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一、前言
隨著(zhù)國家對水利建設投資日益增加,越來(lái)越多的水利工程開(kāi)工建設,大量的病險水庫除險加固,以提高防洪標準。普通的混凝土預制塊和現澆混凝土塊護坡易出現穩定性、整體性、耐久性差,抗風(fēng)浪及抗沖刷能力低,施工受天氣等環(huán)境影響大,已不能滿(mǎn)足當今水利工程護坡需要。
河南省鴨河口水庫除險加固工程,由天津大學(xué)水力學(xué)所、河南省水利勘測設計研究有限公司、南陽(yáng)市鴨河口水庫工程管理局,通過(guò)多次水力試驗,反復比較,優(yōu)化設計,確定上游迎水面護坡采用開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊護坡方案。
河南水利建筑工程有限公司利用自身?yè)碛卸嗄瓿邪笾行退こ痰膬?yōu)勢,通過(guò)在河南省鴨河口水庫除險加固工程中的工程實(shí)踐,探索出干硬性混凝土擠壓成型開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊制作及施工工藝,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益,并由此總結形成本工法。
河南省鴨河口水庫除險加固工程,上游迎水面護坡采用開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊方案,聯(lián)鎖塊細部結構詳圖如下:
連 鎖 塊 詳 圖
二、工法特點(diǎn)
1、減少因風(fēng)、波浪作用產(chǎn)生浮托力和碎石墊層沖蝕流,以及波浪自靜水位上爬至胸墻但無(wú)涌浪。聯(lián)鎖結構提高抗波浪作用效果,較普通混凝土砌塊能減少30%-50%護砌厚度,節省工程投資。通過(guò)抗風(fēng)、抗浪模型試驗,確定了滿(mǎn)足穩定性要求的護坡砌塊型式及厚度為正常蓄水位以下采用500*400㎜尺寸,厚240㎜砌塊,正常蓄水位以上采用加消浪坎砌塊護坡形式。開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖砼砌塊護坡在鴨河段大壩和白河段大壩的應用使該砌塊得到進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和推廣。
2、開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊是一種新型護坡形式,具有穩定性、整體性、耐久性好,抗風(fēng)浪及抗沖刷能力高等特點(diǎn)。
3、干硬性混凝土擠壓成型施工工藝與普通混凝土施工工藝相比較,優(yōu)點(diǎn)有:
1)由于砌塊在豎直方向存在聯(lián)鎖面,需要改變傳統的豎直脫模方式,改為“定制定型模具,上模提升,再下模推頂定后水平傳出”的過(guò)程,生產(chǎn)線(xiàn)需要添加專(zhuān)門(mén)的下模頂推脫模設備。工藝上需要控制頂推、脫模前進(jìn)的配合和設備調整。
2)施工工效高,能大規模大批量施工。
3)節能減排。用水量小,水灰比小,對節約水泥,減少鋼材使用量效果顯著(zhù)。
4)質(zhì)量能保證,密實(shí)性好、外觀(guān)質(zhì)量好等特點(diǎn)能滿(mǎn)足大壩護坡的要求。
5)降低成本,材料、人工投入少,成本低。
6)施工簡(jiǎn)易,工序少,易操作,易推廣。
7)運輸方便,施工設備投入少、施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、受天氣影響少、便于野外施工和質(zhì)量控制。
8)施工時(shí)基本不需要現場(chǎng)拌制混凝土、砂漿,污染少、減少運輸浪費。
