膠凝砂礫石在擋渣墻中的應用

董柯楠,李 坤

(1.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041; 2.福建永泰閩投抽水蓄能有限公司，福建 福州 350700)

膠凝砂礫石是介于碾壓型混凝土與堆石材料之間的一種新型膠凝材料[1]，其特點為根據施工條件就地取材、施工工藝簡單，在施工過程中充分體現工程安全、經濟合理、施工便捷、生態環保等方面的優勢，在促進水利工程建設可持續發展中具有良好的推廣意義。永泰抽水蓄能電站棄渣場擋渣墻為重力式擋墻結構，底寬為22 m、高為16 m、長為115 m，上游側坡比為1:0.1、下游側坡比為1:0.8。擋墻墻身采用C1806膠凝砂礫石，底部為C15混凝土基礎，頂部設0.5 m厚C20混凝土面層，膠凝砂礫石總量約為17 000 m3。本文主要對膠凝砂礫石施工技術進行介紹，通過現場生產性試驗和實際應用，形成了一套完整可行的施工工藝，為同類工程施工提供借鑒。

1 膠凝砂礫石施工工藝試驗

膠凝砂礫石施工工藝試驗內容主要包括配合比、拌和質量、鋪料厚度及碾壓遍數，依據施工規范及設計技術要求進行試驗。

1.1 試驗設備

試驗設備包括施工機械及檢測設備，施工機械主要有20 t自卸車6臺、3.0 m3裝載機、0.8 m3反鏟、6 m3混凝土攪拌運輸車及20 t振動碾。檢測設備主要包括維勃稠度儀1臺、含水量快速測定儀2臺、凝結時間測定儀1臺、核子密度/濕度檢測儀1臺及其他試塊制作、養護、強度測定等相關試驗檢測設備[2]。

1.2 試驗材料及配合比

1) 水泥：采用福建海峽水泥股份公司生產的建福牌P.O42.5袋裝水泥。

2) 粉煤灰：采用福州開發區華能實業有限公司生產的Ⅱ級袋裝粉煤灰。

3) 砂礫石：采用河灘砂礫石(最大粒徑≤300 mm)，粒徑<5 mm顆粒(砂)含量為31.3%(規范上不小于25%)。

4) 水：采用白云溪水。

5) 由工地試驗室以設計技術參數要求為依據，結合現場原材料情況進行設計，經監理工程師批復同意，最終確定在本工程使用的施工配合比(見表1)。

表1 膠凝砂礫石C1806施工配合比

1.3 試驗方法

分層厚度取50 cm、60 cm 2種，碾壓遍數取無振2遍、有振6遍及8遍2種[3]。

鋪料厚度按分層厚度增加為5～10 cm。分層厚度為 50 cm時，鋪料厚度取55～60 cm；分層厚度為60 cm時，鋪料厚度取65～70 cm。平整時大骨料集中部位進行現場翻拌，如有超徑骨料剔除至墻體上游面。在各試驗條帶布置網格測點，在鋪筑區外設置控制樁，在各條帶的網格測點上以顏色進行標記和編號，用水準儀測量并記錄初始厚度和相對高程，同時記錄松鋪厚度、大骨料分離情況、平倉速度等。

采用20 t振動碾進行壓實，碾壓方式采用進退錯距法。平倉后及時碾壓，振動碾行駛速度控制在1.0～1.5 km/h，相鄰碾壓帶間搭接寬度為0.3～0.4 m，端頭搭接不小于1.0 m。達到工藝試驗規定碾壓遍數后，表層基本泛漿。壓實后分別測量各網格測點在碾壓前后的相對高程變化，計算試驗條帶的平均沉降量，記錄碾壓遍數、壓實厚度等。

