板橋水庫溢流壩水下澆筑混凝土防滲面板施工技術(shù)

趙國亭

(駐馬店市板橋水庫管理局，河南 駐馬店 463000)

1 基本情況

1.1 水庫概況

板橋水庫位于淮河支流汝河上游河南省駐馬店市驛城區(qū)板橋鎮(zhèn)，水庫始建于1951年，是一座以防洪為主，結(jié)合城市供水、灌溉、發(fā)電和養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。板橋水庫復(fù)建工程蓄水后，混凝土溢流壩滲漏嚴(yán)重，2012年大壩安全鑒定為三類壩。板橋水庫為駐馬店市城市供水唯一水源地，在保證城市供水的前提下，進(jìn)行水庫除險加固。

1.2 工程情況

凝土溢流壩段長150 m，8個表孔1個底孔，上游建基面最低高程72.20～75.80 m，表孔壩段堰頂高程104 m，正常水位111.50 m，壩頂高程120 m。混凝土溢流壩滲漏處理方案是在混凝土溢流壩迎水面水下澆筑混凝土防滲面板，結(jié)合壩內(nèi)廊道化學(xué)灌漿。防滲面分縫與溢流壩現(xiàn)有分縫對應(yīng)，縫寬20 mm，基礎(chǔ)最低高程72.20 m，頂部高程102.28 m，基礎(chǔ)寬1.50 m，厚0.30～1.50 m，面板厚0.40 m，C30不分散混凝土，抗?jié)B標(biāo)號為W8，抗凍標(biāo)號為F100。最大作業(yè)水深38 m，水下澆筑混凝土工程量1 415 m3。

2 建基面清理

2.1 壩基清理

經(jīng)勘測壩基最大淤積厚度6.50 m。設(shè)計壩前1.50 m范圍淤積物清至基巖，清淤邊坡1∶6，清淤量1.50×104m3。運(yùn)用清淤設(shè)備采用SSYA350型氣動式深水清淤機(jī)，可將淤積物與水的混合物輸入泥漿中轉(zhuǎn)池，利用中轉(zhuǎn)池內(nèi)的渣漿泵將淤積物通過排泥管線翻過壩頂，輸送至指定的排泥場。清淤機(jī)最大作業(yè)水深為120 m，可清除泥沙和粒徑350 mm以下的塊石等淤積物，其清淤效率150 m3/h。

2.2 壩面清理

采用壓力為35 MPa的高壓水槍對混凝土壩面進(jìn)行沖毛清理，通過高壓泵將動力源的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力勢能，具有一定壓力勢能的水通過小孔噴嘴，再將壓力勢能轉(zhuǎn)變成動能，從而形成高速射流沖擊混凝土表面。壓力水流高速流動，可隨時帶走沖毛所產(chǎn)生的混凝土渣屑等雜物，使混凝土無乳皮、成毛面、微露粗砂，達(dá)到施工規(guī)范對混凝土鑿毛的要求，在沖毛的同時也進(jìn)行了混凝土面清理。

3 鋼筋模板施工

3.1 鋼筋制作安裝

為保證防滲面板與壩體連接可靠，設(shè)計在壩體植入直徑25 mm的錨固筋，植筋深500 mm，高程84 m以下錨筋間距650 mm，高程84～92 m之間錨筋間距1 000 mm，高程92 m以上錨筋間距1 500 mm。水下植筋方法：潛水員采用手持式水下液壓鑿巖機(jī)按設(shè)計要求在底部和壩面上鉆錨筋孔；成孔后采用高壓水槍對鉆孔進(jìn)行沖洗，保證孔內(nèi)清潔無雜物；采用灌注法注入錨固劑，滿足錨筋插入后錨固劑能夠充滿錨孔；潛水員向錨孔內(nèi)植入錨筋，錨筋到達(dá)鉆孔底部后潛水員將錨筋轉(zhuǎn)動幾圈，使錨筋與錨固劑充分有效粘結(jié)；植筋完畢，做好成品保護(hù)，在錨固劑未固化前，不得碰動錨筋。現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，鋼筋植入深度500 mm，拉拔力分別達(dá)到480.50 m,495.50 MPa，直徑25 mm的三級鋼筋達(dá)到輕微屈服，而基材沒有出現(xiàn)裂縫，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