三、適用范圍
大壩坡面防護,河道堤防工程坡面防護等水利工程。特別是對工期緊,現場(chǎng)混凝土澆筑困難,有景觀(guān)要求的坡面防護工程。
四、工藝原理
通過(guò)試驗確定符合C20強度要求的低用水量,合理水灰比的干硬性配合比,拌制出的混凝土,采用改造定制的液壓、氣動(dòng)系統的聯(lián)鎖塊擠壓機,并對其預震和主震時(shí)間及震動(dòng)頻率和輔震時(shí)間確定,利用震動(dòng)、擠壓原理,達到擠壓密實(shí)混凝土的目的。使干硬性混凝土在模具內快速成型,快速出模,且出模后不變形無(wú)缺陷,外觀(guān)平整,楞角完整,達到生產(chǎn)量滿(mǎn)足養護和施工強度需求,模具定型和脫模達到聯(lián)鎖外形設計標準和批量生產(chǎn)需要,可連續生產(chǎn)的聯(lián)鎖塊生產(chǎn)設備。
聯(lián)鎖塊運輸采用翻斗車(chē)運輸裝卸時(shí)鋪設滑竿,制作廠(chǎng)與施工場(chǎng)地盡量接近,運輸道路短和安全行走裝卸?;A墊層施工按設計石料粒徑和厚度,嚴格把關(guān),平整度滿(mǎn)足鋪設聯(lián)鎖塊要求,施工完成面要避免撓動(dòng)。施工砌塊時(shí)以錨固梁內空間為施工單元,使用專(zhuān)用輔助工具耙鉤、撬杠等合理安排班組,人力分配,連續施工。
五、施工工藝流程及操作要點(diǎn)
干硬性混凝土拌制成型及鋪設圖:
聯(lián)鎖塊制作流程圖
聯(lián)鎖塊鋪設程序圖
注:縱向錨固梁兩道,最底處和變坡處各一道,橫向錨固梁均50m一道。
1、干硬性混凝土原材料選用
干硬性混凝土所用水泥應優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥;粗骨料宜選用碎石,碎石粒徑應控制在5-10mm之間,應連續級配。細骨料應采用中砂、粉煤灰不低于II級,
2、混凝土配合比配制
維勃稠度為15-30s,水灰比:0.40-0.45,砂率:35-40%,水泥PO42.5,砂:中砂(細度模數在2.4-2.7之間),碎石:5-10mm. II級粉煤灰。
3、干硬性混凝土的拌制
1)、混凝土的各種原材料、摻合料、外加劑的質(zhì)量應通過(guò)抽樣檢確認達到配合比要求。
2)、應根據氣候、原材料的變化及時(shí)調整施工配合比;
3)、定期、不定期檢查、校驗計量設備,開(kāi)始拌制前按照操作規程檢查機械設備、輸送料口的運轉情況。
4)、混凝土的投料次序按操作規程進(jìn)行。
5)、對摻加外加劑的混凝土拌制時(shí)間要延長(cháng)30-60s。
4、存放場(chǎng)地
場(chǎng)地要平整,要10000㎡,每天生產(chǎn)的分別存放,中間留有運輸通道。設有產(chǎn)品標識牌,內容有班組名稱(chēng)、當班生產(chǎn)量、生產(chǎn)日期、外觀(guān)檢查和取芯檢驗情況等.
5、混凝土聯(lián)鎖塊鋪設方案
1)、測量放樣
鋪筑前應首先測放出坡腳起坡線(xiàn)及起坡線(xiàn)高程,然后確定坡頂線(xiàn)高程,每一縱坡線(xiàn)、橫坡線(xiàn)均應掛線(xiàn)鋪設。
2)、錨固梁施工:
a、縱向錨固梁截面尺寸400*400mm,分底處一道河靜水面正常蓄水位處一道,如間距大于20m加設一道縱向錨固梁,延長(cháng)度方向每20m一道泡沫板伸縮縫?;A在墊層碎石上,強度與砌塊相同,施工時(shí)上部高程和縱向順直應嚴格控制以保證與鋪設石砌塊一致,并提前施工,強度達到設計強度50%后再進(jìn)行砌塊施工。
b、橫向錨固梁截面尺寸及基礎強度與縱向錨固梁同,無(wú)伸縮縫。兩邊單元砌塊驗收后施工,馬牙槎退出部分澆筑后按砌塊中間垂直縫位置用專(zhuān)用工具做縫,以保證外觀(guān),縱向轉彎,變向部分,根據變向弧面角度情況,橫向錨固梁加密至5~10m間距。
