胶凝砂砾石围堰施工关键技术研究

胶凝砂砾石围堰施工关键技术研究

高佑国

中国葛洲坝集团市政工程有限公司 湖北宜昌 443002

摘要：以景德镇水利枢纽工程为例，从经济断面优化、配合比设计及施工工艺研究等方面对胶凝砂砾石围堰施工关键技术进行研究，并对技术要点进行分析总结，成功应用于生产实践，不仅具有显著的经济效益和环境效益，而且具有广阔的推广应用前景。

关键词：胶凝砂砾石；围堰；关键技术

景德镇水利枢纽工程属昌江干流梯级开发的第3级，是一座以水生态景观为主，兼顾航运、发电等综合利用的水利枢纽工程。主要由左岸溢流坝段、泄水闸坝、冲沙闸、发电厂房和鱼道等建筑物组成，不承担防洪任务，对洪水无调节，洪水期闸坝开启泄流。工程施工采用分期导流方案，分两年施工。一期枯水围堰围右坝段1.5孔泄水闸、冲砂闸和发电厂房；厂房全年围堰围右坝段冲砂闸和发电厂房；二期枯水围堰围左坝段3孔泄水闸、船闸和左岸非溢流坝段。厂房全年围堰及二期枯水围堰的纵向导墙在一期枯水围堰的围护下施工完成。

原设计方案为混凝土围堰导墙，混凝土浇筑工程量大，工期较为紧张。同时工程在景德镇市区，受环保要求等影响，无法自建搅拌系统，所有混凝土均需采用商混，而近几年随着地材价格的持续上涨，商品混凝土单价居高不下，混凝土围堰导墙造价较高。本着“宜材适构、宜构适材”的理念，为充分利用施工现场开挖出来的砂砾料，因此结合工程实际对胶凝砂砾石围堰施工技术进行持续深入的研究。

1 围堰的经济断面优化

国内已完建的胶凝砂砾石围堰项目，围堰坡比一般为1：0.5～1：0.75，一是断面较为肥大而不经济，二是也不利于基坑开挖施工。结合工程坝址区域岩体的地质基础参数和胶凝砂砾石的主要力学参数，对围堰进行经济断面优化。

主要有初拟参数→受力计算→成果分析→得出最优断面4个流程。

首先，根据国内完建的类似项目，初拟设计参数，进行验证计算，再调整各项参数重复计算，在保证满足要求的情况下逐步减小参数。

其次，在围堰不同部位计算选取了四个断面，分别计算其最危险工况下的基本荷载组合及特殊荷载组合，计算断面导流工况及度汛工况。

再次，结合相应规范，对受力计算结果分别进行抗滑稳定分析、基地应力分析和抗倾稳定分析，根据分析结果调整参数，循环进行受力计算及成果分析，直至得出最优解。

最后，通过上述循环计算分析，景德镇水利枢纽工程胶凝砂砾石围堰最优断面系数为：在对防浪墙薄弱部位进行局部加厚加固的情况下，将围堰迎水坡坡度优化为1:0.3，背水坡坡度优化为1:0.4。

2 配合比设计研究

根据材料性能指标采用“双级配双重强度”设计方法进行配合比试验，堰体采用抗压强度和抗剪强度满足要求的普通胶凝砂砾石，面层防渗部位采用强度较高的富浆胶凝砂砾石。

2.1 原材料检验

依照《胶结颗粒料筑坝技术导则》的有关要求，开展现场检测试验，以保障筑坝材料和施工质量满足工程设计要求。

根据砂砾石料颗粒级配结果，砂平均细度模数为2.74，为中砂；砂中含泥量为5.6%～9.9%，平均7.94%（砂砾石中平均含泥量约为3.3%），满足导则中砂砾石料中含泥量不大于5%的建议。试验采用最大骨料粒径150mm，筛除大于骨料粒径150mm的砂砾石料的级配结果表明，以平均级配为例，5～150mm砂砾石中，5～40mm颗粒含量为68.7%，含量高于《胶结颗粒料筑坝技术导则》推荐的范围；砂率为14.8%～33.8%，平均25.3%，平均砂率基本在导则推荐的18%～35%范围内；但储料堆不同的位置砂率变化较大，施工中建议协调均匀取料，如遇到砂率不足时需要外掺一定比例的砂，具体比例依据实际使用的砂砾石料级配而定。

