HARD—FILL（貧膠混凝土）混凝土技術(shù)在N—J項(xiàng)目的應(yīng)用與研究

摘 要：根據(jù)Neelum-Jhelum汛期行洪標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合壩基砼施工強(qiáng)度需要，通過參考國(guó)際上已經(jīng)取得的相關(guān)成果報(bào)告，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)貧膠混凝土生產(chǎn)性試驗(yàn)，擬定相應(yīng)配合比參數(shù)及工藝標(biāo)準(zhǔn)并指導(dǎo)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：HARD-FILL；N-J項(xiàng)目；圍堰；研究應(yīng)用

1 概述

Neelum-Jhelum大壩地址位于巴基斯坦Neelum河，接近NAUSERI地區(qū)上游41公里處。為保證壩體混凝土施工不受汛期影響，故采用上游圍堰擋水，縱向圍堰汛期導(dǎo)排流方式。

上游圍堰距壩軸線上游97.9m，考慮到汛期流量、堰體基礎(chǔ)、工程進(jìn)度、過流沖刷、承力荷載及功能年限等因素，本著最大限度利用本地資源，節(jié)約成本的原則，利用沉砂池挑選料結(jié)合實(shí)驗(yàn)給出的膠凝材料參數(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)合理的拌制，最終確認(rèn)HARD-FILL（貧澆混凝土）配合比，并成功用于N-J圍堰施工。

2 貧膠混凝土筑壩技術(shù)國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

貧膠混凝土筑壩技術(shù)是國(guó)際上近年發(fā)展起來的新型筑壩技術(shù)，國(guó)際工程中關(guān)于此類命名也未統(tǒng)一，有的叫做“POOR CEMENTED METERIAL CONCRETE DAM”，N-J工程通俗稱謂“HARD-FILL CONCRETE”其特點(diǎn)是采用少量的膠凝材料和砂礫石材料（包括砂、石、礫石等）拌合筑壩，使用高效率的土石方運(yùn)輸機(jī)械和壓實(shí)機(jī)械施工，施工快速、節(jié)省投資、安全和環(huán)境友好。與常規(guī)的混凝土或散粒體筑壩比，有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年在日本、土耳其、希臘、法國(guó)、菲律賓等國(guó)家的永久工程得到應(yīng)用。

Hard-Fill CONCRETE（貧膠混凝土）結(jié)合了碾壓混凝土壩和混凝土面板堆石壩的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的地基適應(yīng)性和較高的安全性，近年來在國(guó)外已得到一定程度的應(yīng)用，其中以日本居多，特別是在圍堰中。因?yàn)樗且环N新型筑壩技術(shù)，實(shí)踐研究剛剛起步，國(guó)際上也無任何認(rèn)證的施工標(biāo)準(zhǔn)體系，故此技術(shù)在國(guó)內(nèi)工程施工中幾乎是空白，有資料可查的是2006年，在中國(guó)福建洪口電站上游圍堰運(yùn)用了貧膠混凝土圍堰施工技術(shù)，取得了良好的效果。Hard-Fill CONCRETE （貧膠混凝土）在N-J項(xiàng)目的成功運(yùn)用給今后國(guó)內(nèi)此類技術(shù)的研究及探討墊定了理論依據(jù)！

3 圍堰的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及堰體結(jié)構(gòu)形式

3.1 圍堰設(shè)計(jì)

上游圍堰按照500m3/s擋水標(biāo)準(zhǔn)。過水標(biāo)準(zhǔn)按照十年一遇，洪峰流量1500m3/s。

汛期分三期導(dǎo)流，洪峰由導(dǎo)流隧洞和圍堰堰頂過流。圍堰堰頂長(zhǎng)度96.9m，堰高20m，堰底寬度31.85m，堰頂寬度5m。堰體主要骨料來源于沉砂池挑選的沙礫料。總體回填方量18000m3。

3.2 堰體結(jié)構(gòu)

4 生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)分析

為了了解貧膠混凝土性能并確定施工工藝，在施工現(xiàn)場(chǎng)選定合適的場(chǎng)地進(jìn)行了貧膠混凝土生產(chǎn)性試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)材料

骨料：采用沉砂池高程1046m層面的開挖的砂礫石。采用挖坑的形式對(duì)沉砂池的砂礫石進(jìn)行了顆粒分析，在篩分過程中，骨料不是足夠干燥，有少量的細(xì)顆粒粘附在粗骨料表面造成砂礫石中砂的含量比實(shí)際稍微偏小。對(duì)骨料中的砂做了含泥量試驗(yàn)，樣品一和樣品二中的含泥量分別為8.3%和10.9%。顆粒分析的結(jié)果見表1。