聯(lián)鎖塊與橫向錨固梁布置示意圖
3)、鋪設
a、坡面上的聯(lián)鎖塊鋪設前,應根據測量人員放的坡腳線(xiàn)及坡頂線(xiàn),進(jìn)行加密控制,使鋪設部位形成縱橫斜控制線(xiàn),便于質(zhì)量控制。
b、從施工便道向下運送預制塊時(shí)采用特制鋼管梯的方式,在鋼管梯上往工作面下滑,功效可以比人工搬運提高,也避免了擾動(dòng)反濾層。
c、聯(lián)鎖塊鋪設時(shí),以一層與一層錯縫鎖結方式鋪砌,同時(shí)應注意不得擾動(dòng)反濾層,自下而上進(jìn)行鋪筑,做到表面平整,砌縫緊密,整齊有序,預制塊底部應墊平填實(shí),嚴禁架空。
d、搬動(dòng)砌塊用專(zhuān)用耙鉤。耙鉤桿長(cháng)50~70cm,頂焊砌塊縫等長(cháng)垂直扁鋼用雙鉤即可提起。撬動(dòng)砌塊鋪助工具用撬杠,長(cháng)100m,頭扁,直徑14~16cm用以調整板縫寬度,使板縫均勻。
e、反濾層按設計厚度鋪設,壓實(shí)后進(jìn)行壓實(shí)度檢測,合格后再進(jìn)行下道工序施工。
f、聯(lián)鎖塊鋪設成型后,按單元進(jìn)行外觀(guān)質(zhì)量、平整度以及縫寬檢查,滿(mǎn)足設計和施工規范要求。
g、正式鋪設前應試鋪一單元樣板。
4)、質(zhì)量控制措施
a、向各施工班組做好預制塊鋪設技術(shù)交底,明確施工質(zhì)量標準。
b、在正式鋪設前加強基層驗收,反濾層厚度和壓實(shí)度以及坡度符合設計要求,經(jīng)監理工程師驗收合格后,并做出一段樣板,便于各施工班組心中有數,有利于保證施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度。
c、每?jì)傻罊M向混凝土錨固梁之間(50米)為一工作面,便于現場(chǎng)協(xié)調和管理。同時(shí)明確獎懲,加強各施工隊評比、展開(kāi)內部競賽,以利于提高鋪設質(zhì)量和加快施工進(jìn)度。
d、混凝土聯(lián)鎖塊鋪設重點(diǎn)是控制好兩條線(xiàn)和一個(gè)面,兩條線(xiàn)是坡頂線(xiàn)和底腳線(xiàn),一個(gè)面是鋪設面。保證兩條線(xiàn)的順暢和鋪設面的平整,對整個(gè)護坡的外觀(guān)質(zhì)量至關(guān)重要。
e、反濾層驗收是保證大壩聯(lián)鎖塊穩定的重要條件,反濾層的壓實(shí)質(zhì)量至關(guān)重要,必須保證壓實(shí)度合格,否則遭受波浪沖擊時(shí),容易造成反濾層流失,導致聯(lián)鎖塊垮塌。
f、聯(lián)鎖塊鋪設后的質(zhì)量標準是
(1)、反濾層驗收情況合格
(2)、聯(lián)鎖塊外觀(guān)尺寸準確、整齊統一、表面清潔平整
(3)、護坡坡度符合設計值
(4)、表面平整度不大于10mm,(2m靠尺水平、垂直方向檢測)
(5)、砌筑縫寬不大于5 mm
g、鋪設單元劃分是以50m為一個(gè)單元,即兩個(gè)橫向錨固梁之間的長(cháng)度,鋪設時(shí),留出橫向錨固梁的位置,本單元的聯(lián)鎖塊鋪設完畢驗收合格后,再進(jìn)行橫向錨固梁混凝土澆筑,即形成現澆的聯(lián)鎖塊尺寸形式。錨固梁混凝土施工時(shí)嚴格按混凝土施工規范進(jìn)行操作施工。
5)勞動(dòng)組織
六、材料與設備
1、材料
混凝土材料按設計配合比計算,現場(chǎng)測定實(shí)際砂石含水率后,確定現場(chǎng)施工配合比,模具采用定型模具,按設計尺寸500×400×240mm加工,養護時(shí)間不宜少于14d,以再生棉覆蓋,在開(kāi)始養護的7d內,晝夜派專(zhuān)人灑水并時(shí)刻保持再生棉濕潤,以后養護時(shí)間里每天灑水4次左右,并保持再生棉濕潤。覆蓋氈布,灑水養護。