3.2 配合比试验

设计强度为C₁₈₀4的胶凝砂砾石配制强度为5.3MPa，即要求平均级配砂砾石料的胶凝砂砾石配制强度为5.3MPa。采用平均级配砂砾石料进行了3个胶材用量的配合比试验，水泥掺量从70kg/m3~90kg/m³，粉煤灰掺量为30kg/m³，试验采用最大骨料粒径150mm。人工拌和成型的试验在项目部工地试验室进行，成型后洒水养护，一周后拆模并放置标准养护室。强度试验结果表明水泥掺量70kg/m³、粉煤灰掺量30kg/m³的28天强度至3.3MPa，即达到了配制强度的62.3%，设计强度的82.5%，依已有掺加粉煤灰的强度发展规律（180天龄期强度为28天龄期强度的1.3～1.6）预计180天龄期可满足设计强度；水泥掺量80kg/m³、粉煤灰掺量30kg/m³的28天强度至4.5MPa，即达到了配制强度的84.9%，设计强度的112.5%，依强度发展规律预计180天龄期可满足配制强度；水泥掺量90kg/m³、粉煤灰掺量30kg/m³的28天强度至5.4MPa，即达到了配制强度的101.9%，设计强度的135.0%。

设计强度为C

₁₈₀10的配制强度为13.4MPa，即要求平均级配砂砾石料的胶凝砂砾石配制强度为13.4MPa。试验采用最大骨料粒径150mm。平均级配进行了3个胶材用量的配合比试验，人工拌和成型的试验在项目部工地试验室进行，成型后洒水养护，一周后拆模并放置标准养护室。破型试验结果表明水泥掺量182kg/m³、粉煤灰掺量78kg/m³的28天强度至8.9MPa，即达到了配制强度的66.4%，设计强度的89.0%，依已有胶凝砂砾石的强度发展规律（180天龄期强度为28天龄期强度的1.3～1.6）预计180天龄期可满足设计强度；水泥掺量210kg/m³、粉煤灰掺量90kg/m³的28天强度至11.5MPa，即达到了配制强度的85.8%，设计强度的115.0%，依强度发展规律预计180天龄期可满足配制强度；水泥掺量240kg/m³、粉煤灰掺量60kg/m³的28天强度至13.3MPa，即达到了配制强度的99.3%，设计强度的133.0%，依强度发展规律预计180天龄期可满足配制强度。

3.3 推荐施工配合比

胶凝砂砾石室内配合比试验，未掺入外加剂，现场施工时建议掺入外加剂。根据以上室内试验的已破型结果看，堰体胶凝砂砾石使用80kg/m³水泥、30kg/m³粉煤灰可满足设计要求，保护层富浆胶凝砂砾石使用210kg/m³水泥、90kg/m³粉煤灰可满足设计要求。另外考虑到现场砂砾石含泥量、含水率较高，而且含水率会随着天气情况而变化，以及汛期即将到来，围堰工程工期紧张需快速施工，受到各种情况的制约导致砂砾石不能很好的进行脱水等客观原因，所以推荐配合比有适当的调整范围以适应现场施工情况，下表为建议的胶凝砂砾石、富浆胶凝砂砾石配合比。

表1 堰体胶凝砂砾石配合比（Vc值控制2-8s）

表2 保护层富浆胶凝砂砾石配合比（坍落度控制3-9cm）

3 胶凝砂砾石围堰施工参数研究

主要是从胶凝砂砾石的拌制、铺筑、碾压及富浆胶凝砂砾石施工等4各方面对施工工艺进行优化，得出一种“厂拌+连续铺筑+碾压”的胶凝砂砾石围堰快速填筑施工方法。

3.1 胶凝砂砾石的拌制

现场砂砾石原材料储料丰富，在不影响道路通行并结合坝址区域地形地貌、胶凝砂砾石围堰填筑强度和进度等的情况下砌筑深度为1.0m的拌制坑。砂砾石料采用拌制坑的体积测量进行计量，水泥采用袋装重量计量，粉煤灰采用挖机斗容进行计量，拌和用水采用流量计进行计量，单次拌制强度150m³/h。挖机拌和顺序为：拌制坑内铺筑砂砾石料→人工剔除超径大石→人工均匀铺洒水泥、粉煤灰→挖掘机干拌2遍至均匀→均匀加水→挖掘机湿拌四遍→拌和完成→检测合格后装车。