防滲面板的鋼筋網(wǎng)采用φ12Ⅲ級螺紋鋼筋，縱橫間距200 mm布設(shè)。在陸上加工制作鋼筋網(wǎng)片，使用吊車將其吊放至安裝區(qū)域，潛水員配合安裝鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片之間采用搭接的方式進(jìn)行連接，搭接長度為50 cm，為了固定鋼筋網(wǎng)，避免后續(xù)施工和混凝土澆筑時造成鋼筋網(wǎng)移位，將鋼筋網(wǎng)與部分錨筋水下焊接在一起。鋼筋網(wǎng)外部預(yù)留50 mm厚混凝土保護(hù)層。

3.2 模板制作安裝

3.2.1 模板制作

鋼模板采用6 mm鋼板作為面板，每塊成品模板高度2 m，長度為2.15 m。采用拼裝的方式，用[8槽鋼作為次梁，用14#工字鋼作為主梁，在陸地上將模板按照高度2 m，寬度17 m拼裝成一個整體結(jié)構(gòu)，使用吊車進(jìn)行模板吊放工作。

3.2.2 模板安裝

底層模板的安裝：使用吊車將底層模板吊放到位，潛水員在吊機(jī)的配合下，對模板的位置進(jìn)行調(diào)整；在模板底部外側(cè)使用植入墊層φ25鋼筋進(jìn)行限位和固定；模板頂部利用植入壩體的錨筋固定。

上層模板安裝：使用吊機(jī)將上層模板吊放至安裝位置；潛水員在吊機(jī)的配合下，對模板的位置進(jìn)行調(diào)整，使之準(zhǔn)確就位；將上層模板的底部與底層模板使用螺栓連接固定；模板頂部利用植入壩體的錨筋固定。

為方便拆模，模板內(nèi)部涂刷環(huán)保脫模劑，減少混凝土與模板間的粘結(jié)力；模板安裝完畢，進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

4 水下混凝土施工

4.1 配合比設(shè)計

板橋水庫溢流壩防滲面板混凝土的設(shè)計標(biāo)號為：C30W8F100。依據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定的配合比，再經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，最終確定現(xiàn)場采用的配合比見表1(kg/m3)：

表1 現(xiàn)場采用的配合比表

施工配合比中水泥標(biāo)號PO42.5，摻合料采用粉煤灰，砂子為中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.40～2.93，碎石為5～20 mm連續(xù)級配碎石，外加劑為加氣劑及UWB-Ⅱ型乳凝劑，拌合用水使用潔凈水。混凝土塌落度260～280 mm，塌擴(kuò)度500～550 mm，初凝時間約8 h，終凝時間約20 h，抗壓強(qiáng)度>30 MPa，劈裂強(qiáng)度為1 MPa。配合比中膠凝材料的用量相對較多，砂率較大，這樣有利于保證混凝土的水下強(qiáng)度和抗分散性，保證防滲面板與原壩面混凝土的結(jié)合，彌補(bǔ)原壩面混凝土表面的蜂窩、縫隙等缺陷，實(shí)現(xiàn)混凝土能夠自流平、自密實(shí)的工作性能。

4.2 混凝土制備運(yùn)輸

混凝土在商品混凝土站制備，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制，有專人負(fù)責(zé)。控制原材料質(zhì)量檢驗(yàn)，嚴(yán)格按照混凝土施工配合比和配料單進(jìn)行配料和拌和，投料順序依次為粗骨料、細(xì)骨料、膠凝材料及加有外加劑的拌合水，攪拌時間控制在120～150 s。

攪拌站距澆筑點(diǎn)12 km，使用攪拌罐車運(yùn)輸至溢流壩壩頂，采用泵車將混凝土輸送到澆筑導(dǎo)管頂部的料斗。混凝土制備和運(yùn)輸能力保證施工澆筑的連續(xù)性。

