高性能混凝土在水工建筑物中的應用

仲深意

(華北水利水電學院工程監理中心 鄭州 450011)

1 工程概況

阿拉溝水庫樞紐工程位于新疆維吾爾自治區托克遜縣境內，是吐魯番地區重要控制性工程。總庫容4450萬m3，攔河壩高105.26m，興利庫容3050萬 m3，死庫容850萬m3，為Ⅲ等中型水利工程。該流域屬于干旱地區，植被差，地表裸露，土壤松散，河道縱坡較大，中上游河段水流流速大，山體切割破碎，當產生大量降水時，松散的土壤很容易被地面徑流侵蝕帶入河槽，增加水流中挾帶的泥沙，同時將形成大量的懸移質和推移質沖向下游。根據阿拉溝站多年觀測數據，平均懸移質輸沙量為23.2萬t，多年平均推移質輸沙量為5.80萬t，泥沙總量為29.0萬t。

水庫樞紐由瀝青混凝土心墻堆石壩、右岸岸邊開敞式正槽溢洪道、右岸導流兼沖沙放空洞、左岸輸水隧洞組和安全監測等組成。水庫建成后具有防洪、供水、灌溉等綜合利用效益。

導流洞布置在河床右岸，全長為1002.80m，由引水渠段、檢修閘井段、隧洞有壓段、工作閘井段、隧洞無壓段和出口明渠段組成。隧洞襯砌成型斷面為3.5m×4.5m，城門洞形，縱坡i=2%，隧洞無壓段采用鋼筋混凝土襯砌，厚度為0.8m。有壓段采用鋼筋混凝土襯砌，厚度為0.6m。

2 技術措施

初步設計中導流洞有壓段和無壓段均采用C25混凝土襯砌，導流洞在運行過程中水流速度達到39m/s，水流流速較快，且推移質較多，對底板和邊墻下部易產生沖刷。為保證導流兼沖沙放空洞運行安全和增大抗沖刷能力，經參考新疆已建伊犁恰甫其海水利樞紐工程導流隧洞、伊犁南干渠八一大板長26km的隧洞和巴州博斯騰湖東泵站等多項工程，采用高性能混凝土提高了混凝土的抗侵蝕和抗磨的成功經驗，又經咨詢吐魯番世界銀行貸款項目執行辦公室大壩安全專家小組后，建議進行優化設計。因高性能混凝拌和物具有良好的工作特性(亦稱和易性)、高耐久性、高抗滲性、高抗凍性、高體積穩定性、高抗壓強度、高抗侵蝕性、抑制堿骨料反應能力、低水膠比、低水化熱、抗沖耐磨等特點，最后確定無壓洞底板及底板以上2.5m邊墻采用C40W6F200高性能抗沖耐磨混凝土，但在施工過程中，卻發現該方案施工難度較大，考慮到隧洞沖刷主要由推移質產生，且僅發生在底部，為減少工程造價，提高施工進度，只將底板以上0.8m邊墻采用C40W6F200高性能抗沖耐磨混凝土，工作閘井底板以上0.8m邊墻也采用該混凝土，頂拱及其他部位采用C30W6F200混凝土。有壓洞全斷面采用C30W6混凝土，襯砌厚度0.6m。進出口段采用C20F200混凝土。

3 施工方法

3.1 隧洞混凝土澆筑的施工工藝

施工測量放樣→人工整修隧洞輪廓→建基面清理→墊層混凝土澆筑→底板鋼筋制安→止水帶安裝→模板安裝→底板澆筑→邊頂拱鋼筋制安→止水帶及埋件安裝、固定→鋼模臺車定位加固→堵頭模板安裝→混凝土入倉→人工平倉→振搗器振搗密實→拆模→灑水養護→伸縮縫處理→回填灌漿→固結灌漿。

3.1.1 鋼筋制安

鋼筋安裝完成后施工單位進行“三檢”:?幾何尺寸是否滿足設計要求;?各部位鋼筋的制作牌號與安裝牌號是否相同;?鋼筋綁扎和焊接是否牢固;?鋼筋綁扎的間距是否準確及均勻;?鋼筋與保護層的間距是否滿足設計要求，砂漿墊塊是否布置合理;?鋼筋表面是否清潔無污;?架力筋是否按設計布置;?鋼筋安裝的垂直度是否滿足設計要求;?橡膠止水安裝是否牢固等。

3.1.2 模板制作

直線段模板采用10m長定型鋼模臺車，彎道段采用常規拼裝鋼模按不等長度拼裝，以滿足轉彎半徑的需要。定型鋼模臺車拼裝前應對所到現場的鋼模板進行打磨、清理、校正，使其模板面平整、清潔。就位前涂刷脫模劑，就位后用油壓千斤配合螺旋桿將鋼模臺車加固鎖定于洞身開挖面，防止混凝土澆筑過程中發生形變或位移。