表1 沉砂池砂礫石顆粒分析結(jié)果

4.2 配合比

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用兩種配合比，配合比見表2。

表2 配合比

4.3 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果

4.3.1 壓實(shí)后的密度

采用配合比一，靜碾2遍→振動(dòng)碾6遍→靜碾2遍，現(xiàn)場(chǎng)用灌水法檢測(cè)的干密度為2.188g/cm3。采用配合比二，靜碾2遍→振動(dòng)碾8遍→靜碾2遍，現(xiàn)場(chǎng)用灌水法檢測(cè)的干密度為2.337g/cm3。

4.3.2 室內(nèi)成型抗壓強(qiáng)度

從現(xiàn)場(chǎng)配合比二的拌合物中取樣到室內(nèi)成型。現(xiàn)場(chǎng)不方便架設(shè)振動(dòng)臺(tái)，只能到室內(nèi)成型，從現(xiàn)場(chǎng)到試驗(yàn)室距離較遠(yuǎn)，又是中午氣溫比較高水分損失比較大，導(dǎo)致室內(nèi)成型效果不佳。室內(nèi)成型7D和28d兩個(gè)齡期，每個(gè)齡期分別成型3個(gè)試件。7D試件強(qiáng)度較低，幾乎無抗壓強(qiáng)度。見圖1。28D抗壓強(qiáng)度分別為2.76MPa（50kN）、1.93MPa（35kN）、2.20MPa（40kN），平均抗壓強(qiáng)度為2.30MPa。見圖2

圖1 室內(nèi)成型7d試件 圖2 室內(nèi)成型28d試件1

4.3.3 現(xiàn)場(chǎng)取芯

7D齡期時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)的貧膠混凝土中取芯。分別在兩個(gè)配合比各取兩個(gè)芯樣。可能因?yàn)閺?qiáng)度低導(dǎo)致無法取出適合做抗壓強(qiáng)度的芯樣。見圖3-4

14D齡期時(shí)，在兩個(gè)配合比中各取四個(gè)芯樣，完整取出來的各兩個(gè)，適合做抗壓強(qiáng)度的各一個(gè)。見圖5-6。

圖5 配合比一中取芯試件 圖6 配合比一中取芯試件

28D齡期時(shí)，在兩個(gè)配合比中各取三個(gè)芯樣，在配合比一中取出兩個(gè)芯樣，一個(gè)適合做抗壓強(qiáng)度；在配合比二中取出三個(gè)芯樣都適合做抗壓強(qiáng)度。芯樣抗壓強(qiáng)度見表3。見圖7-8。

表3 芯樣抗壓強(qiáng)度

圖7 配合比一取芯試件 圖8 配合比二中取芯試件

4.3.4 試驗(yàn)總結(jié)

通過生產(chǎn)性試驗(yàn)成果來看，保證拌合物拌和均勻的情況下，兩種配合比28D抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到3MPa以上，均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。如果適當(dāng)增加骨料的砂率并且選擇合適的碾壓層厚更有利于貧膠混凝土強(qiáng)度。鑒于當(dāng)?shù)夭牧蟽r(jià)格對(duì)比，降低成本，此工程采用第二種配合比（不含礦粉模式）。

為保證貧膠混凝土的質(zhì)量，用于貧膠混凝土骨料最大粒徑不能大于200mm，通過現(xiàn)場(chǎng)干密度試驗(yàn)，采用靜碾2遍→振動(dòng)碾8遍→靜碾2遍碾壓方式效果更佳。

5 HARD-FILL Concret（貧膠混凝土）施工工藝

5.1 拌制、攤鋪、平倉及碾壓工藝

按照事先篩選的骨料，選定合適并有益于現(xiàn)場(chǎng)操作的稱量標(biāo)準(zhǔn)，采用人工控制水泥及摻水量，配合挖裝設(shè)備進(jìn)行充分拌制，拌制時(shí)首先干混拌制數(shù)遍后再加水拌制。已拌制好的成品混凝土存放等待入倉時(shí)間不應(yīng)超過2個(gè)小時(shí)。