4.3 混凝土澆筑

4.3.1 導(dǎo)管布置

采用導(dǎo)管法澆筑水下不分散混凝土。板橋水庫溢流壩設(shè)有8個表孔壩段，每段長為17 m，1個底孔壩段長16 m，導(dǎo)管選用直徑220 mm鋼管，經(jīng)試驗(yàn)導(dǎo)管澆筑直徑6 m，每壩段布置3根導(dǎo)管，能夠?qū)崿F(xiàn)澆筑壩段內(nèi)的混凝土自流平。在水上工平臺上設(shè)吊架和卷揚(yáng)機(jī)，導(dǎo)管由吊架支撐，卷揚(yáng)機(jī)起吊，下端導(dǎo)管節(jié)長4 m，上端導(dǎo)管節(jié)長2 m，集料漏斗高1 m，導(dǎo)管法蘭連接之間加密封墊。采用導(dǎo)管法澆筑水下不分散混凝土，既有利于控制不分散混凝土的質(zhì)量，也有利于加快澆筑施工進(jìn)度。

4.3.2 澆筑方法

混凝土澆筑前，檢查起吊設(shè)備完好，調(diào)整導(dǎo)管位置，導(dǎo)管直通澆筑倉面，出口距澆筑面高度25～30 cm，料斗底部安放隔水球。采用泵車將混凝土輸送到澆筑導(dǎo)管頂部的料斗，在重力作用下，混凝土推動隔水球沿導(dǎo)管向下移動，到達(dá)澆筑倉面，隔水球較輕，離開導(dǎo)管后自動浮出水面收回。由于有球體的隔離，混凝土在到達(dá)澆筑面前，幾乎不與水接觸，避免了水流的沖刷，混凝土中的膠粘顆粒不受損失，有利于水下混凝土水陸強(qiáng)度比的提高。每澆筑2 m提升一次導(dǎo)管，控制導(dǎo)管在混凝土中埋深0.80 m。混凝土澆筑接近完畢，緩慢提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管內(nèi)混凝土全部進(jìn)入澆筑倉。依序拆除導(dǎo)管，清理施工場地。混凝土強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后，高壓水沖毛混凝土頂面，拆除模板。壩段依序由下至上澆筑，直至該壩段完成，而后跳壩段施工，完成水下澆筑混凝土防滲面板澆筑。

4.3.3 結(jié)構(gòu)縫處理

防滲面板之間設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫，采用由內(nèi)之外填塞聚乙烯泡沫板、直徑40 mm柔性橡膠條、嵌填SR柔性材料、粘貼三元乙丙柔性蓋片、安裝鋼板壓條進(jìn)行處理。新澆筑防滲面板周邊及施工縫涂抹水下環(huán)氧漿液，提高混凝土面板整體防滲性能。

5 質(zhì)量控制

5.1 施工前質(zhì)量檢測

按照規(guī)范要求，對水泥、河砂、石子、外加劑、鋼筋等原材料進(jìn)行核驗(yàn)、檢查、檢測；對混凝土接茬面沖毛、清理情況檢查；對模板的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、尺寸、拼縫進(jìn)行檢測；對植筋、模板安裝進(jìn)行驗(yàn)收。

5.2 施工過程質(zhì)量檢測

安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)督現(xiàn)場混凝土攪拌，按照規(guī)程檢測混凝土塌落度、塌擴(kuò)度；制作試塊檢測混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍性能；按設(shè)計試驗(yàn)要求控制混凝土施工工藝。

5.3 混凝土面板質(zhì)量控制

施工完畢，由潛水員近觀目視及水下攝像的方式，水上人員通過監(jiān)控視頻同步檢查混凝土外觀質(zhì)量，主要檢查混凝土面平整度、密實(shí)性、外觀尺寸、施工縫及接縫處理情況。若存在質(zhì)量缺陷或不合格，及時修復(fù)處理。

6 結(jié)語

水下不分散混凝土能使?jié)仓幕炷涟韬衔镌谒袧仓嗖涣魇А⒉浑x析、不分散、自流平、自密實(shí)，具有超強(qiáng)的抗分散性，凝結(jié)硬化后其力學(xué)性能和耐久性與普通混凝土相近。板橋水庫除險加固工程在保證駐馬店市供水的情況下，采用水下澆筑0.40 m厚混凝土防滲面板施工方案，通過科研、試驗(yàn)、實(shí)施獲得成功。該施工技術(shù)在保證工程質(zhì)量的情況下，減少了施工成本，縮短了施工時間，保證了供水安全，取得了社會經(jīng)濟(jì)效益。水下不分散混凝土被稱為“新一代水下工程材料”，該技術(shù)在水下工程施工中應(yīng)用前景廣闊。