孫曉東 張 沖

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 引言

水利水電工程是與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)的工程，在國(guó)家建設(shè)水平和經(jīng)濟(jì)水平不斷提升的背景下，水利水電工程規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。由于其在國(guó)家建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面起到的重要作用，國(guó)家對(duì)工程建設(shè)效率和質(zhì)量的重視程度更高[1]。眾所周知，在水利水電工程中，施工工藝中混凝土施工技術(shù)最為重要，這決定了整體工程的建設(shè)效果?；炷潦┕ぜ夹g(shù)包括混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，應(yīng)用于水利水電工程建設(shè)中，需要關(guān)注水閘、壩體以及接縫等方面的施工，并結(jié)合具體情況合理調(diào)節(jié)混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用，假如混凝土施工質(zhì)量差，則會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響我國(guó)水利水電事業(yè)的發(fā)展。因此，應(yīng)該提高水利水電工程中混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用重視程度，在低成本投入的同時(shí)，確保工程建設(shè)質(zhì)量和效率。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

該研究的的水利水電工程是一項(xiàng)水利水電樞紐工程，水庫(kù)的總?cè)萘繛?.52億m3，電站總裝機(jī)110 MW，多年來(lái)平均發(fā)電量達(dá)到3.55億kW·h，屬于Ⅱ等大型水利水電工程。該水利水電工程的左側(cè)擋水壩長(zhǎng)為75 m，右側(cè)為70 m，總長(zhǎng)度為145 m，壩頂?shù)母叱虨?56.5 m，最大壩高為48.0 m，壩頂?shù)膶挾葹?.5 m，上游是直立面，下游的壩坡為1∶0.75，折坡點(diǎn)高程為585.4 m，在壩頂位置設(shè)置防浪墻，該墻體的高程為585.2 m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為0.4 m，高度為1.25 m。

1.2 穩(wěn)定分析

對(duì)水利水電工程壩體結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行研究，除了在不同工況下應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律之外，還需要檢驗(yàn)壩基的穩(wěn)定性。由于壩基和壩體之間的接觸面屬于抗滑面，在進(jìn)行壩體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須對(duì)壩基面的抗滑穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合相關(guān)規(guī)定安全數(shù)值實(shí)施驗(yàn)算。

壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算，如公式（1）所示。

式中：K′為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為壩體和壩基之間接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，在這里取值0.6；ΣW為在壩體上產(chǎn)生的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量；ΣP為在壩體上產(chǎn)生的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量；U為揚(yáng)壓力大??；A為壩基和基巖接觸面的截面積（單位m2）；c′為壩體和壩基接觸面上產(chǎn)生的凝聚力。

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，K′=4.39大于要求的K′=2.5，滿足規(guī)定的安全數(shù)值，因此該水利水電工程的壩體滿足抗滑穩(wěn)定安全要求。

2 混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用原則和要點(diǎn)

2.1 應(yīng)用原則

在應(yīng)用混凝土施工技術(shù)的過(guò)程中，為了確保整體施工具有嚴(yán)謹(jǐn)性和完整性，應(yīng)嚴(yán)格遵守以下2個(gè)原則：1）質(zhì)量控制原則。在施工建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土材料的澆筑時(shí)間、振搗效果等，確?；炷临|(zhì)量才能保證施工質(zhì)量，避免成本浪費(fèi)。2）技術(shù)人員培訓(xùn)原則[2]。在水利水電工程施工過(guò)程中，混凝土施工具有一定的復(fù)雜性，要求施工人員具備良好的技能水平，這就需要加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)，促使其掌握混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)和在各項(xiàng)工程中的應(yīng)用方法，從而能夠在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

2.2 應(yīng)用要點(diǎn)

2.2.1 混凝土澆筑要點(diǎn)

