程的砂砾料分成6块,逐块开挖、浇筑砼。
  从上游子挡水坝修筑临时便道,装载机装运水泥、粉煤灰和砂料至各浇筑块旁,挖掘机就近挖掘砂砾料拌和后,转料,平仓。
  砼为C10~C20振捣式CSG,砼按C10~C20常态砼要求投放胶凝材料,采用天然砂砾料和开挖碴料作骨料。振捣CSG砼拌和到目测基本均匀,并以手抓细料能粘聚为判断合格的辅助手段。
  基础砼利用挖掘机采挖大块石作临时模板,基础砼完工后,在大块石下游立木模,浇至设计要求的垂直边线。
  最终,EL40~57为C10~C20振捣式CSG砼,并埋设块径60cm以上的大块石 ;EL57~74.5为碾压式CSG砼;EL74.5~75.5为C20常态砼。
  3、CSG砼原材料
  水泥采用福建源鑫建材有限公司生产的福源鑫P?032.5袋装水泥。
  粉煤灰采用漳州后石火电厂生产的粉煤灰。
  石粉采用罗源石材厂生产的袋装石粉。
  EL40~57挡水坝振捣式CSG砼,主要采用河床天然料和进水口开挖料作粗骨料; EL57~74.5碾压式CSG砼,主要采用导流洞开挖石碴、大坝坝基开挖石碴、进水口开挖弃碴作粗骨料;EL74.5~75.6压顶和下游消能坎压顶砼采用料场筛分的级配料。
  砂料主要来源分为#1料场已筛分河砂、天然砂砾料、开挖渣料。
  已筛分河砂细度模数检测4次,分别为1.61~2.4,平均为2.2;开挖细渣料细度模数检测1次,为3.7。
  天然砂砾料含砂量检测5次,含砂量24%~56%,平均为44%。
  开挖渣料含砂量经检测为30%~50%。
  上述料源中5mm的粒料含量约占20%。
  天然砂砾料含泥量一般在2~4%。导流洞开挖洞渣料含泥量一般在1%,而进水口部份开挖渣料,含泥量达10%。
  4、碾压CSG砼施工配合比选择调整
  61.5m高程以下部位碾压CSG砼胶凝材料采用C40F40(水泥40 kg,粉煤灰40 kg)。 考虑到防洪渡汛需要,为提高早期强度,61.5m高程以上采用胶凝材料为C55F45的配合比。
  碾压CSG砼主要配合比如下:
  
  5、碾压CSG砼施工工艺的确定
  经技术和质检人员共同研究,CSG砼施工工艺主要设想及最终选择如下:
  (1)拌和考虑装载机、挖掘机、无动力拌和系统(MYBOX)三种方案,根据施工场地状况,最终采用挖掘机拌和方案。
  (2)砼材料采用体积法换算配料,水泥、粉煤灰分别用装载机装料,粗骨料和砂料采用挖掘机或装载机装料,在现场料坑内拌和。
  定期对对天然砂砾石或开挖渣料进行颗分试验,按照天然砂砾石和开挖渣料各自的含砂量,调整配料,控制混合级配砂率在30%~40%(不含上述料源中约占20%的=5mm粒料含量)。一般对洪口天然砂砾石和开挖渣料,按30%砂砾+70%渣料配料。
  碾压CSG砼采用挖掘机拌和6~8遍,到目测基本均匀,并以手抓细料能基本粘聚为判断合格的辅助手段。
  取料堆旁拌和6遍和8遍作对比并取拌和8遍的料堆旁和料堆顶部作对比,做砂浆容重差值和洗后骨料含量差值分析。
  以实测砼28天抗压强度的离差系数作为建立均匀性指标的基本资料之一。
  (3)碾压施工工艺主要参考RCC施工工法,施工设备尽量采用大功率振动碾,使用了RCC施工常用的12T双钢轮振动碾和用于面板堆石坝施工的26T振动碾。碾压层厚考虑40~60cm,具体碾压参数通过现场碾压工艺试验检验确定。
  (4)对松铺层厚40cm、压实层厚约30cm的,采用核子水份密度仪直接打孔检测。对松铺层厚60cm、压实层厚约50cm的,挖坑30cm深,坑内找平,再采用核子水份密度仪直接打孔检测。
  (5)变态砼加浆振捣主要考虑使用高频振捣器。
  (6)上下游面采用砼预制块作模板,为确保碾压施工安全,模板边富浆砼比碾压砼先施工或后施工,采用振捣器振捣。
  (7)根据初凝时间约19h、终凝时间约40h的室内试验结果,确定直接铺筑时间和加垫层铺筑时间。施工中考虑CSG为贫砼,层间结合要求相对不高,适当放宽层面处理标准。。
