白鶴灘水電站壩基柱狀節(jié)理玄武巖快速支護(hù)錨墩頭細(xì)石混凝土施工方法

田海洋

中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，云南昆明 650000

1 工程概況

白鶴灘攔河壩采用橢圓線型混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834m，最大壩高289m，左岸壩頂高程834m以下主要出露二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖，第四系松散堆積物主要分布于緩坡臺(tái)地上。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為原生構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造（包括斷層、層間錯(cuò)動(dòng)、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)、裂隙等）等形式。左岸拱肩槽邊坡主要由玄武巖構(gòu)成，可分別歸類(lèi)為巖質(zhì)超高邊坡、塊狀結(jié)構(gòu)邊坡，玄武巖中發(fā)育緩傾角錯(cuò)動(dòng)帶，具層狀邊坡的特征，且為斜順向坡。

左岸壩基高程660～600m為柱狀節(jié)理玄武巖，為控制左岸柱狀節(jié)理玄武巖壩基卸荷松弛及錯(cuò)動(dòng)帶剪切變形，設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究確定壩基高程650～600m預(yù)留5m保護(hù)層，并增加錨索錨固，左岸壩基高程650～630m施工程序：壩基開(kāi)挖至保護(hù)層頂面—巖石蓋重固結(jié)灌漿—保護(hù)層開(kāi)挖—壩基錨索施工—利用固結(jié)灌漿孔下砂漿錨桿。

壩基高程620～600m范圍保護(hù)層開(kāi)挖程序：壩基錨索施工與下梯段保護(hù)層開(kāi)挖、梯段前沿開(kāi)挖循環(huán)下降，梯段高度為5m，要求開(kāi)挖一層、錨固一層，保護(hù)層前沿與保護(hù)層開(kāi)挖高差不大于5m。

根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖，基坑壩基高程600～580m建基面布置有錨索，用于錨固壩基LS331錯(cuò)動(dòng)帶，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求，高程600～580m柱狀節(jié)理玄武巖壩基開(kāi)挖程序同高程620～600m保護(hù)層開(kāi)挖，本梯段壩基錨索施工與下梯段保護(hù)層開(kāi)挖、梯段前沿開(kāi)挖循環(huán)下降，梯段高度為5m，要求開(kāi)挖一層、錨固一層，保護(hù)層前沿與保護(hù)層開(kāi)挖高差不大于5m。

柱狀節(jié)理玄武巖在高圍壓狀態(tài)下力學(xué)參數(shù)較高，開(kāi)挖后改變了原始的應(yīng)力狀態(tài)，巖體將向臨空方向松弛；研究表明，壩基開(kāi)挖后，松弛厚度可達(dá)2～3m，力學(xué)指標(biāo)也有所降低，因此，柱狀節(jié)理玄武巖在開(kāi)挖后，巖體松弛是拱壩的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一，在開(kāi)挖完成后如何對(duì)建基面快速錨固、支護(hù)，有效防止建基面卸荷松弛，也成為建基面開(kāi)挖過(guò)程中的難題之一。

2 工程特點(diǎn)

在左岸壩肩槽開(kāi)挖至630m高程時(shí)，根據(jù)建基面開(kāi)挖的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，柱狀節(jié)理玄武巖開(kāi)挖后應(yīng)進(jìn)行快速錨索支護(hù)，上個(gè)梯段的錨索全部支護(hù)完成后才允許下個(gè)梯段開(kāi)挖爆破，以防止建基面錯(cuò)動(dòng)變形和卸荷松弛。

建基面630m高程以下錨索工程量大，使用普通混凝土對(duì)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索錨墩頭澆筑，受錨墩頭混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢、齡期較長(zhǎng)以及相鄰部位爆破影響等原因，直接影響預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工進(jìn)度，無(wú)法滿(mǎn)足壩肩槽快速開(kāi)挖施工的要求。

為解決壩肩槽錨索施工與開(kāi)挖之間的關(guān)系，保證建基面開(kāi)挖及預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工質(zhì)量，在總結(jié)原有施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新型KD-18高強(qiáng)灌漿材料，進(jìn)行了高強(qiáng)支座砂漿拌制細(xì)石混凝土試驗(yàn)，KD-18高強(qiáng)灌漿材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）KD-18高強(qiáng)灌漿材料是一種高性能聚合物改性的水泥基灌漿材料。

（2）采用了多種有機(jī)和無(wú)機(jī)添加劑，具有很好的施工性能。

（3）能夠自動(dòng)流平，凝固后早期強(qiáng)度發(fā)展快，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、無(wú)收縮等特點(diǎn)。

（4）在工地直接加水?dāng)嚢杓纯墒褂茫┕し奖恪⒖旖荨?/p>

（5）流動(dòng)性好，保持時(shí)間長(zhǎng)具有很好的粘聚性，不分層離析、不泌水。

（6）具有微膨脹性能，硬化后結(jié)構(gòu)致密，不收縮開(kāi)裂，具有較好的耐磨性和韌性。

使用KD-18高強(qiáng)灌漿材料拌制細(xì)石混凝土試驗(yàn)，以縮短建基面預(yù)應(yīng)力錨索的施工周期，加快施工進(jìn)度，滿(mǎn)足建基面快速開(kāi)挖支護(hù)的施工質(zhì)量、進(jìn)度要求。