1.4 試驗結果

采用150 mm立方體試塊測定7 d、14 d、28 d及180 d強度，各齡期均取樣8組，強度檢測結果見表2。

表2 膠凝砂礫石C1806不同齡期抗壓強度檢測結果

根據檢測結果，7 d強度最小值為2.3 MPa，最大值為5.1 MPa，平均值為3.9 MPa；14 d強度最小值為4.4 MPa，最大值為7.2 MPa，平均值為6.1 MPa；28 d強度最小值為6.6 MPa，最大值為9.1 MPa，平均值為7.4 MPa。由于28 d強度均超過設計強度6.0 MPa，經參建各方討論認為試驗結果已滿足要求，且本工程工程量較小，工期短，可按擬定的配合比、鋪料厚度和碾壓遍數先行組織施工[4]。180 d強度為施工后測定，結果均滿足要求。

2 膠凝砂礫石擋渣墻施工

擋渣墻膠凝砂礫石利用附近河床砂礫石料經過裝載機配合人工剔除超徑卵石，在平整的拌和場地添加膠凝材料，用側卸裝載機、反鏟挖掘機進行機械拌和。擋渣墻膠凝砂礫石每倉澆筑1層，間歇1 d用于備料。

2.1 砂礫石開采制備及運輸

1) 從河床左側開始采集砂礫石料，并清理1條過水通道，采集的砂礫石料用20 t自卸車運輸至右側備料場進行脫水。采集過程中需挑選含泥量少的部位，備料場砂礫料用水進行沖洗。

2) 拌和前將脫水的砂礫料使用1臺挖機配合2臺自卸車由備料場運至拌料平臺，拌制8 m3膠凝砂礫石時沙礫石用量為2 326×8=18.608 t，在自卸車車斗標記對應的裝車位置高度。

2.2 拌和及運輸

1) 拌和材料用量

膠凝材料按重量法計量，砂礫料可按體積法簡易計量，水可用流量閥計量，以1車8 m3的膠凝砂礫石計算。

膠凝材料用量為：① 水泥45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分稱重計量)；② 粉煤灰45×8=360 kg，7.2袋(每袋50 kg，不足1袋部分稱重計量)。

砂礫料用量為：1車拌制8 m3膠凝材料的砂礫石量。

水：現場準備1個體積為V的水桶，計算將桶裝滿水所用時間t，則水流速為V/t。

2) 1次拌料堆使用3車砂礫料進行拌制，膠凝砂礫石拌和場地選在砂石系統2#中轉料場附近，理論拌和能力約為45 m3/h，滿足生產進度要求。

3) 現場安排10～12個袋裝水泥、粉煤灰的搬運、拆包、鋪撒工人，人工裝水泥、粉煤灰至裝載機鏟斗內，裝載機運輸水泥、粉煤灰至備料堆頂部進行人工拆包均勻鋪撒在料堆上。

4) 膠凝砂礫石拌和采用平地拌和法，用1臺反鏟挖掘機、2臺裝載機配合進行現場拌制，投料順序：砂礫石→水泥/粉煤灰→水。

5) 混凝土運輸采用20 t自卸車。混凝土VC值宜控制在3～8 s之間，骨料分離較小，滿足自卸車水平運輸要求。

2.3 卸料及平倉

1) 現場布置及卸料平倉示意見圖1。自卸車卸料時，堆料旁出現的分離骨料應剔除，防止大骨料集中。

圖1 現場施工布置及平倉、碾壓示意(單位：m)

2) 采用平鋪法連續鋪筑，自卸汽車直接進倉退鋪法卸料，自進料口的另一側退鋪至進料口處。

3) 攤鋪時為保證壓實范圍，要求墻體下游加鋪0.2 m寬，碾壓完后對邊坡采用反鏟挖機配合人工進行修整。

4) 根據生產性試驗結果，50 cm碾壓層攤鋪厚度約為55～57 cm，60 cm碾壓層攤鋪厚度約為66～69 cm，灘鋪厚度應均勻，平整大骨料集中部位進行現場翻拌，如有超徑骨料剔除至墻體上游面。