  6、主要施工设备和台班生产能力
  本工程中,一台挖机拌和90 m3 CSG砼,约需3小时,每小时可生产30 m3CSG砼。
  7、施工进度
  CSG挡水坝自2006年1月11日开浇,碾压施工至74.5高程后, 采用C20常态砼, 至4月5日施工至75.5高程。
  从本工程实践看,振捣式CSG砼每天升程可达约0.5~1.0 m,CSG砼每天升程可达约0.4~0.6m。
  8、挡水坝质量检测成果
  (1)竣工断面满足设计要求。
  (2)CSG振捣式砼28d龄期抗压强度试样平均强度7.1MPa,最大值10.1 Mpa ,最小值4.4 Mpa。
  (3)碾压式CSG压实容重共检测16次60点,实测压实容重2206~2431 kg/m3,均大于设计容重2200 kg/m3。
  28d龄期抗压强度试样共取样20组,平均强度6.05 Mpa,最大值10.2 Mpa,最小值4.5 Mpa,离差系数0.25,满足28天达4 Mpa以上的设计要求。
  28d龄期劈裂抗拉强度压8组,平均强度0.65Mpa,最大值0.95 Mpa,最小值0.42 Mpa。满足28天达0.35 Mpa以上的设计要求.
  (4)90d抗渗强度试样取1组,达0.2Mpa。
  (5)CSG挡水坝中的内部观测仪器观测成果未见异常。实测砼入仓温度约18℃,6月6日洪水前实测砼内部最高温度为23℃,绝热温升5℃~6℃,与室内试验成果基本吻合。
  三、挡水坝运行情况
  1、经检查估算,上游水位为58.5 m高程,CSG挡水坝漏水量约在3L/S左右。
  上游水位达65.5 m高程,CSG挡水坝漏水量约在10L/S左右。
  堰前水位达75.5 m高程,CSG挡水坝漏水量约在20L/S左右。
  漏水主要集中在左右岸堰头处,堰基和堰体无较大渗漏。
  2、2006年6月4日起,霍童溪流域普降大暴雨,上游3天内降雨量达200~400mm,多数区域一天降雨量140mm,局部区域一天降雨量达200mm以上。6月5日洪水过堰。6月6日洪水上涨至约83.5m高程,高过堰顶约8m。
  本次洪水坝址处流量约5400m3/s,根据设计水文资料和当日下游宁德水文局九都水文站的监测成果,本次洪水近50年一遇标准。
  退水后,经检查,除堰顶1米厚的常态混凝土约40%长度被冲掉外,其余部位均无损坏。挡水坝上未发现任何裂缝。下游面冲刷程度一般。挡水坝漏水量与过水前相应水位时相同。
  四、技术经济分析比较
  1、从造价上看,本工程CSG挡水坝方案工程量约为RCC挡水坝方案工程量的1.3倍,而CSG单价成本约为80~100元,RCC单价成本约为120~140元,初步估算同等施工条件下,CSG方案施工成本约为RCC方案的90%。
  综合考虑CSG挡水坝方案确保坝基开挖和大坝砼顺利浇筑带来的进度效益和节省的抽排水费用,CSG挡水坝方案更经济。
  采用无动力拌和系统(MYBOX)拌和CSG,施工成本应更低,比起RCC方案,经济性更明显。
  2、CSG比RCC水化热低,用于筑坝,可降低砼内温,减少坝体冷却降温费用,并减少坝体分缝处理费用。若经进一步研究,可望在投入较少的冷却降温费用后,实现全年不间歇施工。
  3、回顾施工过程,本工程的主要优点是采用天然料和开挖石碴就近翻拌、平仓,解决了分档级配料供应缺乏和因场地狭窄EL50以下汽车无法直接入仓的难题。
  4、采用挖掘机拌和振捣式CSG,只要挖掘机挖得动的天然料和开挖石碴,都可利用,料源选择范围更广。
  五、结语
  在6月6日洪水中,CSG挡水坝经受住超标准洪水的考验,说明本挡水坝施工满足安全性要求,CSG施工技术是可靠的,与类似RCC筑坝相比较,其经济价值可观,值得在其他领域推广应用,前景广大。
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