要想保證混凝土的質(zhì)量，就需要在對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制每個(gè)階段。澆筑是混凝土生產(chǎn)的第一個(gè)階段，直接影響到后續(xù)混凝土的應(yīng)用質(zhì)量。因此，為了避免后期混凝土應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)在溫度降低情況下收縮的現(xiàn)象，就需要嚴(yán)格控制混凝土所處環(huán)境的溫度以及濕度。除了澆筑環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理之外，在后續(xù)保養(yǎng)中也需要關(guān)注混凝土的環(huán)境溫度和自身濕度等，采用人工保濕方式，嚴(yán)格控制混凝土硬化水平和速度，促使溫度、濕度和硬化進(jìn)程3個(gè)方面相互配合，分別處于各自合適的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[3]。具體應(yīng)該控制混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，對(duì)混凝土澆筑塊的厚度和層間間歇時(shí)間進(jìn)行控制，在老混凝土約束區(qū)域內(nèi)保證澆筑塊的厚度在1.0m～2.0m，其他部分均為2.0 m。在該工程中應(yīng)用一期冷卻水管通水冷卻方式，水管之間的間距設(shè)置為1.5 m×2.0 m。冷卻水管應(yīng)用直徑為25mm的無(wú)縫鋼管，一期通水流量控制在1.0m3/h～1.5m3/h，流動(dòng)速度在0.6m/s～0.7m/s，在實(shí)際施工過(guò)程中，混凝土澆筑早起養(yǎng)護(hù)中采用的溫度控制方式主要包括以下7種：1）提升成品骨料堆的高度。2）利用皮帶機(jī)從地籠中取料。3）骨料風(fēng)冷處理。4）增加冷水進(jìn)行攪拌。5）減少混凝土熟料之間的運(yùn)輸環(huán)節(jié)和距離。6）保證澆筑層厚度為2.0m，間歇期控制在5 d～7 d。7）中期可以利用河水對(duì)壩塊進(jìn)行降溫處理，通水時(shí)間為30 d～60 d，后期冷卻水的穩(wěn)定在6℃～8℃。

2.2.2 水工瀝青混凝土應(yīng)用要點(diǎn)

在現(xiàn)代水利水電工程建設(shè)過(guò)程中，逐漸向著大規(guī)模、耐久性、環(huán)保性、高壩體等方向發(fā)展，水工瀝青混凝土具有良好的環(huán)保性、防滲性、抗凍性、耐久性等，成為工程建設(shè)的首選材料。在該工程項(xiàng)目中應(yīng)用的水工瀝青混凝土材料結(jié)合已有試驗(yàn)成果和施工經(jīng)驗(yàn)，級(jí)配指數(shù)選擇0.35、0.38、0.41，對(duì)填料含量選擇13%、15%、17%，對(duì)石油比選擇6.6%、6.9%、7.2%，設(shè)計(jì)了9組正交試驗(yàn)方案，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)確定級(jí)配指數(shù)為0.38，填料用料為15%，油石比為6.9%。

其中，級(jí)配指數(shù)設(shè)計(jì)中采用如下公式，如公式（2）所示。

式中：Pi為篩孔di的通過(guò)率（單位：%），F(xiàn)為粒徑低于0.075mm的填料含量（單位：%），dr0.075為填料最大粒徑的固定級(jí)配指數(shù)次方，其中d0.075為0.075 mm，dtr為某一篩孔的尺寸（單位：mm）的固定級(jí)配指數(shù)次方，d rmax為骨料最大粒徑（單位：mm）的固定級(jí)配指數(shù)次方，r為級(jí)配指數(shù)。在該工程研究中，試驗(yàn)選擇的Dmax為19 mm。

在瀝青用量方面，主要是將瀝青的填料混合之后形成膠體狀，將其放入骨料的空隙中。因此，在瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，瀝青用量極其重要。

油石比B=×100%，B一般在6%～7.2%。

3 混凝土施工技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 混凝土施工準(zhǔn)備

在水利水電工程中應(yīng)用混凝土施工技術(shù)時(shí)，應(yīng)該先做好混凝土施工準(zhǔn)備工作，以便于后期混凝土施工操作。同時(shí)，還需要構(gòu)建合理的混凝土模板，采用鋼筋捆扎方式[4]。在進(jìn)行混凝土澆筑之前，檢查和確定實(shí)際工程建設(shè)需要重點(diǎn)承載的位置和節(jié)點(diǎn)，假如出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)處理和預(yù)防。綜合各方面因素設(shè)計(jì)合理的施工方案，并結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化，檢查混凝土各項(xiàng)指標(biāo)，一直到符合施工標(biāo)準(zhǔn)為止。

3.2 水閘施工

水閘屬于水利水電工程中重要的工程，在整體工程中起到承上啟下的作用，能夠連接上下游。在水閘工程中包括防破工程和沖槽工程，在閘室內(nèi)包括地板和閘門兩項(xiàng)工作內(nèi)容，主要目的是對(duì)水流大小進(jìn)行控制。因此，混凝土施工技術(shù)會(huì)在一定程度上決定閘門功能的發(fā)揮，也決定了閘門形狀和效果。假如水閘在混凝土澆筑不能采用三班制連續(xù)作業(yè)方式，澆筑塊的體積（V）不能超過(guò)混凝土工廠相應(yīng)時(shí)間的生產(chǎn)量（m3），如公式（3）所示。