3.1.3 橡膠止水安裝

采用專門定做的環形閉合橡膠止水帶，從而避免了接縫，內部用鋼筋固定，外部用木模固定，以保證混凝土澆筑時不發生位移。

3.1.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑前對混凝土倉面進行清洗，倉面保持清潔無污物和無集水時方可混凝土入倉。混凝土由拌和站集中拌制，采用混凝土罐車將混凝土運送至現場，然后采用混凝土泵直接入倉。

隧洞底板采用跳倉澆筑，混凝土澆筑時保持連續性。待混凝土達到初齡后，將其對應的邊墻部位混凝土鑿毛并沖洗干凈。邊頂拱澆筑前，用泵送同標號砂漿，厚度3～5cm人工攤鋪均勻，以保證與二期混凝土銜接緊密，并選擇經驗豐富的混凝土工從鋼模臺車兩側預留的洞口進入倉內且倉內有足夠照明，待混凝土入倉后人工平倉，厚度約40～50cm，采用插入式振動器振搗，墻體兩側分層、均衡上升連續澆筑，防止鋼模臺車傾斜和受力不均造成鋼模變形。振搗時以一個方向開始到末端結束，依次振搗密實，振搗時間應控制適宜，防止過振、欠振和漏振，振搗時以混凝土表面無氣泡、無明顯流動和沉降為宜，上一層混凝土振搗時，振動器插入下一層混凝土5～10cm;無壓段待高性能混凝土澆筑至距底板0.8m時，更換混凝土配合比并加強振搗。當澆至起拱線頂拱時采用附著式振動器振搗。

3.2 養護

盡管高性能混凝土有許多特點，但也有缺點，即易產生早期開裂。所以拆模后應派專人及時養護并作好記錄，底板用線毯覆蓋并保持濕潤，養護期為28天。在工程實施過程中為了防止早期混凝土受風吹，在導流洞進出口處掛門簾，防穿堂風通過，從而避免了隧洞邊拱混凝土表面干裂。

隧洞回填筑灌漿和固結灌漿以及伸縮縫施工方法與普通混凝土隧洞施工方法相同，在此不再贅述。

4 質量控制

高性能混凝土的高性能不只是一個優質的設計方案和混凝土配合比能夠體現的，更重要的是施工單位開倉前要做好技術交底和安全交底，提高員工的實際操作能力，從各個環節上做到科學施工。監理要嚴格把關，通過參建各方的共同努力才能達到預期的目的。

4.1 原材料和中間產品

凡進場鋼筋、水泥、粉煤灰、外加劑(高效減水劑、引氣劑、膨脹劑)、橡膠止水、硅粉等原材料，以及砂石骨料等，監理工程師均按規范要求跟蹤檢測和平行檢測，合格后方可使用并做好標示，從源頭上把好質量關，做好事前控制。

4.2 混凝土開倉前檢查

監理工程師倉面驗收是在施工單位“三檢”合格的基礎上，對鋼筋型號、數量、模板、橡膠止水安裝是否滿足規范要求進行檢查檢測，同時檢查施工單位的質量保證體系如管理人員、技術員、施工員、測量員、試驗員、安全員等，施工人員如模板工、鋼筋工、混凝土工、電工、焊工等的到位情況，施工設備如混凝土攪拌車、混凝土泵、裝載機、備用電源等，原材料和中間產品如水泥、粉煤灰和砂石骨料的儲量等是否滿足開倉要求，以確保混凝土連續澆筑。混凝土開倉前，監理工程師對施工單位提交的混凝土施工配合比進行復核，且外加劑(其中引氣劑用85℃熱水按比例稀釋攪拌均勻后用量杯計量)、硅粉等分袋計量。經檢查檢驗全部合格后，最后由監理工程師簽發開倉證。

4.3 混凝澆筑及養護

混凝澆筑是重要工序，監理工程師要加強旁站監理，嚴把質量關，做好事中控制。因此在混凝土的拌和過程中嚴格控制水灰比，控制混凝土拌和時間和運輸時間，以滿足泵送混凝土的要求。定時或不定時地對出機口和入倉口處混凝土的坍落度、含氣量進行檢測，并按規范要求見證抗壓、抗凍和抗滲試件取樣并做好監理臺賬。

高性能混凝土養護十分重要，其目的就是保證混凝土硬化以及水泥的水化熱達到一定的程度，從而獲得性能優良的混凝土。因此在混凝土養護期間，監理工程師應定期不定期進行抽查，做好事后檢查。

5 結語

高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上，采用低水膠比，摻加高效減水劑和摻加超細礦物質和料等現代混凝土技術制作的混凝土，是以耐久性作為設計主要技術指標，并具有良好的工作性能、密實性、耐久性、強度、適用性和經濟性的混凝土。高性能混凝土在新疆已建幾個典型項目中成功的應用和實踐，對未來新建工程項目水工建筑物的抗侵蝕和抗磨將起著借鑒作用。本工程導流兼放空沖沙洞采用了高性能混凝土，目前已投入運行，能否經得起汛期推移質沖刷磨損，還有待在今后的運行中檢驗。?