5) 采用反鏟挖掘機進行平鋪，邊角部位可以采用人工進行補料。

6) 運輸車輛進入澆筑倉面前，車輪沖洗干凈，避免污染澆筑倉面。

2.4 碾壓

1) 碾壓方向[5]垂直于水流方向，碾壓條帶間的搭接寬度為30～40 cm，縱向端頭搭接不小于1.0 m。

2) 現場碾壓層厚度為50 cm時，振動碾行走速度為1.0～1.5 km/h，碾壓遍數為先無振2遍，再有振6遍，檢測其表觀密度、壓實度指標，直至檢測結果滿足設計要求。

3) 現場碾壓層厚度為60cm時，振動碾行走速度為1.0～1.5km/h，碾壓遍數為先無振2遍，再有振8遍，檢測其表觀密度、壓實度指標，直至至檢測結果滿足設計要求。

2.5 坡面處理

下游1:0.8的坡面在攤鋪時加寬填筑20 cm膠凝砂礫石料，挖機配合人工清理結構線外的膠凝砂礫石料，壓路機壓實后坍塌的部位人工鏟細料補齊，最后抹2 cm水泥砂漿收面。

2.6 層間處理

施工縫應進行縫面處理，清除縫面硬化的浮漿及松動骨料，沖洗干凈，縫面處理干凈后刮鋪2 cm的砂漿，砂漿強度等級高出膠凝砂礫石強度一個等級[6]。

2.7 分縫

在擋墻南北兩側邊坡起坡處附近各設置1道2 cm寬的結構縫，預埋侵瀝青松木板，再回填碾壓料進行壓實。

2.8 墻背卵石層回填

墻背卵石層在膠凝砂礫石開倉前備置在擋渣墻體上游結構線外，在膠凝砂礫石鋪筑完成后用反鏟挖機將卵石同膠凝砂礫石同鋪，并同時進行碾壓。

2.9 養護

施工過程中保持倉面濕潤，膠凝沙礫石終凝后用土工布覆蓋并噴水養護，養護工人2個，白天和夜間各安排1人進行養護。養護至下一層鋪設，頂層養護至面層混凝土澆筑。

2.10 膠凝砂礫料質量控制要求

1) 砂礫料要有一定的脫水時間[7]，將河灘料提前挖運至備料平臺，給予一定的脫水時間。

2) 拌制過程中，嚴格控制各種材料的稱量準確性，確保膠凝砂礫石的原材料用量滿足配合比要求。

3) 膠凝砂礫料碾壓混凝土質量的檢測，可從拌和廠隨機取樣，檢測項目、頻次按相關的試驗規程及施工規范確定。

4) 膠凝沙礫石攤鋪時應按表3進行檢測，并做好記錄[8]。

2.11 施工過程質量檢測結果

在施工過程中，所檢測的主要項目結果為：共檢測壓實容重34個測點，檢測結果最低值為97.1%，最大值為98.8%，平均值為98.4%，滿足設計及規范要求(設計要求為93%)；共檢測VC值509次，檢測結果為3.2～6.8 s，滿足設計及規范要求；共取樣試件43組，抗壓強度檢測結果為6.7～9.2 MPa，滿足設計及規范要求。從上述檢測結果分析，永泰抽水蓄能電站棄渣場擋渣墻膠凝砂礫石施工中各項質量檢測項目結果符合設計及規范要求。

3 結語

永泰抽水蓄能電站棄渣場擋墻設計施工過程中，充分發揮了膠凝砂礫石施工技術的特點， 利用工程當地的河灘礫石就地取材、施工工藝簡單、速度快、經濟性好。施工前通過生產性試驗對工藝參數進行驗證優化，施工中加強工序質量控制，保證按照擬定的工藝參數施工，在保證工程質量的前提下，加快施工進度，降低施工成本，具有良好的社會效益和經濟效益。試驗及施工過程中強度檢測結果表明28 d強度即可達到設計要求，文中配合比、強度、鋪料厚度、碾壓遍數等數據可供同類工程參考，應用前根據實際情況進行試驗調整。

表3 膠凝砂礫石鋪筑現場檢測項目及標準