V≤Qm（3）

式中：Q是混凝土工廠實(shí)際生產(chǎn)率（單位：m3/h），m為非三班制作業(yè)時(shí)每天連續(xù)生產(chǎn)的小時(shí)數(shù)（單位：h）。假如采用三班制就不受該條件的限制。

將混凝土施工技術(shù)應(yīng)用于水閘底板施工中，需要明確手腳架搭建、施工模型構(gòu)建、鋼管捆扎等操作，在完成這些施工準(zhǔn)備工作之后，進(jìn)行混凝土澆筑以及澆筑塊設(shè)計(jì)，在進(jìn)行分塊的過(guò)程中，避免在彎矩或者剪力最大的位置進(jìn)行分縫，考慮建筑物斷面變化和模板等因素[5]。具體施工要點(diǎn)包括以下4點(diǎn)：1）利用土模構(gòu)建反拱底板，做好排水工作。2）在挖模操作之前將基土夯實(shí)，放樣操作中嚴(yán)格控制曲線。3）假如應(yīng)用先澆筑閘墩和岸墻，后澆筑反拱底板的方式時(shí)，應(yīng)該在閘墩和岸墻之間縫隙埋設(shè)鋼筋，將鋼筋的另一頭插到土模中。4）假如應(yīng)用同時(shí)澆筑反拱底板、閘墩、岸墻的方式，為了避免出現(xiàn)沉降問(wèn)題影響澆筑效果，可以在拱腳位置預(yù)留縫隙，在縫底設(shè)置鐵皮止水[6]。該工程的水閘底板采用C20（三）混凝土，閘墩采用C20（二）混凝土。該工程中閘室物理力學(xué)指標(biāo)見表1。該工程中閘室區(qū)域的閘基土從上而下分為3層，包括2.4 m厚粉質(zhì)壤土層，15.0 m厚的粉細(xì)砂夾粉質(zhì)土層，12.0 m厚的下部粉細(xì)砂層，而閘室底板坐落于粉質(zhì)壤土層，閘室區(qū)域的閘基物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

表1 閘室物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)表

表2 閘室區(qū)域的閘基物理力學(xué)指標(biāo)

在設(shè)計(jì)荷載中，主要包括以下7個(gè)方面：1）水閘閘室自重。鋼筋混凝土凈重選擇G=ρVg，ρ=2500kg·m-3。2）靜水壓力。該壓力作用于結(jié)構(gòu)物的表面，其強(qiáng)度P=rh，γ=10kN·m-3。3）土體壓力。考慮靜止土壓力。4）揚(yáng)壓力。結(jié)合神經(jīng)系數(shù)法對(duì)揚(yáng)壓力進(jìn)行計(jì)算。水位根據(jù)以下方式進(jìn)行明確：在擋洪設(shè)計(jì)中，上游30.54 m，下游沒(méi)有水；在校核擋洪工況時(shí)，上游31.36 m，下游沒(méi)有水；在分洪工況中，外江為30.55 m，內(nèi)湖降低28.00 m，進(jìn)洪流量為7 500 m3/s。5）人行荷載。在平臺(tái)板上根據(jù)人行荷載5 kN·m-2進(jìn)行考慮。6）車道荷載。在交通橋上根據(jù)荷載分布10.5 kN·m-2進(jìn)行考慮。7）荷載組合。泄水閘的計(jì)算荷載組合見表3。

3.3 混凝土垂直冷卻施工技術(shù)

在水利水電工程中，接縫灌漿施工技術(shù)的總體工藝流程為灌漿管路安裝→灌漿系統(tǒng)檢查→連接冷卻水管和灌漿管路→二期通水冷卻處理→溫度控制檢查→灌漿區(qū)域?qū)嵤┓忾]式通水檢查→缺陷灌漿區(qū)域處理→預(yù)灌漿壓水檢查→接縫沖水浸泡和沖洗→灌漿→檢查→回填封堵冷卻水管。圖1是水利水電工程大壩接縫灌漿管理系統(tǒng)設(shè)置圖。在進(jìn)行灌漿的過(guò)程中，需要保證灌漿接縫面起壓的同時(shí)，臨近縫面也需要通水平壓，平壓的壓力應(yīng)該不超過(guò)0.2 MPa。在灌漿的前區(qū)、中區(qū)應(yīng)該保證水循環(huán)，灌漿之后至少要通水6 h。在完成灌漿之后，在排漿密度方面，縫寬超過(guò)1.0 mm的情況必須達(dá)到1.7 g/cm3，風(fēng)縫寬不超過(guò)1.0 mm的情況必須達(dá)到1.6 g/cm3。