3 施工方法及工藝

3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

本次試驗(yàn)部位選取在左岸大壩建基面645～640m高程MS-34#預(yù)應(yīng)力錨索錨墩頭為本次試驗(yàn)的錨墩頭。

3.2 施工設(shè)備及材料

試驗(yàn)開(kāi)戰(zhàn)前應(yīng)提前準(zhǔn)備以下施工資源：

（1）鐵鍬、電子臺(tái)秤、鐵皮、抹子、海綿、皮桶、Φ30振搗棒。

（2）KD-18高強(qiáng)灌漿材料、5～10mm碎石、水，本次細(xì)石混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用人工拌制（大批量施工時(shí)采用SJD-60型強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行拌制）。

3.3 配合比選擇

在依照原有施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選定錨墩頭澆筑使用細(xì)石混凝土的施工配合比具體如表1所示。

表1 混凝土的施工配合比（kg）

3.4 施工工藝流程

施工工藝流程：基礎(chǔ)巖面清理—安裝模板—按配合比稱(chēng)量拌制—倉(cāng)內(nèi)清理—澆筑細(xì)石混凝土—混凝土試件制作—養(yǎng)護(hù)。

（1）基礎(chǔ)巖面清理。清除錨墩頭施工范圍內(nèi)的松散巖石、軟弱夾層、水泥薄膜及垃圾，并將基礎(chǔ)巖面沖洗干凈，確保不留殘?jiān)⑺樾肌?/p>

（2）安裝模板。按照錨墩頭設(shè)計(jì)要求體型，使用木模板立模。

（3）按配合比稱(chēng)量、拌制。按照上述配合比稱(chēng)取KD-18高強(qiáng)灌漿材料、5～10mm碎石、水，采用人工拌制的方式充分?jǐn)嚢杈鶆颍?～10mm碎石在拌制前需清洗干凈且要保持干燥。

（4）倉(cāng)內(nèi)清理。在澆筑細(xì)石混凝土前應(yīng)將倉(cāng)內(nèi)殘留積水清理干凈。

（5）澆筑細(xì)石混凝土。澆筑過(guò)程中使用Φ30振搗棒進(jìn)行振搗，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，應(yīng)避免振搗過(guò)度而出現(xiàn)振搗性離析的情況，以保證澆筑密實(shí)。

（6）試件制作。細(xì)石混凝土在現(xiàn)場(chǎng)拌制完成后，由試驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)進(jìn)行取樣，制作標(biāo)準(zhǔn)試塊，檢測(cè)其材料性能指標(biāo)。

（7）養(yǎng)護(hù)。細(xì)石混凝土澆筑完成后及時(shí)跟進(jìn)養(yǎng)護(hù)。

3.5 注意事項(xiàng)

（1）混凝土工程施工前做好施工組織安排，包括施工現(xiàn)場(chǎng)布置、勞動(dòng)力組織、材料準(zhǔn)備，事先清理干凈細(xì)石混凝土拌制場(chǎng)地，高溫季節(jié)需進(jìn)行遮陽(yáng)防護(hù)措施，大風(fēng)季節(jié)設(shè)置圍擋。

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)攪拌設(shè)備、振搗資源進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查現(xiàn)場(chǎng)所需資源是否滿(mǎn)足施工需求。

（3）細(xì)石混凝土初凝時(shí)間較短，所拌料30min內(nèi)必須施工完畢。

（4）細(xì)石混凝土粘聚性很強(qiáng)，人工拌和不易攪拌均勻，少量施工可由人工快速拌制完成，大批量施工應(yīng)使用機(jī)械強(qiáng)制拌和。

（5）在現(xiàn)場(chǎng)拌制過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按要求控制加水量，以免造成漿液和骨料離析。

（6）應(yīng)提前根據(jù)需要澆筑的錨墩頭數(shù)量對(duì)細(xì)石混凝土使用量進(jìn)行合理的計(jì)算，避免過(guò)多拌制，造成浪費(fèi)。

（7）澆筑開(kāi)始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，確保振搗密實(shí)，嚴(yán)禁中途停工。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)拌制試驗(yàn)結(jié)果

本次現(xiàn)場(chǎng)拌制試驗(yàn)過(guò)程采用人工拌制，混凝土試件在現(xiàn)場(chǎng)取樣成型3組，齡期分別為24、48、96h，經(jīng)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，試件小時(shí)強(qiáng)度詳見(jiàn)表2所示。

表2 試件小時(shí)強(qiáng)度

3.7 室內(nèi)復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)室按上述配合比又進(jìn)行了室內(nèi)拌合試驗(yàn)，將KD-18高強(qiáng)灌漿材料拌制加水量控制在0.14～0.16∶1之間，本次室內(nèi)拌制按照0.16∶1進(jìn)行試拌。拌合物各項(xiàng)性能指標(biāo)詳見(jiàn)表3所示。

表3 拌合物各項(xiàng)性能指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拌制和室內(nèi)復(fù)核試驗(yàn)后，試驗(yàn)結(jié)果顯示采用KD-18高強(qiáng)灌漿材料拌制的細(xì)石混凝土24h抗壓強(qiáng)度已達(dá)到42MPa以上，滿(mǎn)足了建基面預(yù)應(yīng)力錨索張拉對(duì)錨墩頭強(qiáng)度的要求，若采用常態(tài)混凝土，澆筑完成后等強(qiáng)齡期需要7d，采用KD-18高強(qiáng)灌漿材料拌制的細(xì)石混凝土澆筑預(yù)應(yīng)力錨索錨墩頭后，建基面每個(gè)梯段開(kāi)挖爆破施工工期可節(jié)約6d，保證了建基面開(kāi)挖快速支護(hù)施工的質(zhì)量和進(jìn)度要求。