李 成,梁 林,朱自立

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550000）

1 引言

水利水电工程施工成本较高,为控制成本,导致混凝土骨料一般由附近料场加工。用于水工混凝土的砂石骨料,涉及到的原岩种类繁多。目前涉及到的材料来源有正长岩、白云岩、石灰岩、大理岩、砂岩、石英岩、花岗岩、片麻岩、玄武岩、辉绿岩等。不同品种的骨料特性迥异,对混凝土的性能必然造成影响。

玄武岩骨料碾压混凝土力学、变形、热学性能方面,其抗压强度大、波动大又不稳定,但能够基本满足施工要求。由于玄武岩骨料的特点是弹性模量大,线膨胀系数高,同时由于玄武岩骨料的热物理性能不佳,骨料内部的气孔稍多,比热较大,玄武岩混凝土的导温、导热方面的性能较差,这给混凝土的热传导带来不利的影响。上述特点造成了玄武岩混凝土在施工中经常会出现温度裂缝的现象[1]。

目前国内水利水电工程上,二滩、溪洛渡、白鹤滩等工程项目主要为玄武岩骨料常态混凝土坝,官地、金安桥、大朝山、象鼻岭等工程项目[2-13]主要为玄武岩骨料碾压混凝土坝,玄武岩骨料混凝土坝工程项目见表1。

表1 玄武岩骨料筑坝工程

表2 防洪墙沿基底面的抗滑稳定安全系数

综合目前国内玄武岩筑坝材料应用情况,主要分析其存在制砂石粉含量低；制沙产量不高,细度模数较大；针片状粗骨料含量较高,粒状较差；水泥用水量明显上升；制砂脱水难；干缩及抗裂性能等方面存在一定的不足。

2 雨汪河水库玄武岩骨料碾压混凝土筑坝特点

2.1 项目介绍

雨汪河水库工程位于贵州省水城县龙场乡境内,水库总库容为1112 万m3,工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型。枢纽工程部分主要包括大坝、泄洪表孔、取水兼放空管等建筑物。大坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高为49.5 m,坝顶长度和宽度分别为157.3 m 和6 m。混凝土浇筑工程量为105505 m3。

2.2 玄武岩骨料生产加工

大坝使用的砂石料是玄武岩。玄武岩骨料生产加工时碎石针片状较多,粒形差,加工及制砂困难,产砂率低,制砂脱水难。项目部对玄武岩骨料进行了改进。选用单缸液压圆锥破和双电机立轴式制砂机（石打铁）,解决破碎整形和制砂要求高问题。增加两台制砂机,同时对各层的筛网尺寸进行反复调整,增设几种不同孔径的筛网以用于搭配使用,便于石粉快速沉积,降低石粉流失,提升制砂量和含砂量,从而改善洗砂机尾堰中水流速度。

2.3 碾压混凝土配合比

根据配合比试验,本工程水泥采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥,由水城海螺盘江水泥有限责任公司生产；粉煤灰采用II 级粉煤灰,由大唐贵州发耳发电有限公司生产,二级配和三级配碾压混凝土中, 粉煤灰的掺量分别为55%、60%。粗骨料粒径小石:5 mm～20 mm,中石:20 mm～40 mm,大石:40 mm～80 mm；二级配小石：中石比例为40∶60；三级配小石：中石：大石比例为30∶30∶40；碾压混凝土用减水剂为GTA聚羧酸高性能减水剂,掺量为1.2%,由贵州鑫科信建材有限公司生产；引气剂采用GTA,由贵州鑫科信建材有限公司生产,在二级配和三级配碾压混凝土中,引气剂的掺量分别为0.15%、0.12%。

砂细度模数FM=3.00,由于砂子的细度模数略微偏大,且含粉量偏少,所以配合比设计中采用粉煤灰取代5%的砂,以弥补砂中石粉含量不足的情况,改善混凝土的施工性能,确保混凝土的施工质量。

3 大坝混凝土浇筑过程

3.1 施工场地布置

施工期场地平面布置（图1）主要包括大坝施工区、加工厂、临时营地、料场、渣场、骨料加工及混凝土生产系统等。由于场地限制,前期加工厂及临时营地设置于库区截流水位以上1465 m 高程位置。

图1 施工场地布置

3.2 碾压混凝土重力坝分仓浇筑规划

大坝除齿槽、垫层、首层及顶层碾压混凝土外,均设置3 m 一阶,每一阶分10 层浇筑。溢洪道采用阶梯消能,同时下游坝面为台阶式布置,综合坡比1∶0.8。大坝设置4 条诱导缝。1479 m 高程以下以3 号诱导缝为界,分两仓浇筑,其他诱导缝以切割方式成型。1479 m 高程以上,以溢洪道两侧为界,分三仓浇筑。大坝内部设置灌浆廊道。

3.3 大坝混凝土入仓方式及施工工艺

根据现场地形条件,工程全程采用自卸汽车直接入仓,随着大坝浇筑高程逐步提升,将入仓道路随之升高的方法,避免溜槽或溜管等复杂的工艺。均衡连续地进行碾压混凝土的铺筑作业,对铺料和卸料方向进行严格控制,减少交叉影响,保证铺筑的施工质量。根据现场碾压工艺性试验,碾压遍数采用先无振2 遍,再有振8 遍,见图2～图3。