5.2 薄層碾壓連續(xù)上升施工工藝

采用自卸車入倉方式，貧膠料采用平攤法鋪料，推土機(jī)平整，以避免自卸車過度碾壓影響砼質(zhì)量。25T振動(dòng)碾采用靜碾2遍→振動(dòng)碾8遍→靜碾2遍碾壓方式，為避免膠結(jié)材料與碾壓滾筒粘結(jié)，實(shí)際操作過程可采用“快進(jìn)慢退”的碾壓方式。攤鋪厚度35cm-40cm，為保證各碾壓層面的有效結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)采用噴霧設(shè)備連續(xù)作業(yè)（溫度高于30度時(shí)），每個(gè)層面施工必須在12小時(shí)內(nèi)完成，超過12小時(shí)做施工縫處理。且最低碾壓密實(shí)度不小于98%。

為保證貧膠混凝土的連續(xù)上升，圍堰上游面采用模板樣架優(yōu)先，兩套多卡模板均衡上升模式。圍堰下游采用預(yù)制塊吊裝模式。

5.3 新的誘導(dǎo)縫、橫縫成縫方式，更有利于貧膠砼的快速施工

為滿足優(yōu)質(zhì)高效的施工，現(xiàn)場(chǎng)采用自行式液壓振動(dòng)破碎錐改裝的切縫設(shè)備，彩條布填縫新的施工工藝，取得了良好的效果。

5.4 變態(tài)砼擴(kuò)大到岸坡建基面進(jìn)一步簡(jiǎn)化了施工，保證了質(zhì)量，加快了進(jìn)度

為降低迎水面及岸坡建基面的滲透，采用上下游模板區(qū)域及岸坡段1m寬的范圍內(nèi)加漿人工振搗方式。水泥漿液水灰比1：2按照40L/m3控制加漿量。

6 HARD-FILL Concret（貧膠混凝土）在N-J項(xiàng)目的成功展示

上游貧膠混凝土圍堰施工期僅僅用時(shí)一個(gè)月，期間包括天氣等諸多因素的干擾。理論中僅僅通過國(guó)際相關(guān)貧膠混凝土的簡(jiǎn)單論述，實(shí)踐過程中嚴(yán)格按照模擬現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)成果嚴(yán)格控制，在施工過程中也總結(jié)出了適用于當(dāng)?shù)貧夂驐l件的施工工藝流程。

圖片一：已經(jīng)形成的上游圍堰

圖片二：超過500m3/s堰頂沖水口過水照片

圖片三：超過1000m3/s堰頂過流照片

圖片一

圖片二

圖片三

7 研究展望

隨著我國(guó)各項(xiàng)工作的深入、設(shè)計(jì)理論的完善、施工方法的改進(jìn)，貧膠砼在施工中的技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得了一定成果。就當(dāng)前國(guó)內(nèi)已建和在建工程而言，結(jié)合我國(guó)氣候特征及當(dāng)前研究成果，仍有一些問題需要深入研究探索，部分工程技術(shù)問題需要解決。

貧膠混凝土裂縫是一個(gè)普片性的問題。在確定氣溫、大氣相對(duì)濕度、風(fēng)速及太陽輻射等條件下，研究裂縫開展機(jī)理、發(fā)展規(guī)律及相應(yīng)的解決方法將是未來研究的內(nèi)容，此外由于貧膠混凝土的獨(dú)特方法，層間接觸面是壩體的薄弱環(huán)節(jié)，層間裂縫及滲水是關(guān)鍵問題，應(yīng)用從材料研究入手，解決新型材料、新老材料層面的粘結(jié)性、防滲等問題。

針對(duì)嚴(yán)寒干旱地區(qū)氣候條件及寒冷干旱地區(qū)貧膠混凝土特殊施工方法，研究其溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力的時(shí)空分部變化規(guī)律，就干旱條件下的水分散失理論進(jìn)行深入研究，確定現(xiàn)場(chǎng)貧膠砼的各項(xiàng)指標(biāo)（VC值、水膠比及單位用漿量等）滿足實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要求）。

目前對(duì)貧膠混凝土施工期及運(yùn)行期的溫度、徐變應(yīng)力仿真計(jì)算研究的框架剛剛起步，仿真計(jì)算參數(shù)的選取存在不穩(wěn)定性，尚待深入研究。

解決上述問題能為我國(guó)已建、在建貧膠混凝土工程提供可靠的理論支持和技術(shù)保障，是推動(dòng)貧膠混凝土筑壩技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。