圖1 大壩接縫灌漿管理系統(tǒng)設(shè)置圖

在該項(xiàng)目工程建設(shè)的過(guò)程中，由于固結(jié)灌漿施工過(guò)程中將一些初期冷卻過(guò)程中設(shè)置的水平角度的水管打斷了，在恢復(fù)混凝土澆筑施工的過(guò)程中，為了保證混凝土分高程達(dá)到梯度溫控標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，滿足相關(guān)溫控標(biāo)準(zhǔn)，需要在二期工程建設(shè)中對(duì)原本的初期冷卻水管進(jìn)行回填操作，采用混凝土垂直冷卻工藝技術(shù)。

3.3.1 工藝流程

混凝土垂直冷卻工藝技術(shù)是應(yīng)用等待冷卻的混凝土設(shè)置豎直孔，在該孔中安裝進(jìn)、回冷卻水管。假如孔中的冷卻水管在串聯(lián)之后構(gòu)成1組，就可以進(jìn)行通水冷卻操作，降低混凝土內(nèi)部溫度?；炷链怪崩鋮s工藝技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 混凝土垂直冷卻工藝技術(shù)流程

3.3.2 具體施工操作

3.3.2.1 孔位設(shè)置

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)位置，與固結(jié)灌漿孔位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位設(shè)置結(jié)合起來(lái)，設(shè)置孔徑為φ76 mm，φ91 mm，一些位置單獨(dú)開孔或者結(jié)合其他孔位設(shè)置，例如增設(shè)鋼管樁，在單獨(dú)開孔的過(guò)程中，孔間距為2.5 m×2.5 m，按照水流方向?qū)Υ怪崩鋮s深孔和淺孔進(jìn)行交叉設(shè)置。

3.3.2.2 孔深設(shè)置

為了滿足施工溫控標(biāo)準(zhǔn)，垂直冷卻部分分為3個(gè)溫度控制階層，在250 m～240 m設(shè)置為16℃，在240m～230m設(shè)置為19℃，在230m～210m設(shè)置為21 ℃，以此構(gòu)建具有合理性的過(guò)渡區(qū)域，設(shè)置深孔和淺孔。

3.3.2.3 造孔

一般在初期冷卻水平層設(shè)置冷卻水管的過(guò)程中進(jìn)行垂直孔掃孔操作，考慮到原本采用的原本設(shè)置的灌孔位進(jìn)行掃孔操作時(shí)，很容易出現(xiàn)孔位偏移，夾鉆的情況，掃孔的效率較低，在施工現(xiàn)場(chǎng)難以進(jìn)行。因此，這部分掃孔可以將φ76 mm改為φ91 mm，將φ91 mm改為φ110 mm，對(duì)這2種孔徑進(jìn)行鉆孔掃孔，在單獨(dú)造孔的過(guò)程中應(yīng)用鉆機(jī)直接造孔。在完成擴(kuò)孔之后，需要對(duì)沉入孔內(nèi)的混凝土塊進(jìn)行掃孔沖磨處理，應(yīng)用孔底向孔外大流量沖洗方式，保證孔內(nèi)沒(méi)有雜物[7]。

3.3.2.4 管路安裝和連接

結(jié)合該工程建設(shè)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)使用“U”型管構(gòu)成通水管路，并對(duì)其進(jìn)行安裝和連接。完成連接操作之后進(jìn)行試通水操作，確定無(wú)漏水現(xiàn)象之后進(jìn)行下一步操作。

3.3.2.5 冷卻通水檢測(cè)和管路拆除、回填

最后對(duì)冷卻通水進(jìn)行檢測(cè)和管路拆除、回填。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水利水電工程建設(shè)要求和標(biāo)準(zhǔn)也逐漸增多，要求水利水電工程具備良好的質(zhì)量。在水利水電工程建設(shè)的過(guò)程中，合理應(yīng)用混凝土施工技術(shù)具有重要價(jià)值，對(duì)提升工程整體建設(shè)質(zhì)量和水平有著積極效果。在具體應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)該明確混凝土施工技術(shù)，做好混凝土施工準(zhǔn)備工作，明確混凝土技術(shù)在水閘施工中的應(yīng)用，根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際情況合理應(yīng)用混凝土垂直冷卻施工技術(shù)，確保混凝土施工質(zhì)量的同時(shí)，保證整體水利水電工程質(zhì)量。