2、機具設備
七、質(zhì)量控制
本工法除執行施工設計圖紙等文件的有關(guān)技術(shù)要求,執行《水工混凝土施工規范DL∕T5144-2001》外,還應注意以下質(zhì)量要求:
1、原材料必須經(jīng)過(guò)試驗復檢,合格后方可使用,嚴格按照配合比生產(chǎn)。
2、施工前對所有鋼模的外形尺寸予以檢查,合格后方準使用。同時(shí)在混凝土預制塊的生產(chǎn)過(guò)程中,定期檢查模具外形尺寸及形狀有無(wú)變化,并及時(shí)校正或更換,避免出現不合格的產(chǎn)品,造成浪費。
3、混凝土預制塊外觀(guān)質(zhì)量平整,光滑、拆模后外露面不允許有蜂窩等缺陷,外形尺寸應符合設計要求,尺寸偏差在容許偏差范圍以?xún)?,禁止用砂漿刮抹預制塊表面。
4、在擠壓設備一次振搗后,采用二次布料撒布面料,這樣進(jìn)行二次振搗后,擠壓出來(lái)的預制塊表面整潔美觀(guān),能滿(mǎn)足設計要求,
5、成品出口有專(zhuān)人拿有毛刷和抹灰刀,及時(shí)修整清理表面,確保產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量合格。
6、擠壓模具每生產(chǎn)10000塊左右就需要更換,要備有足夠的模具和其他易損件,便于及時(shí)更換,以免影響質(zhì)量和生產(chǎn)。
7、混凝土聯(lián)鎖塊成型后要及時(shí)養護,要求在混凝土聯(lián)鎖塊生產(chǎn)過(guò)程中,一般情況下采用自然養護。當夏季氣溫高、濕度低、混凝 土預制塊澆筑初凝后立即養護。養護時(shí)間不宜少于14d,以再生棉覆蓋,在開(kāi)始養護的7d內,晝夜派專(zhuān)人灑水并時(shí)刻保持再生棉濕潤,以后養護時(shí)間里每天灑水4次左右,并保持再生棉濕潤。當冬季日最低氣溫低于3℃時(shí),除加入防凍劑外,在混凝土預制塊初凝后,用塑料薄膜和再生棉覆蓋于預制塊上,利用地溫進(jìn)行養護,或者采用在現場(chǎng)搭設溫棚進(jìn)行養護,養護時(shí)間不宜少于14d.
八、安全、環(huán)保措施
1、認真貫徹“安全第一,預防為主”的方針,建立健全安全管理體系,設專(zhuān)職安全員和班組兼職安全員,安全責任落實(shí)到人,做到人人懂安全,人人抓安全。
2、機械設備加強維護保養工作,嚴格執行操作規程,非專(zhuān)職操作人員不得操作機械設備。
3、施工人員必須把安全防護用品佩戴齊全。
4、所有機械操作之前,應先進(jìn)行空載試驗,檢查運轉中安全防護措施、機具件是否牢固、正常。操作人員應做好自我勞動(dòng)保護。
5、施工現場(chǎng)用電必須有電工作業(yè),嚴禁無(wú)證人員作業(yè)。
6、安全員經(jīng)常巡視現場(chǎng)安全狀況,尤其是陰雨天施工,應巡視施工現場(chǎng),檢查施工設備有無(wú)漏電現象。
7、混凝土攪拌站在上料、攪拌要有防塵措施。
8、錨固梁施工現場(chǎng)設置沉淀池,現場(chǎng)產(chǎn)生的廢水要經(jīng)過(guò)沉淀后再排放至指定地點(diǎn)。
9、砌塊運輸要安全行駛,堤頂車(chē)速不宜超過(guò)20m/h,裝卸要用專(zhuān)用工具,不能直接傾倒。
九、環(huán)保節能措施
1、沙石料場(chǎng)堆放整齊,取用要盡量避免揚塵。
2、壓制操作要有防塵措施,操作人員應佩戴口罩,戴好手套。
3、材料堆放要按生產(chǎn)批次,分類(lèi)堆放、養護,方便取用。
4、運輸道路應經(jīng)常灑水,避免揚塵。
5、施工現場(chǎng)應提前計劃每單元場(chǎng)地堆放數量,盡量卸至堤頂最近處,避免二次搬運。
6、廢棄材料集中堆放,定期棄置指定地點(diǎn)。
十、效益分析