图2 混凝土入仓方式模拟

图3 混凝土施工工艺

3.4 4D 施工进度模拟

利用BIM 技术对工程导流洞开挖、工程截流、边坡开挖支护、混凝土浇筑、安全度汛等工作进行施工进度模拟,以协助对资源配置及工程进度管理的合理安排。本工程关键线路为：工程准备→导流工程施工（坝肩土石方开挖）→截流→坝基开挖→大坝垫层混凝土浇筑→坝基固结灌浆→大坝坝体混凝土浇筑→闸墩及边墙混凝土浇筑→交通桥及启闭机室混凝土浇筑→闸门制安→导流洞下闸封堵、蓄水→完工清场,见图4。

图4 4D 施工进度模拟

图5 雨汪河水库大坝裂缝标记

图6 雨汪河水库大坝裂缝标记

4 雨汪河水库大坝裂缝成因分析与处理措施

4.1 裂缝成因分析

雨汪河水库碾压混凝土坝体上、下游面出现裂缝情况：下游坝面裂缝位于2#诱导缝与3#诱导缝之间,桩号坝横0+068～0+073 范围,在1456 m～1474 m 高程之间的台阶立面、平面均有出现,裂缝宽度为0.2 mm～0.5 mm 不等,裂缝近似于竖直分布；上游坝面裂缝位置为桩号坝横0+074.5 附近,在1456 m～1459 m 高程,裂缝宽度为0.2 mm～0.3 mm,裂缝近似于竖直分布。通过BIM 技术应用,结合三维模型、实体建筑及设计图纸,将裂缝详细情况在三维模型中还原,使得裂缝分类井然有序。

经过对大坝基础地质素描、坝体内温度计监测数据、冷却水管统计台账,测缝计监测数据等资料分析,裂缝由温度应力产生。

4.2 裂缝处理措施

（1）施工期处理：为防止现有裂缝进一步向上扩展,在裂缝处布设骑缝钢筋,用以对裂缝进行并缝处理,在浇筑下一仓坝体碾压砼（1477 m～1480 m）时,在下部坝体裂缝位置的仓面上布置骑缝钢筋网,垂直于裂缝方面的受力筋采用25@200,分布钢筋采用12@200；骑缝钢筋共布置2 层,层间间距250 mm；在平面上,上游面在桩号坝横0+072.5～0+076.5 范围布置,下游面在桩号坝横范围布置。

（2）施工期后期处理：施工期经布设骑缝钢筋处理之后,大坝继续浇筑,待大坝封顶后,需对裂缝进一步检测、分析,进而对坝体上下游面的裂缝做进一步的灌浆等相关处理,以保证大坝的整体防渗效果。

（3）施工期温控需加强。从相关监测等数据显示,冷却效果不理想,存在冷却水管进水温度偏高,导致坝内混凝土降温不及时,坝内混凝土峰值温度、稳定温度均偏高等问题,结合已提交的《大坝冷却水管设计图》,落实好通水冷却温度控制的相关规定和要求。

①温控指标要求

②冷却水应采用低温河水或者制冷水,冷却水温度应为10℃～12℃,通水流量为20 L/min～25 L/min,每12 h 改变一次通水方向；初期通水时间可为21 d,且停止初期通水后的坝体稳定温度,不超过20℃～25℃；坝内混凝土最终的稳定温度应为14℃～18℃。

③大坝混凝土人工冷却分为初期、中期、后期冷却。初期冷却主要作用是为削峰,通过通冷却水的方式,控制坝体混凝土温度,使其在合理范围内。且停止初期通水后的坝体稳定温度不超过20℃～25 ℃；中期冷却应该在冬季低温来临之前通冷却水,可选择外界大于8℃的天气,通冷却水,使得坝体混凝土温度稳定在14℃～18 ℃。通冷却水时应结合坝体内温度计实时监测数据,保证冷却效果,满足坝体混凝土温控指标要求。

④对于已拆模的坝体混凝土表面, 当日平均气温低于3 ℃时,需采用泡沫、喷聚氨酯等材料对坝面进行保温,保证混凝土表面温度不低于5 ℃。

5 结语

（1）前期砂石料场生产的砂的石粉含量偏低,细度模数偏大。通过对砂石骨料生产设备及骨料粒型进行改进,严格控制砂石料质量,取得了较好的效果。

（2）碾压混凝土的砂率根据现场实际生产的砂的细度模数和含粉量作相应调整,当砂子细度模数略微偏大或含粉量少于15%时,根据现场实际情况用粉煤灰取代一定数量的砂,保证含粉总量能满足15%,以弥补砂中含粉量不足的情况,改善混凝土的施工性能,确保混凝土的施工质量。

（3）经过对大坝基础地质素描、坝体内温度计监测数据、冷却水管统计台账,测缝计监测数据等资料分析,裂缝由温度应力产生。从施工期、施工后期等重点控制要素出发,通过制订一整套较为完善的处理措施,并积极落实,取得了较好的效果。