3.2 胶凝砂砾石浇筑

胶凝砂砾石采用通仓、连续铺筑法。铺筑面积应与铺筑能力及胶凝砂砾石允许层间间隔时间相适应，当无法满足要求时，应进行缝面处理。施工缝面在铺砂浆前，应清除二次污染物，铺浆后应立即覆盖胶凝砂砾石。摊铺厚度60cm，每个碾压层可分2次～3次平仓铺筑，但每个平仓层厚度应大于砂砾石最大粒径的1.2倍，测量人员负责安排在周边每隔10m画线放样，标识桩号、高程和平仓控制线，用于控制摊铺层厚等，每碾压层平仓一次，质检员根据周边所画出的平仓线进行拉线检查，检查结果超出规定值的部位必须重新平仓，局部不平的部位用人工辅助铺平。采用自卸卡车直接进仓卸料时，宜依次卸料。卸料堆边缘与模板距离不应小于1.2m。汽车卸料后，卸料堆旁出现的分离石料，应将其分散到未碾压的条带上，防止大石集中、叠合，不允许继续在未处理的料堆附近卸料。

平仓设备采用反铲挖掘机。边角部位宜采用小型挖掘机或人工平仓。挖掘机平仓宜采用先两侧后中间的方法，平仓过程中出现两侧的骨料集中，必须分散于条带上。铺料时，如发现局部有大骨料集中现象则采用人工处理。

3.3 胶凝砂砾石碾压

振动碾采用单钢轮，高频时的激振力不小于270kN，重量不小于22t，静碾2遍、振碾8遍。振动碾的行走速度宜控制在1.0km/h～1.5km/h。碾压方向宜平行于围堰轴线方向。碾压条带间的搭接宽度宜为0.3～0.4m，端头搭接长度为1m。碾压作业过程中，作业面应通过人工补充细料整平。每层碾压作业结束后，及时布点检测压实密度，采用灌水法进行压实密度检测，所测表观密度低于规定指标时，立即补充碾压和重新检测，并查找原因，采取处理措施。需作为水平施工缝的层面，达到规定的碾压遍数及压实密度后，进行1遍～2遍的无振碾压。各种设备在碾压完毕的层面上行走时，应避免损坏已成型的层面。对已造成损坏的层面，应及时采取修补措施。胶凝砂砾石入仓后，应尽快完成平仓和碾压，从加水拌和到碾压完毕的最长允许历时，应根据不同季节、天气条件及胶凝砂砾石特性，经过试验来确定。

3.4 富浆胶凝砂砾石施工

富浆胶凝砂砾石随着胶凝砂砾石填筑逐层施工。富浆胶凝砂砾石采用Φ70振捣器振捣施工。并注意以下要求：富浆胶凝砂砾石与相邻区域的胶凝砂砾石搭接宽度应大于300mm；振捣棒应快速插入，缓慢提升，避免漏振，以表面完全泛浆为准。振捣棒应缓慢拔出，拔出时表面不得留有孔洞，避免欠振或过振；层面连续上升时，振捣器应插入下层5cm，保证均匀性和上下层结合；大仓面碾压时应注意振捣胶凝砂砾石的部位不得碾压，其它部位仍按要求的密实度碾压，保证其施工质量。

经试验检测及工程实体检测，根据该施工工艺填筑的胶凝砂砾石围堰施工质量满足设计要求。

4 取得的成效

在景德镇水利枢纽工程胶凝砂砾石围堰实施过程中，通过该系列关键技术的改进、创新及应用，在保证安全和质量的前提下，提高了施工效率，减少了成本，较好地完成了设计目标。

采用胶凝砂砾石围堰节约商品混凝土2.1万m³，工程节约投资约1360万元，经济效益显著。胶凝砂砾石施工技术本着“宜材适构、宜构适材”的理念，可充分利用施工现场开挖砂砾料，极大的降低工程造价，具有广阔的推广应用前景。

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