1、質(zhì)量
干硬性砼擠壓成型工藝,簡(jiǎn)化傳統砼施工工藝,從砼拌制到聯(lián)鎖塊成型全部機械化,避免了傳統人工生產(chǎn)的過(guò)程中,因人為原因的質(zhì)量隱患發(fā)生,例如因人工操作不當產(chǎn)生的表面氣泡、混凝土振搗不密實(shí)等現象得到了杜絕。
2、工期
利用振動(dòng)擠壓成型工藝,機械化施工減少了傳統工藝生產(chǎn)因工序復雜、銜接不到位造成的時(shí)間浪費,同時(shí)可以大批量生產(chǎn),在相同的人力物力條件下,施工面積比傳統工藝成倍提高。
干硬性砼初凝強度高,在同條件養護下能夠提前數天達到設計強度要求。
3、成本
擠壓成型工藝相比普通工藝減少了模具使用量,減少了人工使用。干硬性混土凝擠壓成型工藝與普通混凝土工藝相比每立方米節省約80元。
4、社會(huì )效益:
干硬性砼聯(lián)鎖塊改變了傳統干砌石護坡,減少了對石材的需求,保護了生態(tài)環(huán)境,避免了資源浪費。
干硬性砼聯(lián)鎖塊從生產(chǎn)、運輸到鋪設的施工周期短,加快了工程施工進(jìn)度,對重要水利工程的防汛度能起到重要的保證。
干硬性砼聯(lián)鎖塊鋪設外觀(guān)效果好,對美化環(huán)境、對旅游資源開(kāi)發(fā)項目有著(zhù)良好前景。
5、經(jīng)濟效益:
1) 該工法的成功運用,保證了既有水庫的結構安全和運營(yíng)安全,在施工期間,水庫可以正常運營(yíng),創(chuàng )造經(jīng)濟效益。
2) 該工法施工設備簡(jiǎn)單,使用維護較容易。
3) 該工法施工進(jìn)度快,輔助設施很少,節約了工期和大量的輔助技術(shù)措施的投入。
十一、工程實(shí)例
河南省鴨河口水庫除險加固工程大壩施工由河南水利建筑工程有限公司承建。該工程位于長(cháng)江流域漢江支流白河的上游,河南省南陽(yáng)市南召縣境內,是白河上唯一防洪控制性工程。
河南省鴨河口水庫除險加固工程,由天津大學(xué)水力學(xué)所、河南省水利勘測設計研究有限公司、南陽(yáng)市鴨河口水庫工程管理局,通過(guò)多次水力試驗,反復比較,優(yōu)化設計,確定上游迎水面護坡采用開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊護坡方案。
河南水利建筑工程有限公司利用自身?yè)碛卸嗄瓿邪笾行退こ痰膬?yōu)勢,通過(guò)在河南省鴨河口水庫除險加固工程中的工程實(shí)踐,探索出干硬性混凝土擠壓成型開(kāi)孔垂直聯(lián)鎖塊制作及施工工藝,該工程聯(lián)鎖塊約有50萬(wàn)塊,混凝土有24457m3。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,內在質(zhì)量和外觀(guān)質(zhì)量都能滿(mǎn)足設計要求 。
該施工工藝制作出的聯(lián)鎖塊混凝土強度及外觀(guān)尺寸符合要求,美觀(guān)無(wú)瑕疵;鋪筑表面平整度,縫寬,砌塊之間穩定緊密,沒(méi)有松動(dòng)現象;穩定性、整體性、耐久性,抗風(fēng)浪及抗沖刷能力等符合要求。經(jīng)多方檢查驗收,該分部質(zhì)量等級評定為優(yōu)良。
利用該施工工藝從2009年11月至2010年5月,大批量規?;a(chǎn)及鋪筑,提前完成了汛期前的施工任務(wù),大大縮短了工期,確保了工程安全度汛,使下游三千萬(wàn)人民生命及財產(chǎn)安全得到了保證。
該工藝施工因用水量小,水灰比小,節約水泥,減少鋼材使用量,有效降低了成本,對節能減排及環(huán)境保護有積極作用。聯(lián)鎖塊鋪設外觀(guān)效果好,對美化環(huán)境、對旅游資源開(kāi)發(fā)有顯著(zhù)效果。